一種3d打印粉料及3d打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種3D打印粉料及3D打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是一種通過逐層添加材料獲得三維制件的增材制造技術(shù)。通常所見的3D打印的材料有絲狀、粉末狀的金屬、塑料、陶瓷等等。雖然3D打印技術(shù)在最近幾年獲得了飛速發(fā)展，但材料方面的研發(fā)相對緩慢，限制了 3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在金屬3D打印方面，常見的3D打印工藝有激光選擇性熔融(SLM)、微滴噴射粘結(jié)(3DP)等。這些方法都使用金屬粉末作為成型材料，并且對粉末的性能要求較高，如高的密度、高的球形度、均勻的成分、窄的尺寸分布等，這就對粉末的制造提出了更高的要求。目前針對金屬粉末已經(jīng)有多種方法進行摻雜或表面改性以提高其3D打印的適用性。發(fā)明專利“一種用于3D打印的不銹鋼復(fù)合粉料及其制備方法”(申請?zhí)?201510269051.9)發(fā)現(xiàn)往不銹鋼粉末中添加適量的納米鐵粉、鎳粉可以提高粉末的振實密度，有助于獲得擁有相對較高密度的3D打印制品。但是金屬納米粉體價格昂貴，會導(dǎo)致復(fù)合粉料價格過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種3D打印粉料及3D打印方法，既能大大降低3D打印制品的成本，又能保證3D打印制品具有較高密度和強度。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種3D打印粉料，包括不銹鋼粉末，還包括分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末。
[0006]進一步地:
[0007]所述氫氧化鐵粉末是水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，形成氫氧化鐵沉淀物，再通過清洗過濾而得到的氫氧化鐵納米粒子。
[0008]所述氫氧化鐵粉末與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在1:150到1:400之間。
[0009]所述不銹鋼粉末的顆粒直徑在10-100微米之間。
[0010]一種3D打印方法，包括如下步驟:
[0011]a.以所述的3D打印粉料作為成型粉料，通過微滴噴射粘結(jié)的方法，逐層噴射粘結(jié)劑微液滴使3D打印粉料逐層成型并疊加，從而形成3D打印坯體；
[0012]b.將所述3D打印坯體在還原氣氛下進行脫脂燒結(jié)，從而獲得3D打印制品。
[0013]進一步地:
[0014]所述粘結(jié)劑微液滴包括水溶性高分子材料和水。
[0015]所述水溶性高分子材料包括聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
[0016]在進行所述3D打印坯體的脫脂燒結(jié)時，通入氫氣或一氧化碳作為還原劑。
[0017]燒結(jié)采用逐步升溫的方式進行燒結(jié)，最高溫度在900°C -1350°C之間。
[0018]本發(fā)明提供了一種3D打印粉料及采用該3D打印粉料的簡單廉價的3D打印方法。該3D打印粉料包括不銹鋼粉末和分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末，以此3D打印粉料作為成型粉料，采用逐層噴射粘結(jié)劑微液滴的方法進行3D打印成型，成型后的坯體在一氧化碳或氫氣等還原氣氛如氫氣或一氧化碳下進行燒結(jié)，粉料中的氫氧化鐵納米粒子在高溫和還原氣體作用下被還原成鐵納米粒子并填充于不銹鋼粉末的間隙中，與不銹鋼粉末燒結(jié)形成一體。本發(fā)明有助于獲得高強度、高密度的3D打印不銹鋼燒結(jié)制品，尤其具有工藝簡單、成本低廉的顯著優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0019]以下對本發(fā)明的實施方式作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0020]在一種實施例中，一種3D打印粉料，包括不銹鋼粉末以及添加并分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末。
[0021]所述氫氧化鐵粉末可以是由水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，形成氫氧化鐵沉淀物，再通過清洗過濾而得到的氫氧化鐵納米粒子。
[0022]優(yōu)選地，所述氫氧化鐵粉末與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在1:150到1:400之間。
[0023]優(yōu)選地，所述不銹鋼粉末的顆粒直徑在10-100微米之間。所述不銹鋼粉末的外形優(yōu)選為球形。
[0024]在一種實施例中，一種3D打印方法，包括如下步驟:
[0025]a.以所述的3D打印粉料作為成型粉料，通過微滴噴射粘結(jié)的方法，逐層噴射粘結(jié)劑微液滴使3D打印粉料逐層成型并疊加，從而形成3D打印坯體；
[0026]b.將所述3D打印坯體在還原氣氛下進行脫脂燒結(jié)，從而獲得3D打印制品。
[0027]優(yōu)選地，脫脂燒結(jié)過程采用逐步升溫的方式進行燒結(jié)，且最高溫度設(shè)定在9000C _1350°C之間，效果尤其佳，能使制品達到很好的密實度。
[0028]為實施本發(fā)明，具體可以采用以下幾個工藝步驟:
[0029]1.利用化學(xué)沉淀法，即采用水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，生成氫氧化鐵納米粒子在鹽水溶液中的沉淀。然后將鹽水溶液過濾掉，用純水將沉淀清洗并過濾數(shù)次，得到含有少量水分的氫氧化鐵納米粒子沉淀物。
[0030]2.將含有少量水分的氫氧化鐵納米粒子沉淀物加入到一定量的不銹鋼粉末中，用過研磨攪拌使之混合均勻。然后將上述粉料烘干，使水分蒸發(fā)完全，再次進行高速研磨攪拌，使氫氧化鐵納米粒子均勻分散于不銹鋼粉末中，得到復(fù)合成型粉料。其中加入到不銹鋼粉末中的氫氧化鐵的質(zhì)量與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在1:150到1:400之間。不銹鋼粉末的直徑在10-100微米之間。優(yōu)選采用球形的不銹鋼粉末。
[0031]3.將上述復(fù)合成型粉料采用微滴噴射粘結(jié)劑的方式進行3D打印，即通過噴射粘結(jié)劑微液滴，將需要成型的粉末粘接起來，然后逐層疊加獲得三維的粘結(jié)坯體。其中粘結(jié)劑的主要成分是高分子和水。
[0032]4.將上述粘結(jié)坯體在還原氣氛的存在下進行脫脂燒結(jié)，獲得三維的制件。其中還原氣氛指的是一氧化碳或氫氣。在脫脂燒結(jié)過程中復(fù)合粉料會發(fā)生以下變化:粉料中的氫氧化鐵納米粒子首先在高溫下分解成氧化鐵和水，水分蒸發(fā)，氧化鐵在高溫和還原劑作用下被還原成鐵納米粒子，填充在不銹鋼粉末的間隙中，并通過高溫?zé)Y(jié)與不銹鋼粉末形成一體，從而獲得高密度和高強度的燒結(jié)制品。
[0033]實例1:
[0034]采用化學(xué)沉淀法制備氫氧化鐵納米沉淀物。首先各自制備氯化鐵和氫氧化鈉的水溶液。將氫氧化鈉水溶液滴入氯化鐵的水溶液中，并施加攪拌，生成氫氧化鐵在氯化鈉水溶液中的納米沉淀物。反應(yīng)如下:
[0035]FeCl3+3Na0H — Fe (OH)