CN110421166A - 金属激光熔覆打印二维准直器材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属激光熔覆打印二维准直器材料，包括：金属粉末，所述金属粉末为钨或钼合金粉末或是钨或钼与其它低熔点金属的均匀混合粉末，如WxCu1‑x合金，其铜含量性在5%‑50%；WxNi1‑x‑yFey，WxNi1‑x‑yCuy，WxNi1‑x‑yCry，其中，x+y=5%‑50%，此组分可用于钼合金。本发明激光熔覆金属粉中，除钨和钼，加入了低熔点金属，这些低熔点金属的加入，对原本比较脆性的钨、钼薄壁材料进行了改性，能有效提高钨金属成形能力，增加了其延展性及准直器的机械强度；同时由于材料的熔点变低。
Description
技术领域
本发明涉及二维准直器制造技术领域，尤其涉及金属激光熔覆打印二维准直器材料及其制备方法。
背景技术
随着医疗及工业检测***的不断发展，大尺寸探测器也随之运用而生。目前无论是CT还是核医疗的SPECT都采用二维准直器，以降低在人体方向（Z）的射线的散射。当前，二维准直器制备有几大难点：第一，它在X及Z方向都要与射线源的原点聚焦，从而它不可能用传统的制造技术来生产二维准直器；二维准直器另一个制造难点在于其要求的精准度，二维准直器的每一个孔必须要与下面的探测器的像素一一对应，误差不能超过10%；二维准直器制造的第三个难点在于它每个孔的壁厚一般不能大于0.2mm, 甚至要求0.1mm, 以减小对有效射线的遮挡；二维准直器的第四个难点在于它要安装在高速旋转的CT或SPECT机器上，必须能抵挡强大的离心力（36G以上），所以要求其具有较大的机械强度。
中国专利CN 103660654 A公开了一种制造二维准直器元件的方法，包括如下步骤，提供金属粉末，粉末中钨的体积百分含量为50-70%，余量为镍；以及通过激光打印成型技术一层一层地用所述金属粉末制造二维准直器元件。发明者利用金属镍作为钨材料成型的粘合剂能有效提高激光3D打印过程中的成型能力。在我们的研究中发现，在激光熔覆过程中，还有许多钨合金材料能起到相同的功效，能有效提高钨金属成形的能力，而且其成形后，无论区成形成品的强度还是其薄壁的延展性都优于钨镍合金的性能。而在该专利中制备用的金属粉末仅含有钨、镍两种金属，钨、镍未做任何处理，延展性差，机械强度低，熔点比较高，激光熔覆困难，熔覆效果差，制备二维准直器过程效率低，制备成本高，成型工艺差。
为了满足以上二维准直器的要求，同时也解决这些技术难点，本发明采用目前先进的金属激光熔覆打印技术，大功率的激光，其功率在200W-1000W，利用其激光的高密度能量熔化用于准直器制备材料，如金属钨、钼等高熔点材料，使其烧结成线径在0.1-0.2mm线条。激光头的走向有计算机程序控制，一次能烧结几十微米厚的金属粉；本发明的另一个技术就是对准直器材料，如钨、钼进行改性，使其熔点变低或利用低熔点的其它金属作为低温粘结剂，使其与钨、钼等高温、高熔点材料形成较之熔点较低的合金，使激光熔覆过程变得容易。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的二维准直器制备金属材料机械强度差，熔点高，金属成形能力差，制备成本高的技术问题，本发明提供金属激光熔覆打印二维准直器材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：金属激光熔覆打印二维准直器材料，包括：金属粉末。
优选的，所述金属粉末为钨或钼合金粉末或是钨或钼与其它低熔点金属的均匀混合粉末，如 WxCu1-x合金，其铜含量性在5%-50%；WxNi1-x-yFey，WxNi1-x-yCuy，WxNi1-x-yCry，其中，x+y=5%-50%，此组分可用于钼合金。
优选的，所述金属粉末为钨或钼与其它低熔点单质金属的均匀混合粉末，如WxNi1-x-yFey，WxNi1-x-yCuy，WxNi1-x-yCry，其中，x+y=5%-50%，，此组分可用于钼合金。
优选的，所述钨或钼合金粉末可以为四元合金，如WxCu1-x-y-zNiyFeZ、WxCu1-x-y-zNiyCrZ、WxCu1-x-y-zNiyZnZ、WxCu1-x-y-zNiyTiZ，其中x+y+z=5%-10%，此组分可用于钼合金。
优选的，所述金属粉末为球形或准球形中的一种，保证在激光烧结过程中觉有较好的流动性。
优选的，所述金属粉末也可以为任意形状。
优选的，所述金属粉末的粒径为1-80μm。
优选的，所述金属粉末的粒径为11-50μm。
优选的，所述金属粉末的粒径为5-20μm，用于制造壁厚为100um的二维准直器。
本发明还提供了金属激光熔覆打印二维准直器的制备方法，包括以下步骤：
S1：在制备二维准直器工件床上的金属基板上铺满一层金属粉；
S2：利用计算机预先设计好的程序，控制激光头走向，完成第一层格子的烧结；
S3：在步骤S2中烧结好的第一层格子的基础上，铺设第二层金属粉；
S4：用预先设计好的程序控制控制激光头进行第二层格子的烧结，在进行第二层激光烧结格子时，烧结的格子必须有别于第一层，且小于第一层；
S5：重复步骤S3-S4，完成第三层及之后层格子的烧结，直到烧结层数达到二维准直器的高度设计要求；
S6：去除烧结格子层过程中未烧结的金属粉，取出烧结后整体的二维准直器；
S7：用气嘴吹掉二维准直器上的粉末颗粒，用机械磨轮或化学工艺对二维准直器进行抛光，使其壁上光洁度满足要求。
本发明金属激光熔覆打印二维准直器材料及其制备方法具有以下有益效果：本发明激光熔覆金属粉中，除钨和钼，加入了低熔点金属，这些低熔点金属的加入，对原本比较脆性的钨、钼薄壁材料进行了改性，能有效提高钨金属成形能力，增加了其延展性及准直器的机械强度；同时由于材料的熔点变低，使得对激光器的功率要求变低，200W的功率也能用于生产，使设备成本降低；另外，由于材料熔点变低，在相同功率下，打印的时间缩短，有效地利用设备及增加产量，降低制备成本；本发明制备的二维准直器可以使用在医疗CT、工业CT及安检CT；本发明制备的二维准直器可以使用在SPECT核医疗***中，对gamma光的准直；本发明中制备的二维准直器也可用在数字x-光成像***中，其中包括对MAMMOGRAPHY，ANGIOGRAPHY等相关平板X光成像场合。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步阐述，应当指出：对于本工艺领域的普通工艺人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例
金属激光熔覆打印二维准直器材料，包括：金属粉末。
其中，所述金属粉末为钨或钼合金粉末或是钨或钼与其它低熔点金属的均匀混合粉末，如 WxCu1-x合金，其铜含量性在25%(体积%或mol%)；WxNi1-x-yFey，WxNi1-x-yCuy，WxNi1-x-yFey，其中，x+y=5%-50%，此组分可用于钼合金。
其中，所述金属粉末为钨或钼与其它低熔点单质金属的均匀混合粉末，如WxNi1-x-yFey，WxNi1-x-yCuy，WxNi1-x-yCry，其中，x+y=5%-50%，，此组分可用于钼合金。
其中，所述钨或钼合金粉末可以为四元合金，如WxCu1-x-y-zNiyFeZ、WxCu1-x-y-zNiyCrZ、WxCu1-x-y-zNiyZnZ、WxCu1-x-y-zNiyTiZ，其中x+y+z=5%-10%，此组分可用于钼合金。
其中，所述金属粉末为球形或准球形中的一种，保证在激光烧结过程中觉有较好的流动性。
其中，所述金属粉末也可以为任意形状。
其中，所述金属粉末的粒径为50μm。
本实施例金属激光熔覆打印二维准直器的制备方法，包括以下步骤：
S1：在制备二维准直器工件床上的金属基板上铺满一层金属粉；
S2：利用计算机预先设计好的程序，控制激光头走向，完成第一层格子的烧结；
S3：在步骤S2中烧结好的第一层格子的基础上，铺设第二层金属粉；
S4：用预先设计好的程序控制控制激光头进行第二层格子的烧结，在进行第二层激光烧结格子时，烧结的格子必须有别于第一层，且小于第一层；
S5：重复步骤S3-S4，完成第三层及之后层格子的烧结，直到烧结层数达到二维准直器的高度设计要求；
S6：去除烧结格子层过程中未烧结的金属粉，取出烧结后整体的二维准直器；
S7：用气嘴吹掉二维准直器上的粉末颗粒，用机械磨轮或化学工艺对二维准直器进行抛光，使其壁上光洁度满足要求。
本发明金属激光熔覆打印二维准直器材料及其制备方法，本发明激光熔覆金属粉中，除钨和钼，加入了低熔点金属，这些低熔点金属的加入，对原本比较脆性的钨、钼薄壁材料进行了改性，能有效提高钨金属成形能力，增加了其延展性及准直器的机械强度；同时由于材料的熔点变低，使得对激光器的功率要求变低，200W的功率也能用于生产，使设备成本降低；另外，由于材料熔点变低，在相同功率下，打印的时间缩短，有效地利用设备及增加产量，降低制备成本；本发明制备的二维准直器可以使用在医疗CT、工业CT及安检CT；本发明制备的二维准直器可以使用在SPECT核医疗***中，对gamma光的准直；本发明中制备的二维准直器也可用在数字x-光成像***中，其中包括对MAMMOGRAPHY，ANGIOGRAPHY等相关平板X光成像场合。
Claims (9)
1.金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，包括：金属粉末。
2.根据权利要求1所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末为钨或钼合金粉末或是钨或钼与其它低熔点金属的均匀混合粉末，如 WxCu1-x合金，其铜含量性在5%-50%, 此组分可用于钼合金。
3.根据权利要求1所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末为钨或钼与其它低熔点单质金属的均匀混合粉末，如WxNi1-x-yFey，WxNi1-x-yCuy，WxNi1-x-yCry，其中，x+y=5%-50%，，此组分可用于钼合金。
4.根据权利要求2任一所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述钨或钼合金粉末可以为四元合金，如WxCu1-x-y-zNiyFeZ、WxCu1-x-y-zNiyCrZ、WxCu1-x-y-zNiyZnZ、WxCu1-x-y-zNiyTiZ，其中x+y+z=5%-50%，此组分可用于钼合金。
5.根据权利要求1所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末为球形或准球形中的一种，保证在激光烧结过程中觉有较好的流动性。
6.根据权利要求1所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末也可以为任意形状。
7.根据权利要求1所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末的粒径为1-80μm。
8.根据权利要求7所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末的粒径为1-50μm.
根据权利要求7所述金属激光熔覆打印二维准直器材料，其特征在于，所述金属粉末的粒径为5-20μm，用于壁厚为100um的二维准直器。
9.根据权利要求1所述金属激光熔覆打印二维准直器材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在制备二维准直器工件床上的金属基板上铺满一层金属粉；
S2：利用计算机预先设计好的程序，控制激光头走向，完成第一层格子的烧结；
S3：在步骤S2中烧结好的第一层格子的基础上，铺设第二层金属粉；
S4：用预先设计好的程序控制控制激光头进行第二层格子的烧结，在进行第二层激光烧结格子时，烧结的格子必须有别于第一层，且小于第一层；
S5：重复步骤S3-S4，完成第三层及之后层格子的烧结，直到烧结层数达到二维准直器的高度设计要求；
S6：去除烧结格子层过程中未烧结的金属粉，取出烧结后整体的二维准直器；
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