[发明专利]一种基于熔融沉积的316L不锈钢间接3D成型方法

说明书

本发明涉及金属3D打印的技术领域，是一种基于熔融沉积的316L不锈钢间接3D成型方法。本发明以316L不锈钢粉末和高分子粘结剂的复合线材作为原材料，结合熔融沉积3D打印和热处理两种技术，制备获得高致密度的316L不锈钢零件。本发明提供了一种低成本、经济型、可规模化应用的金属3D打印间接制作方法，对于实现金属3D打印的广泛应用，推动我国制造业发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及金属3D打印的技术领域，具体是一种基于熔融沉积成型，即FDM(FusedDeposition Modeling)3D打印技术间接成型316L不锈钢的方法。

背景技术

近年来，3D打印技术由于具有可加工任意形状的零件、可个性化定制及可整体成型等传统制造技术所不具备的优势，已经成为制造业中一种不可或缺的技术。铁基合金、钛合金及铝合金等金属材料是3D打印中应用较为广泛的材料，在工业制造、生物医疗和航空航天等领域发挥了重要作用。目前，金属材料通常采用选区激光熔化、电子束选区熔化和激光近净成型等技术加工，这些技术均采用高能量密度的激光束或电子束作为热源直接3D打印成型，所制备的金属零部件可以获得良好的性能。但是，上述直接金属3D打印的设备费昂贵，使用成本高，整机占地面积大，这些问题都限制了金属3D打印技术的进一步发展，导致其从诞生到现在一直未被规模化应用。因此，降低金属3D打印的成本，对于实现金属3D打印的广泛应用，推动我国制造业发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、经济型、可规模化应用的金属3D打印间接成型方法，以316L不锈钢粉末和高分子粘结剂的复合线材作为原材料，结合熔融沉积3D打印和热处理两种技术，制备出高致密度的316L不锈钢零件。

根据制备要求，本发明采用以下材料和设备：316L不锈钢粉末和高分子粘结剂的复合线材，316L不锈钢粉末的粒径≤20μm，线材的平均直径为1.76mm；99.5％环己烷溶液；FDM 3D打印机；恒温水浴锅；真空管式炉。

本发明通过以下技术步骤实现：

第一步，三维模型的创建和处理。

根据实际需求使用三维建模软件创建零件的三维模型，使用切片软件对零件的三维模型进行分层处理，并设置打印温度、打印速度、填充方式、分层厚度、挤出倍率、填充率等打印参数。

第二步，零件坯体的3D打印。

首先，将携带打印参数的Gcode文件导入FDM 3D打印机；然后，对FDM 3D打印机的打印喷头和打印基板进行预热；接着，预热完成后装载打印材料；最后，根据设置的打印参数和规划的打印路径制作出零件坯体。

第三步，零件坯体的溶剂脱脂。

在恒温水浴锅中采用质量百分比浓度为99.5％的环己烷溶液对打印完的零件坯体进行浸泡，以降解高分子粘结剂中的热塑性弹体，在坯体内部形成微观孔道，以改善后续的热处理效果，提升零件的成形质量。

第四步，零件坯体的清洗和干燥。

将溶剂脱脂后的零件坯体放入盛有丙酮溶液的烧杯中超声清洗5min，再放入盛有酒精的烧杯中超声清洗3min，去除坯体表面残留的有机污染物。将清洗后的坯体放入干燥箱中充分干燥。

第五步，零件坯体的热处理。

使用真空管式炉对零件坯体进行热处理，该过程共分为两个阶段完成。第一阶段在＜800℃环境下进行脱脂，以去除坯体中残余的高分子聚合物。第二阶段在＞1300℃环境下进行烧结，以制作出致密的纯金属零件。

第六步，不锈钢零件的性能测试。

通过光学显微镜、扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测零件的表面形貌，分析其成形质量。通过阿基米德排水法测量零件的致密度。通过显微硬度计和万能测试机测量零件的机械性能。