一种高熔点金属及其增材制造方法

本发明涉及墨水直写增材制造领域，特别提供一种高熔点金属及其增材制造方法。

背景技术：

1、目前基于熔化的增材制造方法，在打印过程中需要将金属粉末熔化，因而需要能量的高度集中，打印过程中还需要有惰性气体保护防止氧化。这对设备以及场地的要求都相对较高，故熔化方法的增材制造设备大多价格昂贵，维护保养成本高。

2、鉴于熔化的增材制造方法存在成本高的问题，近年出现了墨水直写增材制造，该方法可理解为：将金属粉末和有机物混合得到墨水或浆料，通过将浆料在预设位置挤出，层层叠加得到预制体，随后脱粘、烧结得到最终产品的方法。目前应用于金属领域的墨水直写增材制造技术多以二氯甲烷（dcm）作为溶剂；聚乳酸-羟基乙酸共聚物（plga）作为分散剂为基础plga对金属及金属氧化物粉末具有良好的分散性，并且在加热过程中可以完全去除，但是plga的成本相当高，无法适应大规模生产。另外，dcm溶剂的打印墨水因dcm的易挥发性无法长期存储，且dcm的挥发污染环境。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高熔点金属及其增材制造方法。

2、本发明技术方案如下：

3、一种高熔点金属的增材制造方法，采用墨水直写增材制造设备进行制备，增材制造模型由软件cinema 4d绘制，操作参数由simplify3d软件进行设置；

4、采用的浆料由钨/高熵合金混合粉末、聚乙烯醇（pva）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）、纤维素、甘油、去离子水组成。

5、喷嘴直径0.2mm~1mm，挤出线宽0.2mm~1mm，层高为0.15mm~0.7mm，首层层高、首层挤出线宽、首层打印降速比率均为100%，填充密度为40%~100%，填充走线角度为45°和-45°，默认打印速度设为50mm/s，x、y、z轴移动速度均为100mm/s，挤出气压不高于0.5mpa；

6、将增材制造后的样品在空气中加热至110℃~120℃并保温48h~72h，随后在氩气气氛中加热至800℃并保温1h~2h高温脱粘；在氩气气氛中加热至1450℃~1500℃，保温1h后制得高熔点金属增材制造产品。

7、作为优选的技术方案：

8、所述浆料中，相对于每100重量份的钨/高熵合金混合粉末，聚乙烯醇的添加量为0.34~1.13重量份，聚乙烯吡咯烷酮的添加量为0.11~0.56重量份，纤维素的添加量为0.12~0.98重量份，甘油的添加量为9~21重量份，去离子水的添加量为1.5~6.5重量份。

9、所述钨/高熵合金混合粉末的粒径为2μm~4μm。

10、所述高熵合金的体系为feconi、feconicr、feconicrmn、feconialmn、feconicual或feconicralmncu，最优选为feconicr高熵合金。

11、所述纤维素以丝瓜络为原料，通过漂白、酸洗、碱洗冷冻干燥制得。

12、本发明还提供了采用上述方法制备得到的高熔点金属，所述高熔点金属为网状多孔结构，具有金属光泽，其压缩断裂极限为300mpa。

13、本发明和现有技术相比具有如下显著特点：

14、1. 本发明可在室温下制备高熔点金属（如w）的增材制造样品，相比于基于熔化增材制造，本设备结构简单成本低。室温增材制造后期烧结过程相比于直接熔化增材制造方法，产生的应力大幅减小，使增材制造高熔点金属更加简易化。

15、2. 本发明所述浆料中不含有易挥发物质，相比于以dcm为溶剂的浆料具有很强的稳定性，浆料可以长期储存。

16、3. 本发明使用的打印设备以及浆料相比于现有打印技术成本大大降低。

17、4. 本发明安全环保，不含有易挥发的危险溶剂，不会对操作人员的健康造成严重危害。

18、5.采用本发明所述浆料制备得到的高熔点金属为网状多孔结构，具有金属光泽，其压缩断裂极限高达300mpa。

技术特征：

1.一种高熔点金属的增材制造方法，其特征在于：采用墨水直写增材制造设备进行制备，增材制造模型由软件cinema 4d绘制，操作参数由simplify3d软件进行设置；

2.按照权利要求1所述高熔点金属的增材制造方法，其特征在于：所述浆料中，相对于每100重量份的钨/高熵合金混合粉末，聚乙烯醇的添加量为0.34~1.13重量份，聚乙烯吡咯烷酮的添加量为0.11~0.56重量份，纤维素的添加量为0.12~0.98重量份，甘油的添加量为9~21重量份，去离子水的添加量为1.5~6.5重量份。

3.按照权利要求1所述高熔点金属的增材制造方法，其特征在于：所述钨/高熵合金混合粉末的粒径为2μm~4μm。

4.按照权利要求1所述高熔点金属的增材制造方法，其特征在于：所述高熵合金的体系为feconi、feconicr、feconicrmn、feconialmn、feconicual或feconicralmncu。

5.按照权利要求4所述高熔点金属的增材制造方法，其特征在于：所述高熵合金为feconicr高熵合金。

6.按照权利要求1所述高熔点金属的增材制造方法，其特征在于：所述纤维素以丝瓜络为原料，通过漂白、酸洗、碱洗冷冻干燥制得。

7.一种采用权利要求1所述方法制备得到的高熔点金属，其特征在于：所述高熔点金属为网状多孔结构，具有金属光泽。

8.按照权利要求7所述高熔点金属，其特征在于：所述高熔点金属的压缩断裂极限为300mpa。

技术总结
一种高熔点金属及其增材制造方法，属于墨水直写增材制造领域，采用墨水直写增材制造设备进行制备，增材制造模型由软件Cinema 4D绘制，操作参数由Simplify3D软件进行设置；喷嘴直径0.2mm~1mm，挤出线宽0.2mm~1mm，层高不低于0.15mm~0.7mm，首层层高、首层挤出线宽、首层打印降速比率均为100%，填充密度为40%~100%，填充走线角度为45°和‑45°，默认打印速度设为50mm/s，x、y、z轴移动速度均为100mm/s，挤出气压不高于0.5MPa。将增材制造后的样品在空气中加热至110~120℃并保温48h~72h，随后在氩气气氛中加热至800℃并保温1h~2h高温脱粘；最后在氩气气氛中加热至烧结温度，制得高熔点金属增材制造产品。

技术研发人员：朱正旺,夏士超,李松涛,张海峰,张宏伟,付华萌,王爱民
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13