[发明专利]金属陶瓷或硬质合金的三维打印

说明书

本发明涉及一种用于三维打印金属陶瓷或硬质合金刀体的粉末，所述粉末包含30体积％至70体积％的直径10μm的粒子。本发明还涉及一种制造金属陶瓷或硬质合金刀体的方法，所述方法包括以下步骤：形成所述粉末，使用所述粉末与打印粘结剂一起3D打印刀体，从而形成3D打印的金属陶瓷或硬质合金生坯，随后烧结所述生坯，从而形成金属陶瓷或硬质合金刀体。

技术领域

本发明涉及一种三维打印金属陶瓷或硬质合金刀体的方法。本发明还涉及一种将在三维打印中使用的粉末。该粉末包含金属陶瓷和/或硬质合金粉末，其中30体积％至70体积％的粉末粒子的直径10μm，并且其中直径20μm的粒子是多孔的。

背景技术

三维(3D)打印或增材制造是一种有前途的制造技术，其使得可以打印三维体。通常在计算机程序中创建主体的模型，然后在三维打印机或设备中打印该模型。三维打印是一种很有前途的制造技术，因为它使得可以制造那些通过常规制造方法无法实现的复杂的结构和主体。

一种类型的三维打印基于粘结剂喷射，其中使用喷墨型打印机头将粘结剂喷雾到粉末薄层上，当凝固时，该粉末层形成用于给定目标层的胶合在一起的粉末薄片。在粘结剂凝固后，将下一粉末薄层铺展在原来的层上，并按照该层的图案重复粘结剂的打印喷射。没有用粘结剂打印的粉末保留在最初沉积的地方，并用作基底和作为打印结构的支撑。当目标的打印完成时，粘结剂在升高的温度下固化，随后通过例如空气流或冲刷除去未用粘结剂打印的粉末。

金属陶瓷和硬质合金材料由在例如Co的金属粘结相中的碳化物和/或氮化物如WC或TiC的硬质成分组成。这些材料由于其高硬度和高耐磨性以及高韧性而可用于高要求的应用中。应用领域的实例是用于金属切削的切削工具、用于岩石钻探的钻头和耐磨部件。

需要找到金属陶瓷和硬质合金刀体的三维打印的成功方法。挑战之一是最终产品需要在结构和组成上是均匀的。另一个挑战是孔隙的密度需要非常有限。

“Three dimensional printing of tungsten carbide-10wt％cobalt usingcobalt oxide precursor”，Kernan等，International Journal of Refractory Metalsand Hard Materials 25(2007)，第82-94页公开了使用氧化钴的硬质合金刀片的基于浆料的三维打印，氧化钴在烧结步骤中被还原成钴金属。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种适用于金属陶瓷或硬质合金刀体的三维打印的粉末。

本发明的另一个目的是提供一种制造具有均匀组成和最少孔隙的三维(3D)打印的金属陶瓷或硬质合金刀体的方法。

本发明的另一个目的是提供一种具有最少孔隙的3D打印的刀体。

这些目的中的至少一个是利用根据权利要求1所述的粉末、根据权利要求7所述的方法和根据权利要求14所述的3D打印的刀体来实现的。优选的实施方式列在从属权利要求中。

本发明涉及一种用于三维打印金属陶瓷或硬质合金刀体的粉末，其中所述粉末包含硬质合金和/或金属陶瓷粒子，其D90为15μm至35μm，优选17μm至30μm，并且其中直径≥20μm的金属陶瓷和/或硬质合金粒子的平均孔隙率为10体积％至40体积％，优选15体积％至30体积％，更优选20体积％至25体积％，并且其中30体积％至70体积％或30体积％至65体积％，优选40体积％至65体积％或45体积％至65体积％的粒子的直径10μm。

本发明的粉末显示以下优点：可以成功地打印金属陶瓷或硬质合金的三维刀体，所述三维刀体具有与孔隙率和/或金属粘结相富集区有关的令人满意的性质。已经发现，足够的粒子孔隙率和适合的粒度分布的组合对于金属陶瓷或硬质合金刀体的最终密度和均匀性是重要的。