一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法技术

本发明专利技术公开了一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，通过3D打印机的两个喷头喷射粘结剂，将成型室内的金属粉末逐层叠加粘结成型，获得所需金属零件坯体；先对零件毛坯进行浸渗处理，再通过溶剂对零件毛坯进行脱脂以去除零件毛坯内部的粘结剂，去除粘结剂后的零件毛坯内部存在空隙、气孔，然后通过熔渗处理工艺进一步去除空隙、气孔进行填充；再将零件毛坯置于真空烧结炉中进行烧结，以逐渐去除零件毛坯内残留的空隙、气孔。使零件由疏松变得致密，得到所需致密度及高强度的零件。克服了现有工艺加工的零件强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性零件的技术缺陷。

Multi nozzle synergistic control metal powder 3D forming method

The invention discloses a multi nozzle coordinated control of metal powder 3D forming method, through two 3D printer nozzle spray adhesive, metal powder forming indoor layer by layer bonded molding, obtain the desired metal parts blank; first on the blank of infiltration process, and then through the solvent degreasing the blank to remove the binder blank inside, remove the blank adhesive inside after the existence of voids, pores, voids, porosity and permeability to remove the filling process by melting; then the blank in a vacuum sintering furnace for the node, to gradually remove the gap and blank in the residual porosity. To make the parts compact by loosening to obtain the required density and high strength parts. The utility model overcomes the technical defects that the parts processed by the prior art have lower strength and can only be used as a conceptual model instead of a functional part.

【技术实现步骤摘要】
一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法
本专利技术涉及3D打印工艺，尤其涉及一种多喷头协同控制金属粉末3D(3DP)成型方法。
技术介绍
3D打印技术从20世纪80年代出现开始，经过近30年的发展，技术越来越成熟，应用也越来越广泛，越来越多的被用于模具制造、工业设计，生物医疗和航空航天等领域。从发展上来看，从最初的基于分层制造的原理被提出，其后不断涌现出各种新的3D打印工艺，有LOM，3DP，SLA，FDM，SLS，SLM，EBM。从打印材料来看，目前应用比较多的是主要是高分子材料和金属材料，高分子材料的主要有丝材、粉体和液态的光敏材料等，比如FDM技术主要采用PLA和ABS两种丝材作为主要的打印材料，SLA和DLP技术使用的是光敏树脂，然而在工业上应用更广的是粉体材料，特别是基于热成型的高能束3D打印，比如SLS采用激光束来烧结蜡、聚碳酸酯、尼龙、金属等粉末，SLM技术直接采用激光熔化金属粉末获得高致密度的零件。EBM采用的是电子束，甚至可以采用微束等离子来对金属粉末进行成型。相比丝材，粉体材料具有打印效率高，更成熟的工艺，和更广泛的应用，特别是对于金属粉末来说。通过高能束来进行3D打印，不管是SLS，SLM，EBM还是等离子束，都需要有昂贵的高能束发生装置，SLS，SLM采用的是激光器，EBM采用的电子枪，等离子束需要一套离子束发生装置，涉及到一些专用设备和真空系统。上述的几种3D打印方法都存在设备昂贵，工艺复杂的特点。也有采用传统的加工方法对粉体材料进行成型的，比如粉末冶金成型法，这种方法对金属粉末或非金属粉末通过压制、烧结，制成具有一定形状、尺寸、强度的制品。该方法的缺陷在于成型零件的强度较低，流动性不好使得零件的形状受限，零件尺寸一般较小，另一方面，由于成型过程中必须用到模具，考虑到制模的复杂性和模具成本等因素，粉末冶金成型法并不适合复杂零件的单件小批量生产。即便是在粉末冶金基础上发展起来的MIM技术(粉末注射成型技术)，其改善了强度，硬度，延伸率等力学性能高并且能成型复杂零件等性能，依旧无法打破模具本身带来的束缚。3DP(三维打印技术)是采用粘接剂对粉末进行粘结成型的一种方法，所用到的粉末有陶瓷粉末，金属粉末，型砂等。其与SLS的不同之处在于粉末材料不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低。这种方法的缺点是强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性零件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法。解决了现有工艺加工的零件强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性零件的技术问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，包括如下步骤：步骤一：零件坯体3D打印步骤通过3D打印机的两个喷头喷射粘结剂，将成型室内的金属粉末逐层叠加粘结成型，获得所需金属零件坯体；步骤二：脱脂、熔渗和烧结步骤先对零件毛坯进行浸渗处理；再通过溶剂对零件毛坯进行脱脂以去除零件毛坯内部的粘结剂；去除粘结剂后的零件毛坯内部存在大量的空隙、气孔，然后通过熔渗处理工艺，将零件毛坯内部的空隙、气孔进行填充；熔渗处理后的零件毛坯内部依然残留空隙、气孔，并且金属粉末颗粒之间结合不实，因此，再将零件毛坯置于真空烧结炉中进行二次烧结，以逐渐去除零件毛坯内残留的空隙、气孔。重复循环步骤二，直至零件内无残留空隙、气孔，使零件毛坯达到所需致密度。步骤二所述脱脂为催化脱脂或者热脱脂。步骤一所述零件坯体3D打印步骤具体如下：步骤A：金属粉末经过预制，筛选出粒径为2～15μm的粉末颗粒，放入3D打印机的成型缸内；步骤B：控制3D打印机的两个喷头按照规定的路径将粘结剂喷射在粉层表面，使金属粉末发生固化，以形成一层固化粉层；接着，成型缸上升该固化粉层四分之一层厚后，铺粉辊7从右向左运动，以对固化粉层表面进行平整、压实处理；步骤C：铺粉辊7在对步骤B所述固化粉层表面进行平整、压实处理的过程中，该固化粉层表面脱落层的金属粉末及粘结剂的混合物进入废料收集盒；步骤D：接着，成型缸下降步骤C所述固化粉层四分之一层厚后，铺粉辊7从左向右运动，在此过程中，装有金属粉末的料斗8同步进行送粉，铺粉辊7一边做水平铺粉运动，一边绕自身轴线转动，将金属粉末平铺在该固化粉层的表面，并压实，此过程中，多余的金属粉末则进入粉末回收盒9；步骤E：重复步骤B至步骤D，直至3D打印机加工结束，并形成粘结成型的零件毛坯6。步骤一所述两个喷头按照规定的路径将粘结剂喷射在粉层表面，具体过程是，其中一个喷头先对零件的外轮廓进行喷涂粘结，再对零件的内轮廓进行喷涂粘结，最后，由另一个喷头对外轮廓与内轮廓之间的区域进行粘结填充。所述喷头对内外轮廓进行喷涂粘结时，是沿着零件截面轮廓方向进行顺时针或者逆时针方向运动。所述喷头对内外轮廓进行喷涂粘结时，是沿着零件截面轮廓单向连续前进。这样使得实际轮廓和设计轮廓相重合，轮廓内外表面可以实现光滑无凹凸起伏。在进行所述烧结处理之前要先对粘结成型的零件进行脱脂，脱脂的目的是去除零件中所含有的有机粘接剂。而烧结的目的正是通过加热的方法消除脱脂后金属粉末之间的空隙，使得产品达到很高的致密度。由于在金属粉末的粘结成型的过程中，成型压力非常小，坯体中颗粒接触的比较松散，零件强度较低，如果直接脱去所有的粘结剂，可能对粘结成型零件的结构造成破坏，无法形成烧结骨架，且容易发生溃散和崩塌。所以在进行脱脂之前，要先进行浸渗处理，通常采用溶胶作为浸渗剂。其目的有二，一是增强金属粉末颗粒间的作用力，防止发生发生溃散和崩塌，二是可以填补零件毛坯中的大量空隙，减小烧结过程中的收缩。浸渗处理是将零件毛坯直接浸没入浸渗剂中，待无气泡产生之后取出，室温下自然风干，为了保证浸渗效果，需要反复进行3-4次的浸渗风干处理。在完成所述浸渗处理后，进行脱脂处理为高温烧结做准备，脱脂方法的选择应依据粘结剂的种类，金属粉末以及零件结构而定。具体还有溶剂脱脂、催化脱脂、虹化脱脂、冷凝蒸汽脱脂等。一般为了实现脱脂后零件变形小，脱脂效果好，速度快的目的，可以采用多种脱脂方法相结合。本专利技术将粘结成型及渗透、烧结工艺相结合，去除了零件内部大量的气孔，使零件由疏松变得致密，得到所需致密度及高强度的零件。克服了现有工艺加工的零件强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性零件的技术缺陷。由于粘结成型后的金属粉末之间为点接触，在烧结处理过程中，高温的作用使得颗粒间接触面积的扩大，颗粒聚集，体积收缩。随着颗粒中心距离的逼近，逐渐形成晶界，在这一过程中气孔逐渐被压缩，体积变小，从连通的气孔逐渐变成孤立的气孔，以至排除，最终成为致密体。附图说明图1为本专利技术多喷头协同控制金属粉末3D成型工艺流程图。图2为现有金属粉末3D成型设备结构示意图；图中：废料收集盒1，金属粉末2，基板3，喷头4、5，成型零件6，铺粉辊7，料斗8，粉末回收盒9。图3为固化粉层工艺示意图。图4为粘结成型过程中零件成型截面分割示意图A。图5为粘结成型过程中零件成型截面分割示意图B。图6为粘结成型过程中零件成型截面分割示意图C。图7为粘结成型过程中零件成型截面分割示意图D。图8为粘结成型过程中零件成型截面分割示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：零件坯体3D打印步骤通过3D打印机的两个喷头喷射粘结剂，将成型室内的金属粉末逐层叠加粘结成型，获得所需金属零件坯体；步骤二：脱脂、熔渗和烧结步骤先对零件毛坯进行浸渗处理；再通过溶剂对零件毛坯进行脱脂以去除零件毛坯内部的粘结剂；去除粘结剂后的零件毛坯内部存在空隙、气孔，然后通过熔渗处理工艺，将零件毛坯内部的空隙、气孔进行填充；熔渗处理后的零件毛坯内部依然残留空隙、气孔，并且金属粉末颗粒之间结合不实，因此，再将零件毛坯置于真空烧结炉中进行二次烧结，以逐渐去除零件毛坯内残留的空隙、气孔。

【技术特征摘要】
1.一种多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：零件坯体3D打印步骤通过3D打印机的两个喷头喷射粘结剂，将成型室内的金属粉末逐层叠加粘结成型，获得所需金属零件坯体；步骤二：脱脂、熔渗和烧结步骤先对零件毛坯进行浸渗处理；再通过溶剂对零件毛坯进行脱脂以去除零件毛坯内部的粘结剂；去除粘结剂后的零件毛坯内部存在空隙、气孔，然后通过熔渗处理工艺，将零件毛坯内部的空隙、气孔进行填充；熔渗处理后的零件毛坯内部依然残留空隙、气孔，并且金属粉末颗粒之间结合不实，因此，再将零件毛坯置于真空烧结炉中进行二次烧结，以逐渐去除零件毛坯内残留的空隙、气孔。2.根据权利要求1所述多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，其特征在于：重复循环步骤二，直至零件内无残留空隙、气孔，使零件毛坯达到所需致密度。3.根据权利要求1所述多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，其特征在于：步骤二所述脱脂为催化脱脂或者热脱脂。4.根据权利要求1至3中任一项所述多喷头协同控制金属粉末3D成型方法，其特征在于，步骤一所述零件坯体3D打印步骤具体如下：步骤A：金属粉末经过预制，筛选出粒径为2～15μm的粉末颗粒，放入3D打印机的成型缸内；步骤B：控制3D打印机的两个喷头按照规定的路径将粘结剂喷射在粉层表面，使金属粉末发生固化，以形成一层固化粉层；接着，成型缸上升该固化粉层四分之一层厚后，铺粉辊从右向左运动，以对固化粉层表面进行平整、压实处理；步骤C：铺粉辊在对步骤B所述固化粉层表面进行平整、压实处理的过程中，该固化粉层表面脱落层的金属粉末及粘结剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，齐明，宋长辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44