[发明专利]一种提高3D打印金属粉体激光吸收率的方法

说明书

本发明公开了一种提高3D打印用粉体激光收率的方法，属于粉末冶金领域。本发明中分别对钛粉、不锈钢粉、铝合金粉三种原料粉末进行了气流磨改性处理。步骤1)将金属粉末原料分别用筛网筛分后，原料粉末中位径D50为15～53μm，再经过超声清洗并干燥，去除粉末中的杂质；步骤2)将筛分、清洗干燥后得到的金属粉末原料置于气流磨设备中进行改性处理，改善粉末表面形貌，提高其粉体激光吸收率。所得的钛粉、不锈钢粉、铝合金粉中位径D50分别为40μm、48μm、53μm；经气流磨改性处理提高了粉末的激光吸收率，且改善了粉末形貌和流动性，使得粉末可以实现高质量高性能打印工艺。尤其地，对于铝合金粉末，解决了铝合金因激光吸收率低而无法有效进行3D打印的问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种3D打印用金属粉末改性的处理方法，尤其涉及一种提高3D打印用金属粉体激光吸收率的方法。

技术背景

近年来，3D打印技术依靠短周期、低成本、一体化成形的优势，在材料制备领域逐渐崭露头角。然而，3D打印用金属粉末原料的性能是制约该技术发展的关键所在。其中，粉体的激光吸收率是影响3D打印成形工艺及其制件性能的重要因素之一。针对钛、不锈钢等材料而言，提高其激光吸收率，可以降低打印过程的能量消耗，还可以提高打印件的精度。特别地，对于铜、铝及其合金等低激光吸收率的材料来说，在打印成形过程中对激光的吸收量少，导致难以成形，故成形效率低下且制件质量较差，严重制约了目前3D打印技术及制件应用的发展。可见，现阶段亟需开发一种提高3D打印用粉体激光吸收率的方法，一方面可以降低打印工艺的能量消耗，另一方面可使得铜、铝及其合金等激光吸收率极低的粉末满足高质量3D打印工艺的需求。

目前，工业上改善金属材料激光吸收率的方法是通过在金属表面进行包覆一层材料对其进行修饰，用以改善金属粉体的激光吸收性能。但是，这种方法处理后的粉末表面引入了其他元素或材料，会使材料本质特性发生改变，从而影响制件性能。针对上述问题，本发明提出了基于气流磨技术，对粉体进行改性处理，从而提高粉末激光吸收率的方法。

发明内容

本发明利用气流磨设备对原料粉末进行改性处理，从而提高粉末的激光吸收率。基本原理在于，粉末在高速气流的带动下，在设备仓室内发生相互碰撞、摩擦，达到研磨整形并使团聚粒子分散的目的，另外粉体中的超细颗粒也会随高速气流被带出粉体，使得粉末中位径增大。粉末颗粒在相互摩擦和剪切过程中，对不规则的粉末颗粒会产生磨削作用，使颗粒棱角减少，球形度提高，同时粉体表面发生塑性变形，产生大量位错、空位等缺陷，从而使粉末的激光吸收率得到提高。

技术实现要素：

在本发明中分别对钛、不锈钢、铝合金三种粉末原料进行了气流磨改性处理。原料粉末利用扫描电镜观察发现，粉末颗粒形貌不规则，存在许多超细颗粒，同时存在颗粒团聚现象，此外，三种粉末激光吸收率较低，钛与不锈钢粉末的激光吸收率为50～60％，而铝合金粉仅为20％左右。

一种提高3D打印金属粉体激光吸收率的方法，包括以下步骤：

步骤1)将金属粉末原料分别用筛网筛分后，原料粉末中位径D50为15～53μm，再经过超声清洗并干燥，去除粉末中的杂质；

步骤2)将筛分、清洗干燥后得到的金属粉末原料置于气流磨设备中进行改性处理，改善粉末表面形貌，提高其粉体激光吸收率。

进一步地，所述金属粉末为钛、不锈钢、铝合金三种粉末原料，钛粉中位径D50为15～23μm，不锈钢粉中位径D50为28～45μm，铝合金粉中位径D50为20～35μm。

进一步地，所述改性处理，气流磨加工时采用氮气作为保护气氛和工作气体，气体压力为0.10～0.80MPa，转速为2000～4000r/min，处理时间5～60min。