[发明专利]一种金属/陶瓷粉末烧结分区的3D打印方法

说明书

本发明属于零部件制备技术领域，提供了一种金属/陶瓷粉末烧结分区的3D打印方法。所述方法包括：获取目标零件的三维模型；根据目标零件的外轮廓偏置曲面和所述三维模型，对所述目标零件构建具有支撑区和填充区的打印模型；通过所述打印模型，对所述支撑区和填充区依次逐层打印。制得的坯样经过更简短的脱脂工序和烧结工序，能得到致密度更高，力学性能更优的零件。本发明还解决因成形方法的改变所带来的坯样结构强度的减弱问题，以及脱脂去除粘结剂后结构疏松易崩塌等问题。

技术领域

本发明属于零部件制备技术领域，提供了一种金属/陶瓷粉末烧结分区的3D打印方 法。

背景技术

3D打印体系中，金属3D打印技术，最为前沿和最具潜力的技术。主流金属3D打印技术中，需配备激光、电子束等高能束热源将金属粉末熔化，零件成形环境要求高，设备造 价和制造成本居高不下。直接采用金属与高分子材料混合的金属浆料沉积成形技术(CN103801697A)和对金属粉末层进行选择性粘结剂微喷射成形技术(US5766304A)能够 制备金属粉末与高分子粘结剂混合的坯样，再经过脱脂工序去除粘结剂，烧结工序将金属 粉末进行烧结，能够以较低的制造成本获得金属零件。

上两种依赖粘结剂成形坯样的金属粉末烧结的3D打印技术，不可避免的需要体积占 比40％-60％的高分子材料粘结剂；坯样中高含量的高分子材料粘结剂使得后续的脱脂工艺 需要花费很长的时间将其去除，脱脂时间与零件的厚度成正相关；而必需的粘结剂组成也 使得最终烧结所得的金属零件出现较大的收缩，且孔隙较多，导致这类型的工艺难以制备 力学性能优良的高致密度零件。

综上，急需一种打印方法以解决现有粘结剂的使用带来的脱脂工序费时问题和烧结工 序后零件易崩塌的问题。

发明内容

本申请提供了一种金属/陶瓷粉末烧结分区的3D打印方法，以解决现有粘结剂的使用 带来的脱脂工序费时问题和烧结工序后零件易崩塌的问题。

用于实现上述目的的技术方案如下：

一种金属/陶瓷粉末烧结分区的3D打印方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标零件的三维模型；

根据目标零件的外轮廓偏置曲面和所述三维模型，对所述目标零件构建具有外壳、内 部支架和填充区的打印模型；

通过所述打印模型，对所述外壳、内部支架和填充区依次逐层打印。

可选的，所述支撑区包括外壳和内部支架。

可选的，若所述目标零件为金属材质，所述外壳的打印材料为第一金属打印材料和粘 结剂，所述内部支架的打印材料包括第二金属打印材料和粘结剂，所述填充区的打印材料 包括第三金属打印材料。

若所述目标零件为陶瓷材质，所述外壳的打印材料包括第一陶瓷打印材料和粘结剂， 所述内部支架的打印材料包括第二陶瓷打印材料和粘结剂，所述填充区的打印材料为第三 陶瓷打印材料。

可选的，所述第一金属打印材料、所述第二金属打印材料和所述第三金属打印材料均 包括：一种或多种金属元素的纯金属、合金和金属基复合材料中任意一种；

所述第一陶瓷打印材料、所述第二陶瓷打印材料和所述第三陶瓷打印材料包括：组分 相同或不同组分的陶瓷材料。

可选的，所述第一金属打印材料、第一陶瓷打印材料、第二金属打印材料和第二金属 打印材料的原料形态为粉末；所述第三金属打印材料和第三陶瓷打印材料的原料形态为粉 末或球体；所述粉末粒径10纳米-1毫米；所述球体直径1毫米-200毫米。

可选的，若所述目标零件为金属材质，外壳中，以体积分数计，所述粘结剂为20％-40％，所述第一金属打印材料为60％-80％；若所述目标零件为陶瓷材质，外壳中，以体积分数计，所述粘结剂为20％-40％，所述第一陶瓷打印材料的为60％-80％。