文档介绍：3d打印金属粉末
3D打印粉末烧结成型材料——金属粉末
来源:中国3D打印网作者: 2014-01-08 10:40:26
金属粉末
用SLS 制造金属功能件的方法有间接法和直接法,其中间接法速度较快,精度较高,技术最成熟,应用最广泛。
1 间接烧结成型:
(1)间接烧结成型的原理。用高分子聚合物作为粘结剂。由于聚合物软化温度较低,热塑性较好及粘度低,采用包覆制作工艺,将聚合物包覆在金属粉末表面,或者将其与金属粉末材料以某种形式混在一起,在用SLS成型时,激光加热使聚合物成为熔融态,流入金属粉粒间,将金属粉末粘结在一起而成型。在成型的坯件(green part) 中,既有金属成分,又有聚合物成分。坯件还需要进行热降解、二次烧结和渗金属后处理,才能成为纯金属件。间接法使用的材料中,结构材料是金属,主要是不锈钢和镍粉,聚合物主要是热塑性材料。
热塑性聚合物材料有两类,一类是无定型,另一类是结晶型。无定型材料分子链上分子的排列是无序的,如PC材料;结晶型材料分子链上分子的排列是有序的,如尼龙(nylon) 材料。这两种热塑性聚合物都可以用来作SLS材料中的粘结剂。
由于无定型材料和结晶型材料各有不同的热特性,因此也决定了SLS工艺参数的不同。
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聚合物在成型材料中主要以两种形式存在,一种是聚合物粉末与金属粉末的机械混合物,另一种是聚合物均匀地覆在金属粉粒的表面。将聚合物覆盖在金属粉末表面的方法有多种,如可将热塑性材料制成溶液,稀释后与粉末混合,搅拌,然后干燥;还可将聚合物加热熔化,以雾状喷出,覆在粉粒表面。
在聚合物和金属粉末质量分数相同的情况下,覆层粉末烧结后的强度要高于机械混合的材料。
目前,应用最多的成型材料主要是覆层金属粉末。
(2)间接法烧结成型工艺
激光烧结。
工艺参数:激光功率、扫描速度、扫描间距、粉末预热温度。
后处理工艺。
成型坯件必须进行后处理才能成为密实的金属功能件。后处理一般有三步:降解聚合物、二次烧结和渗金属。这三个阶段可以在同一个加热炉中进行,保护气氛为30%的氢气,70%的氮气。
降解聚合物
降解加热在两个不同温度的保温阶段完成,先将坯件加热到350℃,保温5h,然后再升温到450℃,保温4h。在这两个温度段,聚合物都发生分解,其产物是多种气体,通过加热炉上的抽风系统将其去除。通过降解,98 %以上的聚合物被去除。
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二次烧结
当聚合物大部分被降解后,金属粉粒间只靠残余的一点聚合物和金属粉末间的摩擦力来保持,这个力是很小的。要保持形状,必须在金属粉粒间建立新的联系,这就是将坯件加热到更高温度,通过扩散来建立联结。加热温度根据材料确定,对RapidSteel110,加热到约1000℃,保温8h。
渗金属
二次烧结后的成型件是多孔体,强度也不高,提高强度的方法就是渗金属。熔点较低的金属熔化后,在毛细力或重力的作用下,通过成型件内相互连通的孔洞,填满成型件内的所有空隙,使成型件成为密实的金属件。渗金属在可控气氛或真空中进行。在可控气氛中,必须使渗入金属单向流动,这样可让连通孔隙中的空气离开成型件;如多方向渗入,会将成型件中的气体封在体内,形成气孔而削弱强度。如果将成型件置于真空室内渗金属,由于成型件内没有空气存在,可将成型件浸入液态金