[发明专利]一种适用于3D打印的成型铜粉、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于3D打印用材料领域，涉及一种3D打印用高性能成型铜粉材料、制备方法及其用途，该铜粉材料适用于激光烧结。

背景技术

3D打印被称为“第三次工业革命的引擎”，目前激光烧结和选择性激光烧结将3D打印带入了“金属时代”。有专家指出，3D打印的核心是它对传统制造模式的颠覆，因此，从某种意义上说，3D打印最关键的不是机械制造，而是材料研发。材料将成为3D打印的技术制高点。一方面，高性能金属构件直接制造技术与适宜的材料配合可以显著提高材料利用率，降低制造成本，避免材料浪费，缩短生产周期；另一方面，高性能金属构件直接制造技术可以制造出用传统制造方法无法获得的构件形状，力学性能也较好，还能实现多材料复合成型。与此同时，用于高性能的金属零件直接制造的特种粉体材料将是该技术发展的基础与保障。只有提升材料工艺，利用3D打印技术生产高性能、难加工的大型复杂整体构件才能成为可能。因此，研发适用于金属零件激光直接制造的粉体材料是3D打印技术的重要发展方向和主要动力之一，它不仅可以帮助解决我国一些工业大型设备构件直接制造的技术瓶颈问题，而且也将是我国未来抢占3D打印增材制造技术战略制高点的重要手段。

现阶段，我国3D打印用材料大都由快速成型厂家直接提供，尚未实现第三方供应通用材料的模式，导致材料的成本非常高。同时，国内尚无针对专用于3D打印的粉末。有些单位采用常规的喷涂粉末替代使用，存在着很多的不适用性。在3D打印快速成型方面，研发和生产通用性更强的材料是技术提升的关键。解决好材料的性能和成本问题，将更好地推动我国的快速成型技术的发展。国内受制粉技术所限，细粒径粉末制备困难，粉末收得率低、氧及其他杂质含量高等，在3D打印过程中易出现粉末熔化状态不均匀，导致制品中氧化物夹杂含量高、致密性差、强度低、结构不均匀等问题，国内粉末存在的主要问题集中在产品质量和批次稳定性等方面，包括：①粉末成分的稳定性（夹杂数量、含氧量、成分均匀性）；②粉末物理性能的稳定性（粒度分布、粉末形貌、流动性、松装比等）；③成品率问题（窄粒度段粉末成品率低）等。

目前，我国3D打印快速成型技术使用的材料大多需从国外进口，或设备厂家自己投入巨大精力和经费研制，价格昂贵，致使生产成本提高，而国内相应使用的材料制成品其强度、精度都较低，3D打印材料国产化已势在必行。

发明内容

针对已有技术的问题，本发明的目的之一在于提供一种适用于3D打印的成型铜粉，所述铜粉含氧量小于500ppm，粒径小于10μm，粒径分布窄且球形度高。

所述铜粉含氧量例如为20ppm、40ppm、60ppm、80ppm、100ppm、120ppm、140ppm、160ppm、180ppm、200ppm、220ppm、240ppm、260ppm、280ppm、300ppm、320ppm、340ppm、360ppm、380ppm、400ppm、420ppm、440ppm、460ppm或480ppm。

所述粒径例如为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。

将所述成型铜粉应用于3D打印制品中，所述粉末熔化均匀，结构均匀，氧化物夹杂少，致密性好，强度高，同时较小的粒径增加了粉末的堆积密度，并且增加了在成型期间对光束的吸收率，因此，不仅可以增加成型密度，而且可以降低表面粗糙度。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的适用于3D打印的成型铜粉的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将无氧铜放入中频感应炉内，在氩气保护下加热使无氧铜完全融化，然后通过中频感应炉底部的预埋式气体扩散器，向铜液内吹氩气；

（2）将得到的铜液在氩气保护下注入漏包坩埚中，在漏包坩埚的下方设置有层流超声雾化喷嘴，当熔融的铜液通过导流嘴流经层流超声雾化喷嘴时，被从喷嘴射出的经过预热处理的氩气破碎成小液滴，随后小液滴下落到雾化室内冷却凝固成粉末，得到适用于3D打印的成型铜粉。

本发明选用无氧铜作为原料，优选TU0无氧铜作为原料，其铜纯度高达99.99%，氧含量小于5ppm。本发明首先从原料上控制熔炼与熔液的纯度，减少熔液的夹杂。