[发明专利]一种3D凝胶打印制备镁合金制品的方法

说明书

本发明提供了一种3D凝胶打印制备镁合金制品的方法，属于增材制造领域。本发明先将镁合金粉末预处理，再与有机单体和有机溶剂的预混液按照一定的体积比进行混合，制备出稳定、不易沉降、不易团聚、固相含量高、具有剪切变稀特点的复合镁合金料浆，采用3D凝胶打印机进行打印，打印过程中添加引发剂和催化剂或固化剂实现边打印边固化，获得打印坯体，将打印坯体经过干燥和烧结获得镁合金制品。采用这种方法能够将高活泼性和低熔点的镁合金粉末制备出形状复杂、孔隙率高、强度适合的镁合金制品，实现个性定制制造，工艺简单可控并稳定。

技术领域

本发明涉及一种3D打印制备镁合金制品的方法，属于增材制造(3D打印)领域。

背景技术

3D打印技术是将3D模型通过切片软件进行分层离散处理，通过特点方式将对应材料逐层叠加精确堆积，迅速完成产品的成形的技术。3D凝胶打印技术(3D gel-printing，3DGP)是一种基于料浆打印技术(Slurry-based Three Dimensional Printing，S-3DPTM)或直接喷墨打印技术(Direct Inkjet Printing，DIP)的新型3D打印成形技术。其打印“墨水”由低黏度、高固相体积分数含量的金属浆料所组成，打印机将金属料浆喷射到打印平台上，同时以一定的方式引发料浆中有机单体在极短时间内发生自由基聚合反应，形成的三维网状结构高分子有机物将金属颗粒进行原位包覆，金属料浆迅速固化成形，料浆经一层层打印固化成形后，形成金属零件坯体，生坯经脱脂和烧结后，最终得到致密金属零件。

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，它具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼性、导热性、切削加工性、铸造性能好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富、容易回收等一系列优点。因此在汽车工业、通讯电子业和航空航天等领域正得到日益广泛的应用，显示出极大的应用前景。镁合金以其良好的力学性能、可吸收性和对人体无毒害等优点，成为新一代的医用金属材料。目前主要应用于血管支架、骨固定材料、多孔骨修复材料、牙种植材料、口腔修复材料等。

镁合金的主要加工方法有液态成型和塑性成形，一般铸件和压铸件占90％以上，但由于目前成型和加工的基础数据库缺乏，设备的能耗较高，自动化控制水平低，精度和可靠性较差，无法与国际先进水平相比。并且由于镁合金熔点低并且太活泼，采用目前3D打印不锈钢、高温合金、钛合金等金属材料常用的SLM方法进行3D打印成形，难以制造。本发明将采用3D凝胶打印技术可以实现镁合金制品的近净成形，并且尺寸精度高，表面和内在性能好，实现定制化制造，节约生产成本。3D凝胶打印可以实现从金属材料、无机非金属材料以及复合材料的增材制造，但对于过于活泼的镁合金也有氧化或反应等问题存在。

发明内容

为克服镁合金传统成型技术精度低、耗能高、环境污染大的缺点，以及现有3D打印技术在镁合金方面的不足，本发明提供了一种新型3D凝胶打印制造镁合金制品的方法。

本发明的原理如下：首先为了缓解镁合金粉的氧化问题，将镁合金粉在低浓度的柠檬酸乙醇溶液中浸泡，滤出后真空干燥，在镁合金粉颗粒形成柠檬酸镁包裹层，避免后续镁合金粉的进一步氧化。再将镁合金粉末和配制的预混液按照一定的体积比进行混合，并再次加入分散剂，搅拌均匀，可以得到稳定性高、固相含量高、具有剪切变稀的特点的镁合金粉料浆，之后采用3D凝胶打印机进行打印，在打印过程中添加引发剂和催化剂实现边打印边固化，通过调节喷嘴直径、打印层高、挤出速率、打印速度等打印参数，从而获得精度高、强度高、表面质量好的打印坯体，将打印坯体经过高温烧结获得孔隙率适中、复杂形状的镁合金制品。

基于以上原理，本发明的工序包括：镁合金粉预处理、打印料浆制备、打印、打印坯体干燥和烧结。本发明提供的一种3D凝胶打印制备镁合金制品的方法，包括步骤如下：

(1)将镁合金粉加入柠檬酸乙醇溶液中浸泡5-10min，所述柠檬酸乙醇溶液是乙醇中加入0.5-3wt.％柠檬酸溶解而成，浸泡之后滤出在真空干燥箱中30-35℃干燥30-45min；