[发明专利]一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法

摘要

本发明公开了一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，在交变磁场中具有优良导电性的金属材料因磁场的连续变化而在材料内部产生感应电流，基于导电性良好的金属材料与不易导电的陶瓷对交变磁场的不同响应，在打印过程中通过交变磁场控制金属材料定向分布，通过改变交变电流强度和电流频率改变驱动力大小，制备金属陶瓷功能梯度零件，实现了交变磁场3D打印金属陶瓷梯度零件，可在任意空间位置实现材料梯度分布，节省材料和设备成本，适合广泛推广应用。

主权项

一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，该方法的步骤如下：一：混合浆料的配制，将金属陶瓷粉末与高分子粘结剂均匀混合后加热，混合浆料在160~200℃时熔化，在室温情况下会快速固化；所述混合浆料的组成成分及质量百分比如下：金属陶瓷粉末56‑65%，高分子粘结剂35‑44%；金属陶瓷粉末的组成成分及质量百分比如下：金属粉末1‑40%，陶瓷粉末60‑99%；所述金属粉末：1‑90µm，中值粒径为40µm；所述金属粉末材质为Fe或Al或Ag或Mg或Zn或Cu；所述陶瓷粉末：1‑90µm，中值粒径为40µm；所述陶瓷粉末材质为Al2O3、SiC、SiO2、ZrO2中的一种或其中几种；高分子粘结剂的组成成分及质量百分比如下：石蜡65‑70%，乙烯‑醋酸乙烯共聚物7‑12%，聚丙烯18‑23%，硬脂酸1‑5%；二：数据建模处理，利用三维软件建立模型，然后进行切片处理，层片的厚度为0.06~0.24mm，建立零件的三维数据模型，根据所需功能梯度零件设置相应的填充路线；三：交变磁场下熔融沉积成型，利用熔融沉积成型工艺进行打印成型，根据打印轨迹在需要的位置设置相应的交变磁场，可旋转鸭嘴形打印挤出头（21）的温度为175℃，速度为14mm/s，电流的强度0.5A‑5A，电流频率100‑10000HZ，计算机控制3D打印装置，混合浆料由材料供应打印装置（2）送至可旋转鸭嘴形打印挤出头（21），并在可旋转鸭嘴形打印挤出头（21）中加热至熔融状态，然后选择性地挤出沉积在工作平台（4）上，快速冷却后形成加工工件截面轮廓，当成型完成后，工作平台（4）下降一截面层的高度，可旋转鸭嘴形打印挤出头（21）再进行下一层的打印，如此循环，最终形成产品，打印过程中，可旋转鸭嘴形打印挤出头（21）在一定温度下将具有流动性的混合浆料按照计算机设定的轨迹和速度挤出，熔道的金属粉末材料在磁场的作用下迅速移动，在熔道内组分连续变化，改变交变电流强度和电流频率改变驱动力大小，在任意空间位置梯度参数可控，且通过改变可旋转鸭嘴形打印挤出头的旋转角度，得到各种壁厚的坯体；四：将坯体内的高分子粘结剂进行脱除处理，首先是溶剂脱脂，将坯体放入三氯乙烯溶液中，溶液的温度为30‑50℃，脱脂8‑12h，干燥后，然后将坯体埋入三氧化二铝粉末中，再整体放入真空气氛炉内进行热处理以及预烧结，温度上升速度为1~3℃/min，温度为500‑700℃，时间为3‑4h；五：烧结，将预烧结坯体放在真空气氛炉内继续加温，升温速度为4‑6℃/min，最终温度和保温时间与烧结的金属材料的熔点有关，烧结完成后，得到所需的功能梯度零件。