一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件及其制备方法，其中，所述掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法包括如下步骤：对金属粉进行预氧化处理，得到预氧化处理后的产物粉末。将预氧化处理后的产物粉末、光敏树脂、光引发剂、分散剂配制成光固化3D打印金属浆料；利用光固化3D打印机对光固化3D打印金属浆料进行固化成型，得到光固化3D打印素坯。对光固化3D打印素坯进行脱脂、烧结处理，得到掺金属氧化物的光固化3D打印金属件。本发明专利技术通过在制备光固化3D打印金属浆料之前，先对金属粉进行预氧化处理，以得到稳定的光固化3D打印金属浆料，进而利用光固化3D打印技术制备出性能优异的金属件。出性能优异的金属件。出性能优异的金属件。

【技术实现步骤摘要】
一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光固化3D打印增材制造
，特别是涉及一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着交通运输行业的发展，对机械零部件的复杂形状、轻量化等提出了苛刻的要求。因此，制备具有复杂、薄壁、多孔结构的先进零部件受到相关从业人员的高度关注。传统的铸造方法很难或不可能制造出复杂的几何构件。然而，增材制造技术为复杂结构件的制造提供了一条新的途径。
[0003]当前金属和合金是机械制造行业广泛使用的材料，金属增材制造技术主要集中在选区激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM)、激光近净成型技术。上述方法在制备过程中会有巨大的热量输入，导致增材制造的零部件中出现大量的缺陷，如热裂纹、热应力等。为了减少缺陷，提高金属零部件的机械性能，探索新的金属增材制造技术成为了当前先进金属机械零部件发展的关键。
[0004]数字光处理(DLP)和立体光刻(SLA)是两种基于光固化原理的增材制造技术。DLP使用数字微镜设备将二维图像投影到光固化溶液中，然后在极短时间内同时对整个零部件进行固化成型，因此DLP技术比SLA技术更高效、精度更高。与采用高能束作为热源的金属增材制造技术相比，DLP光固化3D打印技术具有精度高、无残余热应力的优点，有望解决目前金属增材制造中存在的问题。
[0005]但是，在光固化3D打印制备金属零件的工艺过程中，稳定的光固化浆料的制备是该技术的难点；其原因在于：金属材料的密度大、且对紫外光折射效应强烈，使得金属材料在浆料中的分散性差、透光深度低，进而对制备稳定的光固化浆料增加了难度。当前，该技术在国内仍然处于起步阶段，并未出现成熟的解决方案和制备工艺，亟需对该问题进行解决和突破。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件及其制备方法，主要目的在于能制备出稳定的光固化3D打印金属浆料，以利用光固化3D打印技术制备出性能优异的金属件。
[0007]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术的实施例提供一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其包括如下步骤：
[0009]预氧化处理：对金属粉进行预氧化处理，得到预氧化处理后的产物粉末；其中，所述金属粉为纯金属粉和/或合金粉；
[0010]配制3D打印金属浆料：将预氧化处理后的产物粉末、光敏树脂、光引发剂、分散剂配制成光固化3D打印金属浆料；
[0011]制备光固化3D打印素坯：利用光固化3D打印机对所述光固化3D打印金属浆料进行固化成型，得到光固化3D打印素坯；
[0012]脱脂、烧结：对所述光固化3D打印素坯进行脱脂、烧结处理，得到掺金属氧化物的光固化3D打印金属件。
[0013]优选的，在所述预氧化处理的步骤中：所述预氧化处理的温度为200
‑
300℃，所述预氧化处理的时间为3
‑
12h。
[0014]优选的，所述预氧化处理的步骤是在马弗炉中进行。
[0015]优选的，所述预氧化处理的步骤是在空气气氛条件下进行。
[0016]优选的，所述金属粉选用Cu、Al、NiCoCrAlY、CoNiCrAlY、NiAl、NiCr粉中的一种或几种。优选的，所述金属粉的粒径为10
‑
50μm。优选的，所述金属粉为球形粉末或类球形粉末。
[0017]优选的，所述预氧化处理后的产物粉末是以金属为核、预氧化过程中原位从金属中生长出来的金属氧化物为壳的核壳结构粉末；和/或所述预氧化处理后的产物粉末的粒径为10.1
‑
52μm；和/或所述预氧化处理后的产物粉末中，金属氧化物所占比例为0.1
‑
40％；和/或所述预氧化处理后的产物粉末为球形粉末或类球形粉末。
[0018]优选的，在所述配制3D打印金属浆料的步骤中，所用到的原料的重量份数为：
[0019]预氧化处理后的产物粉末60
‑
70重量份；
[0020]光敏树脂30
‑
40重量份；
[0021]光引发剂1
‑
2重量份；
[0022]分散剂3
‑
4重量份。
[0023]优选的，所述光敏树脂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；和/或所述光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑
1苯基丙酮
‑
1、双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦中的一种或几种；和/或所述分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
[0024]优选的，所述配制3D打印金属浆料的步骤，包括：预氧化处理后的产物粉末、光引发剂、分散剂加入到光敏树脂中，搅拌均匀得到混合物；再把混合物置于球磨机中以200
‑
500rpm的搅拌速率搅拌2
‑
12h，得到3D打印金属浆料。
[0025]优选的，在所述制备光固化3D打印素坯中：利用DLP光固化3D打印机对所述光固化3D打印金属浆料进行固化成型，得到光固化3D打印素坯。
[0026]优选的，所述脱脂和烧结处理的步骤，包括：在保护气氛中，将将所述光固化3D打印素坯从室温以40
‑
120℃/h的升温速率升温至200
‑
300℃，并在200
‑
300℃的温度下保温120
‑
360min；再以20
‑
90℃/h的升温速率升温至400
‑
600℃，并在400
‑
600℃的温度下保温60
‑
240min；再以100
‑
120℃/h的降温速率降温至室温。
[0027]另一方面，本专利技术实施例还提供一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件，其中，所述掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的裂纹密度为2.3
‑
2.9％；优选的，所述光固化3D打印金属件中的金属氧化物所占比例为0.1
‑
40％；优选的，所述掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的比强度为0.12
‑
0.15MPa
·
Kg
‑1m3；优选的，所述掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的平均晶粒尺寸为8.3
‑
24.8μm；优选的，所述掺金属氧化物的光固化3D打印金属件
是由上述任一项所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法制备而成。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的掺金属氧化物的光固化3D打印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：预氧化处理：对金属粉进行预氧化处理，得到预氧化处理后的产物粉末；其中，所述金属粉为纯金属粉和/或合金粉；配制3D打印金属浆料：将预氧化处理后的产物粉末、光敏树脂、光引发剂、分散剂配制成光固化3D打印金属浆料；制备光固化3D打印素坯：利用光固化3D打印机对所述光固化3D打印金属浆料进行固化成型，得到光固化3D打印素坯；脱脂、烧结：对所述光固化3D打印素坯进行脱脂、烧结处理，得到掺金属氧化物的光固化3D打印金属件。2.根据权利要求1所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，在所述预氧化处理的步骤中：所述预氧化处理的温度为200
‑
300℃，所述预氧化处理的时间为3
‑
12h。3.根据权利要求2所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，所述预氧化处理的步骤是在马弗炉中进行；和/或所述预氧化处理的步骤是在空气气氛条件下进行。4.根据权利要求1所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，所述金属粉选用Cu、Al、NiCoCrAlY、CoNiCrAlY、NiAl、NiCr粉中的一种或几种；优选的，所述金属粉的粒径为10
‑
50μm；优选的，所述金属粉为球形粉末或类球形粉末。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，所述预氧化处理后的产物粉末是以金属为核、预氧化过程中原位从金属中生长出来的金属氧化物为壳的核壳结构粉末；和/或所述预氧化处理后的产物粉末的粒径为10.1
‑
52μm；和/或所述预氧化处理后的产物粉末中，金属氧化物所占比例为0.1
‑
40％；和/或所述预氧化处理后的产物粉末为球形粉末或类球形粉末。6.根据权利要求1所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，在所述配制3D打印金属浆料的步骤中，所用到的原料的重量份数为：预氧化处理后的产物粉末60
‑
70重量份；光敏树脂30
‑
40重量份；光引发剂1
‑
2重量份；分散剂3
‑
4重量份。7.根据权利要求1所述的掺金属氧化物的光固化3D打印金属件的制备方法，其特征在于，所述光敏树脂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；和/或所述光引发剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁静静，李乔磊，李金国，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：