[发明专利]一种高效率金属3DP打印方法

说明书

本发明公开了一种高效率金属3DP打印方法，经金属粉末冷法覆膜，配制粘结剂，打印型胚，脱脂、高温烧结，以及渗铜处理等步骤得到最终的成型零件。本发明3DP打印首先在金属粉末表面覆膜，打印时喷头将乙醇基的粘结剂沉积在粉层表面，粘结剂通过毛细作用渗透进入粉层并溶解覆膜金属颗粒表面树脂；待粘结剂挥发后溶解的树脂重新析出，颗粒之间通过粘结桥的形式形成初始型坯，初始型坯的强度由颗粒之间形成的酚醛树脂分子内聚力提供。本发明3DP打印方法与SLS工艺相比打印效率提高，能够节省较多的打印时间，且相比SLS设备的高昂造价和维护成本，3DP设备更容易被民用企业所接受。

技术领域

本发明涉及一种高效率金属3DP打印方法，属于材料成型领域。

背景技术

3DP工艺打印金属零件与SLS(Selective laser sintering)工艺类似，都是采用覆膜金属粉末材料成型，不同的是粉末不是通过烧结连接在一起，而是通过喷头将粘结剂选择性的喷射在粉末上，通过液体与固体粉末的综合作用使粉末固化成型得到初始型胚。再经过适当的后处理得到最终的金属零件。

金属的常见3D打印工艺主要包括两种：一是金属粉末直接烧结成型法(SLM工艺)，即是利用高功率激光器对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型件经表面后处理即完成零件的制作。二是覆膜金属粉末激光烧结成型法(SLS工艺)，首先将粉末进行覆膜处理，即利用低熔点有机材料对金属粉末进行表面包覆，然后利用激光烧结快速成型设备，在较低的激光功率下对其进行烧结成型，成型件再经过脱脂、高温烧结等后处理最后得到满足使用要求的金属零件。

上述两种工艺方法不能回避的共同问题是效率缓慢，激光头是点对点工作，打印时激光束作用在粉床表面依照图形形状作点运动，图形的面积越大打印需要的时间越多，并且打印前需要预热1-2h，这就导致了成型过程耗时漫长，有的金属零件甚至需要打印上百个小时，对设备的稳定性提出更高的要求。

而金属粉的3DP工艺采用的是阵列式喷头喷墨打印。打印过程类似于印刷过程，是一种线运动，根据需要还可以多个喷头串联使用，进一步的提高了打印效率。并且 3DP设备相比SLS设备，造价成本较低，稳定性更高，设备的日常维护也较简单。

针对SLS工艺打印金属效率低，设备成本昂贵等缺点，本发明提出了一种三维喷印金属成型的方法，选择合适的粘结剂与阵列式喷头相匹配，作用于金属粉末上，缩短金属3D打印时间，达到快速成型的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对SLS工艺打印金属效率低，设备成本昂贵等缺点，提出一种三维喷印金属成型的方法，选择合适的粘结剂与阵列式喷头相匹配，作用于金属粉末上，缩短金属3D打印时间，达到快速成型的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种高效率金属3DP打印方法，包括如下步骤：

(1)金属粉末冷法覆膜：取酚醛树脂和乌洛托品溶解于乙醇中得到膜液，将膜液与金属粉末充分混合后，加入硬脂酸钙再次混合，待膜液中乙醇挥发后，粉碎球磨得到覆膜金属粉末；

(2)配制粘结剂：将乙醇、聚乙二醇和去离子水混合得到粘结剂；

(3)打印型胚：将步骤(1)中的覆膜金属粉末铺成薄层，将步骤(2)中粘结剂通过打印喷头根据切片图形喷射于覆膜金属粉末层面，使覆膜金属粉末表面的乌洛托品与酚醛树脂溶解；

待粘结剂挥发后，使得溶解的的乌洛托品与酚醛树脂重新析出，将金属粉末粘结在一起，达到成型的目的；然后依次逐层打印，最终得到一个初始型胚；

(4)脱脂、高温烧结：将步骤(3)形成的初始型胚取出并去除多余的金属粉末，然后放入真空烧结炉内随炉加热至450～650℃保温2～3h进行脱脂处理，再加热至金属粉末熔化温度的70～80％，保温1～3h进行烧结处理，最后随炉冷却；