[发明专利]一种用于3D打印的低熔点金属线材及其制备方法

说明书

本发明涉及属于金属3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印的低熔点金属线材及其制备方法，所述线材的制备包括挤压和拉拔，在上述两个步骤中，使低熔点金属保持在低温状态。本发明提出的线材方法可以有效改进线材的强度和机械性能，可以有效降低线材使用过程的无效损耗，减少制造成本。这种线材可用现有的工业设备进行批量化生产，有利于工业化的大规模使用。而且本发明的线材可直接适用于常规的3D打印机，可大大拓宽低熔点金属在3D打印中的使用范围。

技术领域

本发明属于金属3D打印技术领域，具体涉及一种低熔点金属3D打印线材及其制备方法。

背景技术

3D打印(3 Dimensional Printing，3DP)技术又被称为快速成型技术(RapidPrototyping，RP)或增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)。3DP技术是集成了机械工程、控制工程、信息工程、材料工程和化学工程的综合性应用技术，该技术是通过材料的逐层堆积生成三维实体模型的技术。3DP技术在三维实体造型中对模型的曲线度要求不高，可以打印任何形状的三维模型，因此被广泛应用于产品模型制造、模具设计制造、航天航空、生物工程、产品的快速成形制造、汽车设计制造、服装设计和艺术设计等领域。

3D打印技术最早出现于20世纪，近年来以其巨大的应用潜力正成为一个世界性研究热点。3D打印存在很多不同的技术，如熔融沉积法(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering，SLS)、光固化法(Stereolithography，SLA)、叠层法(Laminated Object Manufacturing，LOM)等。熔融沉积成型技术作为桌面级别3D打印机广泛应用的技术之一，受到国内外研究者的广泛关注。目前，FDM工艺中常用的材料为热塑性塑料材料，如ABS、PLA等，这些材料通常不具有导电性，只能制作塑料模型或者零件，因而限制了这种打印技术的推广。

金属材料的3D打印技术作为3D打印制造体系中最为前沿且最有工程应用潜力的技术，是加快发展智能制造新技术、新装备的重点发展方向之一。其中，专用金属打印材料、工艺技术水平与制造装备及核心器件的创新研发和成果转化是发展3D打印先进制造技术的关键技术节点。然而目前可用于3D印的金属材料主要为高熔点金属粉末，以激光或高能电子束作为加工热源，与传统加工方法相比，现有金属3D打印技术虽极具优势，但仍存在成形温度高、能源消耗大、金属液固相变过程复杂、工艺影响因素多、设备维护费用昂贵等缺陷，且无法顾及与非金属材料在熔点温度上的巨大差异，难以用于直接打印终端功能性器件，特别是含有电子功能的器件制造，仍需要另外安装电路板、布线及组装电子元件。

有别于传统的金属3D打印材料，液态金属或称低熔点金属指的是一大类熔点低于300℃的金属材料。近年来，液态的金属在3D打印方面已经有相关的应用，但是基于低熔点金属存在熔点低、机械强度不足的问题，无法用于常规的3D打印机，现有技术中研究出了专门适用于低熔点金属打印的喷墨式3D打印机，但是上述的打印机成本较高，也没有实现大规模的应用，这就限制了低熔点金属在3D打印中的进一步应用。发明内容

针对现有技术中的低熔点金属无法适用于常规的3D打印机，无法实现大规模应用的问题，本申请提出一种适用于常规3D打印机的金属线材。

这种低熔点金属线材的制备方法包括挤压和拉拔的步骤，其主要改进之处为，上述处理的过程中，使低熔点金属保持在低温状态。

本发明所述方法通过对金属进行低温的冷却处理使得合金内原子扩散迁移能力明显降低，可迅速消耗轧制和拉拔变形过程中产生的畸变升温，从而有效抑制轧制和拉拔过程中动态回复或再结晶的发生，在显著细化初始组织的同时使位错、位错胞/墙、亚结构等变形缺陷不断积累达到较高密度。

优选的，所述低温状态为温度低于-0℃，进一步优选为-10℃～30℃。上述温度一方面保证所选材料为固态，另一方面保证能有效抑制动态回复，增加形变积累带来的强化效果。