粘结剂打印钛合金的方法技术

本发明专利技术公开一种粘结剂打印钛合金的方法，包括：准备原材料，使用气雾化生产的近球形Ti6Al4V粉末，粉末粒度为15

【技术实现步骤摘要】
粘结剂打印钛合金的方法


[0001]本专利技术涉及三维成型制造
，具体涉及一种粘结剂打印钛合金的方法。

技术介绍

[0002]钛合金经过七十余年的发展，如今已成为三大轻金属结构材料之一，钛及其合金具有低密度、高比强度和优异的耐腐蚀、生物相容等性能，是航空航天、海洋工程和生物医疗等领域重要零件的成型材料。
[0003]目前，在增材制造方面钛合金常用的技术有选区激光熔融(SLM)、选区电子束熔化(EBM)、粉末注射成形(MIM)以及粘结剂喷射打印(BJAM)等。选区激光熔融和选区电子束熔化可统称为粉末床熔化(PBF)，PBF通常采用高能束热源在惰性气氛或真空中熔化材料，该工艺可打印高性能金属零件，但存在打印效率低、成本高和残余应力突出等问题，金属注射成型技术(MIM)区别于传统加工工艺，以注塑成型结合金属粉末的方式制造精密金属零件，在保证零件结构强度的前提下允许更加灵活的结构设计；同时，MIM在钛合金方面的应用实现了钛合金复杂几何零部件的低成本生产。
[0004]BJAM技术又被称为3DP(3dprinting)，指的是向粉末床喷射粘结剂，粘结剂将粉末粘结固化，并逐层成型的一种增材制造加工方法，过程包括2个阶段：通过喷墨打印头逐层喷射粘结剂选区沉积在粉末床上，粘结打印三维实体零件初坯；将打印的初坯置于均匀的热环境中进行脱脂和烧结，使其致密化并获得机械性能良好的零件；与PBF和DED技术相比，BJAM技术存在独特的优点：低成本、材料体系广泛、表面质量良好和无需支撑结构等，但当前BJAM成型钛合金零件面临着难脱脂、烧结过程收缩率较大、控形精度差以及最终成型件致密度不高导致性能差等一系列问题。
[0005]基于现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提出一种粘结剂打印钛合金的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种粘结剂打印钛合金的方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种粘结剂打印钛合金的方法，包括：
[0009]步骤1，准备原材料，使用气雾化生产的近球形Ti6Al4V粉末，粉末粒度为15
‑
53μm且具有双峰分布，粉末纯度为99.9％，制作三维模型；
[0010]步骤2，将准备好的Ti6Al4V粉末在80℃下真空干燥4小时，干燥完成后在基板上铺展；
[0011]步骤3，根据已经完成的三维模型，将三维模型数据导入打印设备，完成模型识别和切片工作；
[0012]步骤4，设置打印参数，打印设备喷头喷射粘结剂至Ti6Al4V粉末床润湿粉末，开始打印；
[0013]步骤5，打印完成后，在打印设备中对产品进行热固化直至粘结剂干燥；
[0014]步骤6，对固化后的产品进行脱脂烧结；
[0015]步骤7，完成烧结，取出产品。
[0016]进一步地，步骤4中，粘结剂为水基粘结剂，包括65
‑
78份的聚乙二醇(PEG)、20
‑
27份的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、2
‑
10份的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和2
‑
5份的硬脂酸(SA)，上述成分按质量计。
[0017]进一步地，步骤4中，可选铺粉层厚为50μm/80μm/120μm/150μm、粘结剂饱和度为60％
‑
90％、铺粉辊子速度为50mm/s、辊子转速为75rpm、粉床温度为15
‑
30℃，其中，低的铺粉速度以及辊子转速能保证粉末床表面的粗糙度小，提高打印件的表面质量。
[0018]进一步地，步骤5中，固化温度为100
‑
220℃，时间2
‑
3h。
[0019]进一步地，步骤6中，烧结氛围为真空，真空度为10
‑
3Pa。
[0020]进一步地，步骤6中，脱脂烧结共分为七个温度阶段，加热温度分别为300℃、400℃、450℃、550℃、800℃、1100℃、1300℃，升温时间分别为60min、20
‑
50min、50min、50min、30min、150min、100min；保温时间分别为90
‑
300min、90
‑
300min、60min、180
‑
300min、60min、0min、120min。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优越效果在于：
[0022]1、本专利技术所述的粘结剂打印钛合金的方法，采用水基粘结剂进行打印并采用少量PVP加入的方法，抑制了PEG和PMMA的空洞形核现象，提升了质量的同时，也保证了清洁性；
[0023]2、本专利技术所述的粘结剂打印钛合金的方法，在脱脂烧结阶段，采用了多段式加热烧结工艺，缓慢的加热使脱脂过程逐步进行，产品收缩率得到降低，保证了产品尺寸精度；
[0024]3、本专利技术所述的粘结剂打印钛合金的方法，采用近球形Ti6Al4V粉末、粒度为15
‑
53μm且具有双峰分布、粉末纯度为99.9％，使粘结剂能充分润湿粉末颗粒和坯体具有较高的强度，粗粉保证流动性，细粉填充大颗粒间的孔隙以提高堆积密度，减小收缩率。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例3中粘结剂热重曲线图；
[0026]图2是本专利技术实施例3中打印坯体热重曲线图；
[0027]图3是本专利技术实施例3中样品金相图。
具体实施方式
[0028]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]实施例1
[0030]S1、准备原材料，使用气雾化生产的近球形Ti6Al4V粉末，粉末粒度为15
‑
53μm，纯度为99.4％，制作三维模型；
[0031]S2、将准备好的Ti6Al4V粉末在80℃下真空干燥4小时，在基板上铺展；
[0032]S3、根据所提供图纸，提前完成生产产品的三维建模，将模型导入打印设备，完成识别和切片工作；
[0033]S4、设置打印参数，可选铺粉层厚为50μm、粘结剂饱和度为60％、辊子铺设速度
50mm/s，辊子转速75rpm；粉床温度15℃，设备喷头喷射粘结剂至粉末床润湿粉末开始打印；
[0034]S5、打印完成后，对产品进行热固化，直至粘结剂干燥，固化温度为200，时间2h；
[0035]S6、对固化后的产品进行脱脂烧结，烧结氛围为真空，真空度为10
‑3Pa；脱脂烧结共分为七个温度阶段，加热温度分别为300、400、450、550、800、1100、1300，升温时间分别为60min、50min、50min、50min、30min、150min、100min；保温时间分别为90min、90min、60min、180min、60min、0min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂打印钛合金的方法，其特征在于，包括：步骤1，准备原材料，使用气雾化生产的近球形Ti6Al4V粉末，粉末粒度为15
‑
53μm且具有双峰分布，粉末纯度为99.9％，制作三维模型；步骤2，将准备好的Ti6Al4V粉末在80℃下真空干燥4小时，干燥完成后在基板上铺展；步骤3，根据已经完成的三维模型，将三维模型数据导入打印设备，完成模型识别和切片工作；步骤4，设置打印参数，打印设备喷头喷射粘结剂至Ti6Al4V粉末床润湿粉末，开始打印；步骤5，打印完成后，在打印设备中对产品进行热固化直至粘结剂干燥；步骤6，对固化后的产品进行脱脂烧结；步骤7，完成烧结，取出产品。2.根据权利要求1所述的粘结剂打印钛合金的方法，其特征在于，步骤4中，粘结剂为水基粘结剂，包括65
‑
78份的聚乙二醇、20
‑
27份的聚甲基丙烯酸甲酯、2
‑
10份的聚乙烯吡咯烷酮和2
‑
5份的硬脂酸，上述成分按质量计。3.根据权利要求1所述的粘结剂打印钛合金的方法，其特征在于，步骤4中，可选铺粉层厚为50μm/80μm/...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗霞，黄若，
申请(专利权)人：萍乡市慧成精密机电有限公司，
类型：发明
国别省市：