[发明专利]一种用于3D打印的铝粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印制造领域，具体涉及一种用于3D打印制造的铝粉，并进一步涉及该铝粉的制备方法。

背景技术

3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，不但克服了传统减材制造造成的损耗，而且使产品制造更智能化，更精准，更高效。尤其是涉及到复杂形状的高端制造，3D打印技术显示出巨大的优越性。3D打印技术是一项具有工业革命意义的高新制造技术，代表了世界制造业发展的新趋势，对于加快先进制造业发展、促进工业转型升级具有重要的引领作用。随着高端制造业的发展，目前3D打印制造技术受到高度关注，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。

由于3D打印制造技术完全改变了产品的成型方式和原理，是对传统制造模式的颠覆，因此材料瓶颈成为限制3D打印发展的问题，也是3D 打印突破创新的关键点和难点所在。目前，3D打印技术中常用的材料是塑料材料，利用塑料材料热塑性可熔融的特性，在熔融状态下，从喷头处挤压出来，通过凝固层层叠加最终形成产品。由于塑料材料良好的热流动性、快速冷却粘接性、较高的机械强度，在3D打印制造领域得到快速的应用和发展。而3D打印的最终发展是在高端工业领域应用，树脂塑料还无法满足高端工业3D打印的需要，因此3D打印材料逐步从树脂塑料向金属材料发展。

金属粉末作为3D打印原料，主要采用高功率的能量束如激光、电子束作为热源，使粉末材料进行选区熔化，冷却结晶后形成堆积层连续成型，形成最终产品。由于金属粉末熔化温度高，容易氧化，影响制品的强度，且激光熔化后的材料凝固会造成金属体积收缩，造成巨大的材料热应力，严重影响材料强度。另外，由于金属粉末粒径和分布的影响，冷却结晶过程复杂，结晶过程很难定量控制，一旦出现晶体粗大、枝晶等必将造成材料成型后的力学性能降低的问题，最终结果就是关键构件没办法获得实际应用。     中国发明专利CN103862040A公开了一种用于3D打印的镁基金属粉末材料，以包裹有松香包膜的镁粉为基本材料，以包裹有松香薄膜的镍粉为支撑材料，以铝粉为中间材料，通过混合搅拌而成。为了得到高强度的合金器件，采用了多种金属共混的方法。

中国发明专利CN103801704A公开了一种用于3D打印的铜粉，采用氩气保护炉熔炼TU0无氧铜至1250～1400℃，通过炉底吹氩来去除熔融铜液内的夹杂，使铜液完全熔化并温度均匀。通过漏包坩埚和导流嘴流经气雾化喷嘴，形成小液滴，得到的铜粉球形较好，但粒径较大，因此在用于3D打印制造时熔融温度高，难以控制。

根据上述，目前在3D打印制造应用的金属粉末，存在着熔融温度高、粒径大、氧含量高、球形度差、成分均匀性差以及粒度分布不佳等问题。因此金属粉由于粗细不均匀，熔化不均，在凝固时会造成体积收缩，造成材料结构缺陷，强度受损。

发明内容

针对目前3D打印金属粉末粒径粗、分布不均匀、含氧量高、熔化温度高的缺陷，本发明提出一种用于3D打印的铝粉。该铝粉是以白炭黑为载体，在真空条件下，将铝在680℃熔融后，停留在白炭黑的空隙中，通过氩气保护研磨形成球形铝粉，使球形铝粉含氧率降低，防止氧化铝对铝的融化造成影响，通过单体在铝粉表面包覆聚合，从而使铝粉用于3D打印制造。进一步提供用于3D打印铝粉的制备方法。

一种用于3D打印的铝粉，是通过如下技术方案实现的：

一种用于3D打印的铝粉，其特征是：以白炭黑为载体，白炭黑与铝的质量配比为1:300-500，金属铝熔融停留在白炭黑的空隙中，通过研磨细化得到平均粒径在50-100nm、球形度为0.75以上球形铝粉，球形铝粉表面包覆单体并聚合，可用于3D打印制造。

所述白炭黑的孔径为100-150nm。

所述的单体为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的至少一种。

本发明一种用于3D打印的铝粉的制备方法，其特征是按照如下方式进行：

1）将纯度为99.5%以上的金属铝置于真空炉中，在680℃熔融后，按照白炭黑与铝的质量配比为1:300-500将白炭黑加入真空炉，维持真空，以50-100rpm的转速将白炭黑与熔融铝分散3-5min，使熔融铝停留在白炭黑的多孔的空隙中；

2）将步骤1)得到的熔融铝-白炭黑复合物冷却后，在氩气保护下进行研磨，以白炭黑100-150nm的孔径作为铝粉成粒的隔离膜，不但易于研磨粉碎分散，而且得到的铝粉粒径分布均匀，氧含量低；