[发明专利]3D打印机用的金属粉末及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及3D打印机所有原料技术领域，具体涉及一种用于3D打印机用的金属粉末及其制备方法。该金属粉末是由许多亚微米级的金属粒子组成的平均粒径为10-50微米的金属粉末。 

背景技术：

3D打印技术目前已成为全球最关注的新兴技术之一。这种新型的生产方式与其他数字化生产模式一起将推动第三次工业革命的实现。制约3D打印技术迅速发展的其中一大瓶颈是打印材料，特别是金属打印材料。研发和生产性能更好和通用性更强的金属材料是提升3D打印技术的关键。在高性能金属构件直接采用3D打印技术制造方面，需要粒径细、粒径均匀、高球形度、低氧含量的各类金属粉末。目前高端的金属粉末主要依赖进口。而国外厂商常将原材料与设备捆绑高价销量，极大地制约了我国的金属3D打印技术的发展。 

金属粉末的制备方法主要有雾化法、旋转电极法等。其中采用真空雾化法制备的金属粉末具有球形度高、成分均匀、氧含量低等特点，受到广泛应用。雾化法制备的金属粉末的平均粒径受到限制，平均粒径在10-50微米，并且细粉得率低，目前还无法采用雾化法来制备亚微米级金属粉末。一般来讲，金属粉末粒径越小，熔融速度越快，可以提高打印速度和精度。但当金属粉末粒径达到亚微米级(粒度直径100nm～1.0μm)时，金属粉末的分散性变差，导致金属粉末输送困难，限制了亚微米级的金属粉末在3D打印制造中的应用。如何获得一种适合于3D打印制造中的金属粉是3D打印技术的关键问题之一。 

发明内容：

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种使金属粉末既具有亚微米粒子的各种优点，又具有雾化金属粉末的分散性和输送性的3D打印机用的金属粉末。 

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种3D打印机用的金属粉末，该金属粉末为先采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备亚微米级金属粉末，所得的亚微米级金属粉末的平均粒径为0.1-3微米；该平均粒径为0.1-3微米的亚微米级金属粉末通过造粒团聚成平均粒径10-50微米3D打印机用的的金属粉末。 

本发明上述的3D打印机用的金属粉末种类可以是纯金属粉或合金粉。 

本发明还提供一种3D打印机用的金属粉末的制备方法，具体制备步骤包括： 

（1）先采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备出亚微米级金属粉末，所得的亚微米级金属粉末的平均粒径为0.1-3微米； 

（2）将步骤（1）所得的平均粒径为0.1-3微米的亚微米级金属粉末与液体混合、配制成金属粉浆料；上述金属粉浆料的亚微米级金属粉末与液体的重量比（即固液重量比）为0.25-2.0:1； 

（3）在步骤（2）所得的金属粉浆料中加入亚微米级金属粉末（固体）重量0.1-10％的有机粘合剂，搅拌混合均匀； 

（4）将步骤（3）搅拌混合均匀的浆料通过离心喷雾造粒机（离心喷雾造粒器或称离心造粒喷雾干燥机）或压力喷雾造粒机（压力喷雾造粒器或称压力喷雾干燥造粒机）制备成球形、平均粒径为10-50微米的3D打印用的金属粉末。 

上述步骤（4）3D打印用的金属粉末的平均直径的获得可以通过调节离心喷雾的转速或压力喷雾的压力和其他控制参数以及浆料的固液比等得到所需的金属粉末大小；为了实现上述粒径的产品，本发明步骤（4）所述的离心喷雾造粒机的转速控制在10000-40000转/分；压力喷雾造粒机的压力为6-30kg/cm²（即0.6-3兆帕）；对上述二种造粒机器涉及到的工艺参数即操作参数（即压力喷雾造粒机和离心喷雾造粒机均适用的操作参数）可控制在：干燥空气的进口温度为200-350℃、干燥空气的出口温度为80-150℃；干燥空气的流量为100-300Nm³/h（标方每小时即指标准状况下的体积流量）；金属粉浆料在压力喷雾造粒机或离心喷雾造粒机的进料速度为5-20kg/h。 

作为优选，本发明步骤（1）所述的亚微米级金属粉末的平均粒径为0.5-2微米，采用该粒径的金属粉，再进行造粒工艺团聚过程，更利于各亚微米级金属粉末彼此之间的团聚，结构更加稳固。 

作为优选，本发明步骤（4）所述的3D打印机用的金属粉末其平均粒径为20-30微米，采用该粒径范围的金属粉末，更利于在3D打印机上的应用。 

作为优选，本发明所述的金属粉末可以为钛、镍、铜等纯金属粉，也可以是镍基合金粉，钛基合金粉，铝基合金粉，铁基合金粉等以及可用于3D打印的其他金属粉。 

本发明上述步骤（2）中所述的液体可以是水、乙醇或者其他有机溶液（如异丙醇，甲醇等）。