[发明专利]一种金属基复合3D打印材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种金属基复合3D打印材料及其制备方法，包括按重量计的如下组分：铝合金基体100重量份；单晶蓝宝石晶须1~50重量份；稳定剂1~20重量份；本发明利用在铝合金中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高3D打印材料的球形度，降低氧含量，同时提高3D打印制品在高温下的弯曲弹性模量、抗拉强度，具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能。

技术领域

本发明属于3D打印材料领域，具体涉及一种金属基复合3D打印材料，并进一步涉及该金属基3D打印材料的制备方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，目前铝合金是应用最多的合金。

单晶蓝宝石晶须(Single crystal sapphire Whisker，亦称单晶蓝宝石纤维)是一种具有一定长径比的单晶氧化铝晶须，具有超强机械强度、抗热冲击、比重小、抗氧化、高耐磨量和高耐腐蚀性等优异的物理性能。单晶蓝宝石晶须适合作为陶瓷、金属、塑料及橡胶的增强组元。因此，单晶蓝宝石晶须成为第三代先进复合材料的最佳选择。

3D打印技术的原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术，所以又被称为增材制造技术。不但克服了传统减材制造的浪费和损耗，而且使产品制造精准化，高效化，智能化。特别是涉及到复杂形状的高端产品，3D打印技术显示出巨大的优越性。被誉为颠覆传统制造业的第三次工业革命，被列入我国战略性新兴产业。但是由于3D打印技术是对传统制造模式的颠覆， 3D打印材料成为3D打印技术的瓶颈，限制了3D打印技术的发展，同时这也成为3D打印技术的创新点和难点。

3D打印主流成型技术包括选择性激光烧结（SLS）、熔融沉淀成型（FDM）、立体光固化（SLA）等。金属粉末作为3D打印原料，主要采用选择性激光烧结。选择性激光烧结技术是用高能量束（激光、电子束）作为热源，对粉末进行选区熔化，冷却后连续堆积，最终形成产品，由于金属通常熔点较高，又容易被氧化，这样会影响产品的强度。熔融的金属材料在凝固过程中体积收缩，会造成巨大的热应力，这也会影响材料的强度。另一方面，由于金属粉末粒径分布不均，冷却结晶过程复杂且难以控制，会出现晶体长大和枝晶等，必将降低材料的力学性能，导致构建产品无法获得高端应用。

中国发明专利CN201510138884.1公开了一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料及方法，采用CAD三维实体模型切片技术，数字编程技术，激光快速成型技术，在铝合金的基体上通过激光束快速熔化、凝固“多层熔覆堆积”从零件数字模型完成铝合金结构件。通过直接球磨混合的方式混合粉料，含氧量高，粉体球形度低，熔融温度高，金属粉颗粒不均。在3D打印融化不均，在凝固时就会造成体积收缩，造成材料结构缺陷，强度受损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属基复合3D打印材料及其制备方法，在铝合金中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高3D打印材料的球形度，降低氧含量，同时提高3D打印制品在高温下的弯曲弹性模量、抗拉强度，具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，主要应用在航空航天、汽车制造等行业中，制作功能性原型件，用于结构验证和设计验证。

为实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种金属基复合3D打印材料，包括按重量计的如下组分：

铝合金基体 100重量份

单晶蓝宝石晶须 1~50重量份

稳定剂 1~20重量份；

所述铝合金基体的成分包括Al、Fe和Si。

各组分优选重量份数如下：

铝合金基体 100重量份