一种用于提高粘结剂喷射3D打印件密度的三模态级配粉末及其制备方法与应用

一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于增材制造成形技术领域，具体涉及一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末及其制备方法与应用。


背景技术：

2.粘结剂喷射3d打印技术(binder jet 3d printing，简称bj3dp)，是一种以离散堆叠思想和微滴喷射技术为基础，运用金属/陶瓷等粉末状材料，逐层铺粉、喷墨直至堆叠成三维打印生坯，随后通过固化、脱脂和烧结得到最终件的增材制造技术。和传统的减材制造相比，有以下优势：一是可以实现结构更加复杂的零部件一体成形，可制造出传统工艺难以加工的产品，且生产效率高。二是节省原材料，粘结剂喷射3d打印技术使用的原材料为微米级粉末，粉末通过粘结剂粘接成形，无需模具，粉末可多次回收利用，材料的浪费显著减小。因此，粘结剂喷射3d技术在快速、批量化生产制造方面具有发展潜力，近年来得到广泛关注。然而，获取高致密度的最终件一直是粘结剂喷射3d打印的研究难题，由于打印生坯的空隙率高，需要极高的烧结温度才能使得最终件达到较高的致密度，使得能耗升高。
3.中国专利《一种用于增材制造的混合粉末及其制备方法》(申请公布号：cn114045424a)公布的增材制造用粉末中，通过在主体粉末(铝合金、钛合金、高熵合金、钢或高温合金)中加入附加粉末(金属粉末、非金属粉末、碳化物、硼化物或氮化物)，随后通过高频振动使粉末充分混合得到高密度的双模态级配粉末。该混合粉末用于有能量源的增材制造工艺(如选区激光熔化技术，电子束选区激光熔化技术和激光直接能量沉积技术)中，有利于减少最终成形试样的空隙和缺陷产生。基于horsfield粉末级配模型，多模态的粉末级配更有利于提高粉体的堆积密度，该专利中的双模态级配混合粉末堆积的密度尚有提升的空间。
4.对于粘结剂喷射3d打印技术而言，粉末床的密度对于烧结件的最终相对密度影响更大，需要更加致密的粉末堆积密度。因此，亟需一种综合考虑bj3dp工艺特点，可提高bj3dp打印生坯密度的粉末级配及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服bj3dp打印生坯密度低的问题，通过粉末级配的方式，提供一种用于提高粘结剂喷射3d打印零件密度的三模态级配粉末及其制备方法与应用。
6.本发明采用三种粒度范围不同的金属粉末混合的方式，在主粉末中添加一定比例的添加粉末a，添加小粒径粉末有效地填充主粉末堆积的孔隙，从而增大了金属粉末的松装密度及振实密度；在此基础上添加一定比例的添加中间粒径粉末b，使金属粉末的粒度分布更加连续，提高了金属粉末的可打印性，从而制备出表面质量好、相对密度高的粉末生坯。在获取相同密度最终件的前提下，高密度的生坯有利于降低烧结温度，降低能耗。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末，包括主粉末、添加粉末a和添加粉末b；按质量百分比计，主粉末为57～76wt.％，添加粉末a为8～26wt.％，添加粉末b为9～26wt.％；所述主粉末的平均粒径为40～50μm，所述添加粉末a的平均粒径为5～15μm，所述添加粉末b的平均粒径为25～35μm。
9.优选的，所述主粉末、添加粉末a和添加粉末b为同一材料。
10.进一步优选的，所述主粉末、添加粉末a和添加粉末b为17-4ph不锈钢粉末。
11.优选的，所述主粉末为等离子旋转电极雾化工艺制备而成；
12.优选的，所述添加粉末a和添加粉末b为气雾化工艺制备。
13.上述的一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末的制备方法，包括以下步骤：
14.将添加粉末a捣碎、真空干燥，主粉末和添加粉末b分别真空干燥，然后混合，再次真空干燥，得到用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末。
15.优选的，所述添加粉末a的捣碎、真空干燥重复2～3次；所述主粉末和添加粉末b的真空干燥进行1次。
16.优选的，所述真空干燥的压力值小于1pa，温度为100～140℃，时间为1～5h；
17.优选的，所述真空干燥为真空度达到预定压力值后再加热干燥。
18.优选的，所述混合使用v型混粉机混合；所述混合的时间为1～5小时。每次混合粉末量为1.0kg。
19.上述的用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末在制备金属零件中的应用。
20.优选的，包括以下步骤：
21.(1)将三模态级配粉体放入粘结剂喷射3d打印成形设备，以100～200μm的铺粉层厚，60％～100％的粘结剂浓度，10～20pps的铺粉速度对其进行3d打印成形；
22.(2)将打印件连同粉体进行固化处理后清除多余粉末得到打印生坯；
23.(3)将打印生坯进行烧结得到金属零件。
24.进一步优选的，步骤(2)所述固化处理在真空干燥箱中进行；所述固化处理的温度为150-200℃，时间为1-5h。
25.进一步优选的，步骤(3)所述烧结为真空烧结；所述烧结的温度为1380-1420℃，时间为3-6h。
26.与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
27.本发明中的主粉末与添加粉末a、b为同一材料，未引入新的杂质，本发明采用不同粒度范围的三种粉末混合的方式，在主粉末中添加一定比例的添加粉末a、b，添加粉末有效地填补主粉末的堆积孔隙，提高粉体的密度，同时三模态粉体连续的粒度分布使得粉末保有一定的流动性，在运用于粘结剂喷射3d打印工艺中可提高打印生坯的密度，有利于在较低的烧结温度下制备出高密度(性能)的bj3dp制件，降低能耗。
附图说明
28.图1为本发明实例所用大粒径主粉末的激光粒度分布图；
29.图2为本发明实例所用大粒径主粉末的显微形貌；
30.图3为实施例4制备的三模态级配粉末的激光粒度分布图；
31.图4为实施例4制备的三模态级配粉末的显微形貌；
32.图5为使用本发明实施例1-9、对比例1-2制备的粉末的密度及其bj3dp打印生坯的相对密度。
具体实施方式
33.为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合实施例及附图，对本发明进一步详细说明。
34.本发明实例所用主粉末、添加粉末a和添加粉末b均为17-4ph不锈钢粉末。
35.本发明实例所用大粒径主粉末的激光粒度分布图如图1；本发明实例所用大粒径主粉末的显微形貌如图2。
36.本发明实例所用粘结剂为酚醛树脂；购自武汉易制科技有限公司；所用粘结剂喷射3d打印设备(easy3dp-m450)购自武汉易制科技有限公司。
37.实施例1：
38.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
39.(1)选用76wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，12wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，12wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
40.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
41.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
42.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以100μm的铺粉层厚，60％的粘结剂浓度(即粘结剂的用量为相对干燥粉体中空隙的体积百分比，下同)，10pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
43.测量实施例1中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.64g/cm3，振实密度为5.13g/cm3，粉床密度为5.07g/cm3，打印生坯的相对密度(相对密度为相对17-4ph不锈钢密度的百分比，下同)为56.0％(表1)。
44.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
45.烧结最终件的相对密度为89.1％，,抗拉强度913mpa，屈服强度545mpa，硬度310hv，断后伸长率5.1％(表2)。
46.实施例2：
47.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
48.(1)选用71wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，10wt.％平均粒径约为10μm的添加
粉末a，19wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
49.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
50.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
51.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以100μm的铺粉层厚，100％的粘结剂浓度，20pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
52.测量实施例2中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.58g/cm3，振实密度为5.09g/cm3，粉床密度为5.01g/cm3，打印生坯的相对密度为58.1％(表1)。
53.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
54.烧结最终件的性能数据见表2。
55.实施例3：
56.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
57.(1)选用68wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，8wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，24wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
58.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
59.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
60.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以150μm的铺粉层厚，60％的粘结剂浓度，15pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
61.测量实施例3中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.55g/cm3，振实密度为5.17g/cm3，粉床密度为5.12g/cm3，打印生坯的相对密度为55.3％(表1)。
62.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
63.烧结最终件的性能数据见表2。
64.实施例4：
65.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
66.(1)选用74wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，17wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，9wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
67.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
68.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
69.实施例4制备的三模态级配粉末的激光粒度分布图如图3；实施例4制备的三模态级配粉末的显微形貌如图4。
70.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以100μm的铺粉层厚，80％的粘结剂浓度，15pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
71.测量实施例4中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.69g/cm3，振实密度为5.43g/cm3，粉床密度为5.35g/cm3，打印生坯的相对密度为60.5％(表1)。
72.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
73.烧结最终件的性能数据见表2。
74.(6)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1420℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
75.烧结最终件的相对密度为98.3％，,抗拉强度1081mpa，屈服强度618mpa，硬度345hv，断后伸长率5.3％
76.实施例5：
77.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
78.(1)选用66wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，17wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，17wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
79.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
80.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
81.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以150μm的铺粉层厚，80％的粘结剂浓度，20pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
82.测量实施例5中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.64g/cm3，振实密度为5.28g/cm3，粉床密度为5.24g/cm3，打印生坯的相对密度为58.4％(表1)。
83.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
84.烧结最终件的性能数据见表2。
85.实施例6：
86.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
87.(1)选用57wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，17wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，26wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
88.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
89.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
90.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以150μm的铺粉层厚，100％的粘结剂浓度，10pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
91.测量实施例6中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.59g/cm3，振实密度为5.17g/cm3，粉床密度为5.11g/cm3，打印生坯的相对密度为57.3％(表1)。
92.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
93.烧结最终件的性能数据见表2。
94.实施例7：
95.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
96.(1)选用65wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，26wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，9wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
97.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
98.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
99.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以200μm的铺粉层厚，60％的粘结剂浓度，20pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
100.测量实施例7中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.69g/cm3，振实密度为5.53g/cm3，粉床密度为5.45g/cm3，打印生坯的相对密度为57.4％(表1)。
101.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
102.烧结最终件的性能数据见表2。
103.实施例8：
104.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
105.(1)选用57wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，26wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，17wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
106.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
107.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
108.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以200μm的铺粉层厚，80％的粘结剂浓度，10pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
109.测量实施例8中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.66g/cm3，振实密度为5.38g/cm3，粉床密度为5.31g/cm3，打印生坯的相对密度为58.5％(表1)。
110.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
111.烧结最终件的性能数据见表2。
112.实施例9：
113.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
114.(1)选用58wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，21wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a，21wt.％平均粒径约为29μm的添加粉末b。
115.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末和添加粉末b放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
116.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a、b放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的混合粉末。
117.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以200μm的铺粉层厚，100％的粘结剂浓度，15pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
118.测量实施例9中样品的密度，三模态级配粉末的松装密度为4.64g/cm3，振实密度为5.22g/cm3，粉床密度为5.13g/cm3，打印生坯的相对密度为57.2％(表1)。
119.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
120.烧结最终件的性能数据见表2。
121.对比例1
122.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，
包括以下操作步骤：
123.(1)将平均粒径约为47μm的主粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h后得到干燥的粉体。
124.(2)将(1)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以120μm的铺粉层厚，80％的粘结剂浓度，15pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
125.测量对比例1中样品的密度，主粉末的松装密度为4.05g/cm3，振实密度为4.70g/cm3，粉床密度为4.52g/cm3，打印生坯的相对密度为53.6％(表1)。
126.(3)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
127.烧结最终件的性能数据见表2。
128.(4)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1420℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
129.烧结最终件的相对密度为92.7％。
130.对比例2：
131.本实例用于说明本发明公开的用于粘结剂喷射3d打印的级配粉末及其制备方法，包括以下操作步骤：
132.(1)选用75wt.％平均粒径约为47μm的主粉末，25wt.％平均粒径约为10μm的添加粉末a。
133.(2)首先将易于团聚的添加粉末a尽可能捣碎，随后放入真空干燥箱中，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h，反复捣碎、烘干2～3次。将主粉末放入真空干燥箱中烘干处理1次即可。
134.(3)将干燥后的主粉末和添加粉末a放入v型混粉机翻转混合3小时，使之混合均匀。将混合粉末放入真空干燥箱，当真空度稳定在1pa以下时开始加热至120℃烘干3h得到干燥的双模态级配混合粉末。
135.(4)将(3)中得到的干燥粉体放入粘结剂喷射3d打印设备中，以120μm的铺粉层厚，80％的粘结剂浓度，15pps的铺粉速度对其打印成形，将打印件连同粉体一起放入真空干燥箱中在180℃保温3h进行固化处理后清除多余粉末得到17-4ph不锈钢生坯。
136.测量对比例2中样品的密度，双模态级配粉末的松装密度为4.54g/cm3，振实密度为5.05g/cm3，粉床密度为4.92g/cm3，打印生坯的相对密度为55.1％(表1)。
137.(5)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1380℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
138.烧结最终件的性能数据见表2。
139.(6)打印生坯放入真空烧结炉中，真空抽至10-3
pa后加热至1420℃保温3h进行烧结处理得到最终件。
140.烧结最终件的相对密度为95.6％。
141.实施例1-9、对比例1-2的原料、工艺参数如表1，性能参数如表1和图5。
142.表1
[0143][0144][0145]
从表1和图5可以看出，三模级配粉末相对单模级配粉末和双模级配粉末可以提高bj3dp打印生坯的密度。
[0146]
实施例1-9、对比例1-2的不锈钢生坯在1380℃保温3h烧结后的性能数据如表2。
[0147]
表2
[0148][0149]
从表2可以看出，三模级配粉末相对单模级配粉末和双模级配粉末可以有效提高其烧结件的最终密度，bj3dp金属件的最终密度对其力学性能影响较大，bj3dp 17-4ph不锈钢的抗拉强度、屈服强度以及维氏硬度随着烧结件密度的增加而提高；其韧性也随着烧结件密度的增加得到改善。
[0150]
以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末，其特征在于：包括主粉末、添加粉末a和添加粉末b；按质量百分比计，主粉末为57～76wt.％，添加粉末a为8～26wt.％，添加粉末b为9～26wt.％；所述主粉末的平均粒径为40～50μm，所述添加粉末a的平均粒径为5～15μm，所述添加粉末b的平均粒径为25～35μm。2.根据权利要求1所述的一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末，其特征在于：所述主粉末、添加粉末a和添加粉末b为17-4ph不锈钢粉末。3.根据权利要求1所述的一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末，其特征在于：所述主粉末为等离子旋转电极雾化工艺制备而成；所述添加粉末a和添加粉末b为气雾化工艺制备。4.权利要求1-3任一项所述的一种用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将添加粉末a捣碎、真空干燥，主粉末和添加粉末b分别真空干燥，然后混合，再次真空干燥，得到用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述添加粉末a的捣碎、真空干燥重复2～3次；所述主粉末和添加粉末b的真空干燥进行1次。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述真空干燥的压力值小于1pa，温度为100～140℃，时间为1～5h；所述真空干燥为真空度达到预定压力值后再加热干燥。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述混合使用v型混粉机混合；所述混合的时间为1～5小时。8.权利要求1-3任一项所述的用于提高粘结剂喷射3d打印件密度的三模态级配粉末在制备金属零件中的应用。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：(1)将三模态级配粉体放入粘结剂喷射3d打印成形设备，以100～200μm的铺粉层厚，60％～100％的粘结剂浓度，10～20pps的铺粉速度对其进行3d打印成形；(2)将打印件连同粉体进行固化处理后清除多余粉末得到打印生坯；(3)将打印生坯进行烧结得到金属零件。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述固化处理在真空干燥箱中进行；所述固化处理的温度为150-200℃，时间为1-5h；步骤(3)所述烧结为真空烧结；所述烧结的温度为1380-1420℃，时间为3-6h。

技术总结
本发明公开了一种用于提高粘结剂喷射3D打印件密度的三模态级配粉末及其制备方法与应用；所述三模态级配粉末包括主粉末、添加粉末A和添加粉末B；按质量百分比计，主粉末为57～76wt.％，添加粉末A为8～26wt.％，添加粉末B为9～26wt.％；所述主粉末的平均粒径为40～50μm，所述添加粉末A的平均粒径为5～15μm，所述添加粉末B的平均粒径为25～35μm。本发明采用三种粒度范围不同的金属粉末混合的方式，使金属粉末的粒度分布更加连续，提高了金属粉末的可打印性，从而制备出表面质量好、相对密度高的粉末生坯。在获取相同密度最终件的前提下，高密度的生坯有利于降低烧结温度，降低能耗。耗。耗。


技术研发人员：陈维平 林海涛 付志强 朱德智
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/9/14