[发明专利]一种3D打印-冷等静压制备钛合金多级齿轮的方法

权利要求书

1.一种3D打印-冷等静压制备钛合金多级齿轮的方法，其特征在于先利用3D打印技术制备多级齿轮的空腔模具，然后选择合适的钛合金粉装填在模具中并封装，经过冷等静压、烧结和精加工制备所需的钛合金多级齿轮，其具体工艺流程如下：

3D打印制备空腔模具→装粉和封装→冷等静压→烧结→精加工；所述制备空腔模的方法如下：

(1)利用三维画图软件，画出所需的多级齿轮的零件图，再把零件图的格式转变为3D打印机所能识别的文件格式，或通过三维扫描仪扫描现有的多级齿轮获得零件的x-y-z参数，输入3D打印机中，并根据零件的最终尺寸，考虑冷等静压和烧结后的收缩比例，按一定的比例放大三维尺寸，对于钛合金粉末，需放大至要求尺寸的1.3～1.5倍，最后通过3D打印机直接打印光敏树脂材质的实体模具；

(2)在上述实体模具的基础上再制备空腔模具，操作如下：

1)用酒精抛光光固化打印机打印的光敏树脂材料，提高打印实体的表面精度，这样才能制备精度高的模具；

2)选好合适的装料口，固定打印的三维实体，涂刷硅胶可固化材料制备1～6mm厚的弹性模具作为内层模具；

3)在弹性模具外浇注强度较高且容易脱模的材料作为外层模具，保持形状。

2.根据权利要求1中所述的一种3D打印-冷等静压制备钛合金多级齿轮的方法，其特征在于所述装粉和封装步骤要求：

(1)所述钛合金粉为以下3种中的任一种：

1)含质量分数5.5％～6.8％Al和3.5％～4.5％V的钛合金粉Ti6Al4V，粒度范围为5～100μm，平均粒径为20μm，含氧量小于2000ppm；

2)含质量分数5.8％～7.0％Al、2.8％～3.8％Mo、0.8％～2.0％Zr和0.20％～0.35％Si的钛合金粉Ti6.5Al3.5Mo1.5Zr0.3Si，粒度范围为0.3～1.0μm，平均粒径为0.5μm，含氧量小于1500ppm；

3)含质量分数4.4％～5.9％Al、4.0％～5.5％Mo、4.0％～5.5％V、0.5％～2.0％Cr和0.5％～1.5％Fe的钛合金粉Ti5Al5Mo5V1Cr1Fe，粒度范围为1.2～2.0μm，平均粒径为1.7μm，含氧量小于2000ppm；

(2)装粉的要求：在充满氩气的手套箱中，将空腔模具放在振动台上边装粉边振动，尽可能均匀、致密地装粉并保证钛合金隔绝空气，避免被氧化；

(3)封装的要求：装完粉后，依据开口的形状、尺寸制备弹性封口配件，严格密封粉末，并利用真空封装机密封模具，防止压制时冷等静压的油性介质进入模具破坏粉末。

3.根据权利要求1中所述的一种3D打印-冷等静压制备钛合金多级齿轮的方法，其特征在于所述冷等静压步骤为：

(1)最高压力为100～250MPa，升压速率为20～30MPa/min，保压时间为2min；

(2)压制后脱模的步骤和要求为：

手动除去或直接烧除3D打印机直接打印的空腔模具；或先升温40℃左右除去外层石蜡模具，然后手动除去内层弹性模具。

4.根据权利要求1中所述的一种3D打印-冷等静压制备钛合金多级齿轮的方法，其特征在于所述烧结工艺选择以下四个烧结工艺中任意一种：

(1)真空烧结：在压力低于10^-3Pa的真空炉中烧结，首先在500～700℃排除杂质及残留气体，然后在1000～1300℃烧结1-2h，升温速率为3～5℃/min；

(2)气压烧结：放在通高纯氩气的烧结炉中，P≤3MPa烧结，首先在500～700℃排除杂质及残留气体，然后升温至烧结温度900～1200℃，保温0.5～2h，升温速率为5～10℃/min；

(3)加压烧结：在3～20MPa的压力下烧结，首先在500～700℃排除杂质及残留气体，然后升温至烧结温度900～1100℃，保温0.5～1h，升温速率为5～10℃/min；

(4)热压烧结：先升温至900～1000℃，然后加压至100～120MPa，烧结0.5～1h，升温速率为10～15℃/min，加压速率为5～10MPa/min。