CN113118459A - 一种低温激光熔覆制备刀锋的方法以及3d打印用金属基复合粉末 - Google Patents
一种低温激光熔覆制备刀锋的方法以及3d打印用金属基复合粉末 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，包括以下步骤：S1，根据刀锋预设的性能指标，选择制备所述刀锋的原材料及配比，采用高能球磨机将预定配比的各原材料球磨得到金属基复合粉末；S2，根据刀锋预设的性能指标以及规格要求，选择适应类型和尺寸的基板；S3，根据刀锋的设计图纸，利用三维建模软件设计好刀锋模型；S4，将S3中设计好的刀锋模型导入到激光熔覆设备中，并按照预设要求设定各项参数，然后进行打印，在所述基板上制备刀锋初坯；S5，采用数控机床对S4中得到的刀锋初坯进行精加工，即得到刀锋；以及公开了一种3D打印用金属基复合粉末。本发明在制备刀锋过程中，采用低温激光熔覆，避免在熔覆过程中增强颗粒的溶解导致刀锋力学性能下降，基板过热导致氧化、变形等问题。本发明提出的方法，不仅是一种极具发展潜力和应用前景的制备刀锋的工艺，而且为新型制造技术对传统制造工艺变革提供了新的动力。
Description
技术领域
本发明涉及雕刻刀模成型制造技术领域，特别涉及一种低温激光熔覆制备刀锋的方法以及3D打印用金属基复合粉末。
背景技术
模具是当代制造业不可或缺的装备，主要用于高效大批量生产工业产品中的有关零部件和制件，是装备制造业的重要组成部分。刀模是皮革、橡胶和塑料制品成型下料的冲模，广泛应用于印刷包装、皮具、鞋业、玩具、汽车、电子材料等，用刀模生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。雕刻刀模由于其精度高，可承受高冲压次数，不易变形，使用寿命长等特点，成为广泛应用的刀模类型之一。传统雕刻刀模的刀锋是由一整块基板经数控机床雕刻而成，经过线切割、落孔加工、粗加工、精加工，最终完成刀锋成型。传统刀锋的制备过程中，由于需要切削大部分基板形成刀锋初坯，致使其材料消耗多，且无法回收。此外，粗加工后需经多次热处理，刀锋才可达到理想的硬度，热处理周期较长，存在工艺流程长、质量控制困难等问题。
近年来，金属3D打印技术的兴起颠覆了传统制造业的制造理念，由于其独特的优越性，已广泛应用于航空航天、微电子、医疗、珠宝首饰等行业。其原理是根据所设计的三维模型，采用高能束作为输入热源，通过熔化或者烧结金属粉末进行逐层叠加打印制件。在诸多金属3D打印技术中，激光熔覆技术具备材料可选范围广，熔覆层稀释率低，实现熔覆层与基体良好冶金结合，熔覆层组织晶粒细小、机械性能良好，可实现自动化，制造周期短等优点，因此激光熔覆成为金属3D打印中最常用的一种技术。
模具钢是传统刀模最常用的材料，随着新工业技术的快速发展和环保意识的不断提高，模具钢已经不能满足各个应用领域的性能要求，而金属基复合材料自出现以来，突破了传统材料性能强化的瓶颈，金属基复合材料具有高比强度、高比模量、高硬度、良好的耐磨性等特性，是一种制备刀锋的理想材料。激光熔覆材料主要有铁基、镍基、钴基、钛基等金属粉末及其金属基复合粉末，由于其熔点较高，往往需要较高的激光功率才能达到熔覆粉末所需的温度，容易造成增强颗粒的溶解，进而降低成型件的性能，如WC溶解后，C极易与氧气反应，生成CO2，在气体逸出过程中形成微孔，尽管在氩气保护下，仍有微孔形成，降低成型件的致密度；另一方面，WC的溶解降低了增强相的含量，因而降低成型件的机械性能。类似地，金刚石在较高的激光功率下易分解。同时成型件周围的基板也容易因为过热严重发生氧化；另一方面，高激光功率对激光器的要求较高，增加了设备成本，且由于温度极高，基板容易变形，难以制备平整的刀模，因此需要采用较厚的基板，进一步增加了材料成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，不仅是一种极具发展潜力和应用前景的制备刀锋的工艺，而且为新型制造技术对传统制造工艺变革提供了新的动力。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明的一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，包括以下步骤：
S1，根据刀锋预设的性能指标，选择制备所述刀锋的原材料及配比，采用高能球磨机将预定配比的各原材料球磨得到金属基复合粉末；
S2，根据刀锋预设的性能指标以及规格要求，选择适应类型和尺寸的基板；
S3，根据刀锋的设计图纸，利用三维建模软件设计好刀锋模型；
S4，将S3中设计好的刀锋模型导入到激光熔覆设备中，并按照预设要求设定各项参数，然后进行打印，在所述基板上制备刀锋初坯；
S5，采用数控机床对S4中得到的刀锋初坯进行精加工，即得到刀锋。
进一步地，S1中所述金属基复合粉末为成分可调的微米级3D打印用金属基复合粉末，所述的金属基复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成；所述金属基粉末为铜基合金、铝基合金和镁基合金中至少一种的粉末，所述金属基粉末为球形粉末，球形粉末粒度为80μm-160μm；所述增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼和金刚石中的至少一种。其中，金属基粉末为具有良好的球形度、高流动性的粉末。
进一步地，在S1中所述球磨步骤是，球料比为5：1，球磨时间为5-15h，转速为10rpm-60rpm，球磨后粉末粒径为75μm-150μm。其中，球磨后的金属基复合粉末仍为流动性良好的球形粉末。
进一步地，所述金属基粉末为铜基合金粉末，铜基合金粉末选自如下A、B、C、D组中的任意一种组分：
A组由以下原料按重量百分比组成：锡7.00％-9.00％、磷0.03％-0.35％、锌≤0.20％、镍≤0.20％、铁≤0.01％、铅≤0.05％，余量为铜；
B组由以下原料按重量百分比组成：锡19.00％-21.00％、磷≤0.80％、铁≤0.02％、铅≤0.80％，余量为铜；
C组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.10％，磷≤0.01％，锌≤0.50％，镍3.50％-5.50％、铁3.50％-5.50％、铅≤0.02％、铝9.50％-11.00％、锰≤0.30％，硅≤0.10％，余量为铜；
D组由以下原料按重量百分比组成：锡11.50-13.00％，磷≤0.05％、锌≤2.00％、镍1.50％-2.50％，铁≤0.25％、铅≤0.01％、铝≤0.01％、锰≤0.20％、硅≤0.01％、锑≤0.50％、硫≤0.10％，余量为铜。
进一步地，所述金属基粉末为铝基合金粉末，铝基合金粉末选自如下E、F、G组中的任意一种组分：
E组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.01％、锌≤0.30％、铁0-1.00％、铅≤0.05％、锰0.20％-0.50％、硅8.00％-10.50％、铜≤0.30％、镁0.17％-0.3％，余量为铝；
F组由以下原料按重量百分比组成：锌0.25％、铁0.50％、锰0.30％-1.0％、铜3.80％-4.90％、镁1.2％-1.8％、铬0.10％，余量为铝；
G组由以下原料按重量百分比组成：锌5.10％-6.10％、铁0.50％、锰0.30％、硅0.40％、铜1.20％-2.0％、镁2.10％-2.90％、铬0.18％-0.28％、钛0.20％，余量为铝。
进一步地，所述金属基粉末为镁基合金粉末，镁基合金粉末选自如下H、I、J组中的任意一种组分：
H组由以下原料按重量百分比组成：锌0.45％-0.90％、镍≤0.001％、铁≤0.04％、铝8.50％-9.50％、锰0.45％-0.90％、硅≤0.05％、铜≤0.025％，余量为镁；
I组由以下原料按重量百分比组成：锌0.60％-1.40％、镍≤0.001％、铁≤0.003％、铝2.50％-3.50％、锰0.20％-1.00％、硅≤0.08％、铜≤0.01％、钙≤0.04％，余量为镁；
J组由以下原料按重量百分比组成：锌5.00％-6.00％、镍≤0.005％、铁≤0.05％、铝≤0.05％、锰≤0.10％、硅≤0.05％、铜≤0.05％、铍≤0.01％、锆0.30％-0.90％，余量为镁。
进一步地，当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼或者碳化硼时，所述增强颗粒的质量占比为5％-30％；当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为金刚石时，所述增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
进一步地，步骤S2中所述基板为铁基合金、铝基合金、镁基合金中的任意一种；步骤S3中所述三维建模软件为Solidworks、3ds max、AutoCAD中的任意一种。
进一步地，在S4中，将刀锋模型导入到激光熔覆设备中，利用切片技术将三维数字模型离散成具有预定层厚和顺序的粉层切片，提取每一层粉层切片所产生的轮廓并根据粉层切片轮廓，转换成G-code，将激光熔覆设备抽真空，并通入氩气，根据生成的G-code进行打印，得到刀锋初坯。
进一步地，打印刀锋初坯时各项参数为：所述粉层切片的层厚为0.1-1.0mm，激光功率为50-400W，氩气气体流量为1-10L/min，激光扫描速度为50-300mm/min，送粉速度为0.1-1.0r/min，激光熔覆的打印精度为0.2mm。
本发明的一种微米级3D打印用金属基复合粉末，所述复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成，其中，
所述金属基粉末为如下A、B、C、D组中的任意一种组分的铜基合金粉末：
A组由以下原料按重量百分比组成：锡7.00％-9.00％、磷0.03％-0.35％、锌≤0.20％、镍≤0.20％、铁≤0.01％、铅≤0.05％，余量为铜；
B组由以下原料按重量百分比组成：锡19.00％-21.00％、磷≤0.80％、铁≤0.02％、铅≤0.80％，余量为铜；
C组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.10％，磷≤0.01％，锌≤0.50％，镍3.50％-5.50％、铁3.50％-5.50％、铅≤0.02％、铝9.50％-11.00％、锰≤0.30％，硅≤0.10％，余量为铜；
D组由以下原料按重量百分比组成：锡11.50-13.00％，磷≤0.05％、锌≤2.00％、镍1.50％-2.50％，铁≤0.25％、铅≤0.01％、铝≤0.01％、锰≤0.20％、硅≤0.01％、锑≤0.50％、硫≤0.10％，余量为铜；
或者，所述金属基粉末为如下E、F、G组中的任意一种组分的铝基合金粉末：
E组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.01％、锌≤0.30％、铁0-1.00％、铅≤0.05％、锰0.20％-0.50％、硅8.00％-10.50％、铜≤0.30％、镁0.17％-0.3％，余量为铝；
F组由以下原料按重量百分比组成：锌0.25％、铁0.50％、锰0.30％-1.0％、铜3.80％-4.90％、镁1.2％-1.8％、铬0.10％，余量为铝；
G组由以下原料按重量百分比组成：锌5.10％-6.10％、铁0.50％、锰0.30％、硅0.40％、铜1.20％-2.0％、镁2.10％-2.90％、铬0.18％-0.28％、钛0.20％，余量为铝；
或者，所述金属基粉末为如下H、I、J组中的任意一种组分的镁基合金粉末：
H组由以下原料按重量百分比组成：锌0.45％-0.90％、镍≤0.001％、铁≤0.04％、铝8.50％-9.50％、锰0.45％-0.90％、硅≤0.05％、铜≤0.025％，余量为镁；
I组由以下原料按重量百分比组成：锌0.60％-1.40％、镍≤0.001％、铁≤0.003％、铝2.50％-3.50％、锰0.20％-1.00％、硅≤0.08％、铜≤0.01％、钙≤0.04％，余量为镁；
J组由以下原料按重量百分比组成：锌5.00％-6.00％、镍≤0.005％、铁≤0.05％、铝≤0.05％、锰≤0.10％、硅≤0.05％、铜≤0.05％、铍≤0.01％、锆0.30％-0.90％，余量为镁；
所述增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼和金刚石中的至少一种。
进一步地，当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼或者碳化硼时，所述增强颗粒的质量占比为5％-30％；当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为金刚石时，所述增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
本发明提供的低温激光熔覆制备刀锋的方法的有益效果是：
通过结合激光熔覆技术与低熔点金属基复合粉的研发，通过三维增材制造实现刀锋初坯成型，再利用数控机床进行最终的刀锋成型加工。增材制造的过程避免了传统工艺中原材料浪费、废弃物排放等问题，构建低成本、环保的刀锋成型工艺。同时，刀锋初坯无需进行后续热处理即可满足刀锋各项性能指标，大大减少加工工序、缩短加工周期。此外，为了提高刀锋的使用寿命及解决激光熔覆过程中会出现增强颗粒溶解，成型件性能下降，基板氧化、变形等问题，本发明研发了在较低功率下刀锋成型所需的铜基、铝基、镁基等较低熔点金属基复合材料，同时在低功率成型条件下实现优良的冶金结合性及刀锋性能。本发明提出的一种低温激光熔覆制备刀锋的方法及其复合粉，不仅是一种极具发展潜力和应用前景的制备刀锋的工艺，而且为新型制造技术对传统制造工艺变革提供了新的动力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的方法步骤示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例一
请参考图1，本实施例的一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，包括以下步骤：
S1，根据刀锋预设的性能指标，选择制备刀锋的原材料及配比，采用高能球磨机将预定配比的各原材料球磨得到金属基复合粉末；
S2，根据刀锋预设的性能指标以及规格要求，选择适应类型和尺寸的基板；
S3，根据刀锋的设计图纸，利用三维建模软件设计好刀锋模型；
S4，将S3中设计好的刀锋模型导入到激光熔覆设备中，并按照预设要求设定各项参数，然后进行打印，在基板上制备刀锋初坯；
S5，采用数控机床对S4中得到的刀锋初坯进行精加工，即得到刀锋。
作为优选的实施方式，S1中金属基复合粉末为成分可调的微米级3D打印用金属基复合粉末，金属基复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成；金属基粉末为铜基合金、铝基合金和镁基合金中至少一种的粉末，金属基粉末为球形粉末，球形粉末粒度为80μm-160μm；增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼和金刚石中的至少一种。其中，金属基粉末为具有良好的球形度、高流动性的粉末。
进一步优选地地，在S1中的球磨步骤是，球料比为5：1，球磨时间为5-15h，转速为10rpm-60rpm，球磨后粉末粒径为75μm-150μm。其中，球磨后的金属基复合粉末仍为流动性良好的球形粉末。
其中，当金属基粉末为铜基合金粉末时，铜基合金粉末选自如下A、B、C、D组中的任意一种组分：
A组由以下原料按重量百分比组成：锡7.00％-9.00％、磷0.03％-0.35％、锌≤0.20％、镍≤0.20％、铁≤0.01％、铅≤0.05％，余量为铜。
B组由以下原料按重量百分比组成：锡19.00％-21.00％、磷≤0.80％、铁≤0.02％、铅≤0.80％，余量为铜。
C组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.10％，磷≤0.01％，锌≤0.50％，镍3.50％-5.50％、铁3.50％-5.50％、铅≤0.02％、铝9.50％-11.00％、锰≤0.30％，硅≤0.10％，余量为铜。
D组由以下原料按重量百分比组成：锡11.50-13.00％，磷≤0.05％、锌≤2.00％、镍1.50％-2.50％，铁≤0.25％、铅≤0.01％、铝≤0.01％、锰≤0.20％、硅≤0.01％、锑≤0.50％、硫≤0.10％，余量为铜。
当金属基粉末为铝基合金粉末时，铝基合金粉末选自如下E、F、G组中的任意一种组分：
E组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.01％、锌≤0.30％、铁0-1.00％、铅≤0.05％、锰0.20％-0.50％、硅8.00％-10.50％、铜≤0.30％、镁0.17％-0.3％，余量为铝。
F组由以下原料按重量百分比组成：锌0.25％、铁0.50％、锰0.30％-1.0％、铜3.80％-4.90％、镁1.2％-1.8％、铬0.10％，余量为铝。
G组由以下原料按重量百分比组成：锌5.10％-6.10％、铁0.50％、锰0.30％、硅0.40％、铜1.20％-2.0％、镁2.10％-2.90％、铬0.18％-0.28％、钛0.20％，余量为铝。
当金属基粉末为镁基合金粉末时，镁基合金粉末选自如下H、I、J组中的任意一种组分：
H组由以下原料按重量百分比组成：锌0.45％-0.90％、镍≤0.001％、铁≤0.04％、铝8.50％-9.50％、锰0.45％-0.90％、硅≤0.05％、铜≤0.025％，余量为镁。
I组由以下原料按重量百分比组成：锌0.60％-1.40％、镍≤0.001％、铁≤0.003％、铝2.50％-3.50％、锰0.20％-1.00％、硅≤0.08％、铜≤0.01％、钙≤0.04％，余量为镁。
J组由以下原料按重量百分比组成：锌5.00％-6.00％、镍≤0.005％、铁≤0.05％、铝≤0.05％、锰≤0.10％、硅≤0.05％、铜≤0.05％、铍≤0.01％、锆0.30％-0.90％，余量为镁。
进一步优选地，当金属基复合粉末中的增强颗粒为碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼或者碳化硼时，增强颗粒的质量占比为5％-30％；当金属基复合粉末中的增强颗粒为金刚石时，所述增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
作为进一步优选的实施方式，步骤S2中基板为铁基合金、铝基合金、镁基合金中的任意一种；步骤S3中三维建模软件为Solidworks、3ds max、AutoCAD中的任意一种。
优选地，在S4中，将刀锋模型导入到激光熔覆设备中，利用切片技术将三维数字模型离散成具有预定层厚和顺序的粉层切片，提取每一层粉层切片所产生的轮廓并根据粉层切片轮廓，转换成G-code，将激光熔覆设备抽真空，并通入氩气，根据生成的G-code进行打印，得到刀锋初坯。
其中，打印刀锋初坯时各项参数为：粉层切片的层厚为0.1-1.0mm，激光功率为50-400W，氩气气体流量为1-10L/min，激光扫描速度为50-300mm/min，送粉速度为0.1-1.0r/min，激光熔覆的打印精度为0.2mm。
实施例二
本实施例的一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据刀锋各项实用性指标的需求，调配相应的3D打印用金属基复合粉末：铜基-WC体系，按设计的组分配比，利用高能球磨机将铜基金属粉末和WC粉末球磨得到复合粉末，将铜基-WC体系微米粉末使用干燥箱进行烘干操作，去除微米粉体内部水分。
其中，铜基合金粉末选自如下A、B、C和D四种组分中的任意一组：
A组：92.23％Cu、7.21％Sn、0.30％P、0.10％Zn、0.10％Ni、0.01％Fe、0.05％Pb。
B组：78.17％Cu、20.23％Sn、0.78％P、0.02％Fe、0.80％Pb。
C组：82.05％Cu、0.10％Sn、0.01％P、0.45％Zn、3.56％Ni、4.00％Fe、0.02％Pb、9.5％Al、0.21％Mn、0.10％Si。
D组：83.46％Cu、11.6％Sn、0.04％P、1.98％Zn、2.01％Ni、0.23％Fe、0.01％Pb、0.01％Al、0.15％Mn、0.01％Si、0.40％Sb、0.10％S。
铜基-WC复合粉末选自如下四组中的任意一组：
E组分铜基-WC体系组分：90wt.％A组分铜基合金体系、10wt.％金刚石；
F组分铜基-WC体系组分：90wt.％B组分铜基合金体系、10wt.％金刚石；
G组分铜基-WC体系组分：90wt.％C组分铜基合金体系、10wt.％金刚石；
H组分铜基-WC体系组分：90wt.％D组分铜基合金体系、10wt.％金刚石；
步骤S2，根据刀锋的性能及规格要求，选择相应类型及尺寸的基板，并通过砂纸打磨基板平面，去除表面的氧化膜，然后用丙酮清洗并进行烘干；
步骤S3，根据刀锋图纸，使用Solidworks建模，设计数字化模型；
步骤S4，将烘干的复合粉放入激光熔覆设备的送粉***中，并将基板放入成型平台并调整位置，将模型导入激光熔覆设备(型号：LDM8060)，利用切片技术将连续的三维CAD数模离散成具有一定层厚及顺序的粉层切片，提取每一层切片所产生的轮廓，并转换成G-code，其中，切片层厚设置为0.2mm，控制激光功率为100-300W，控制惰性气体流量为5L/min，扫描速度为100-200mm/min，送粉速度为0.3r/min。将设备抽真空，通入氩气，防止粉末熔化时被氧化，根据生成的G-code进行打印，熔覆出刀锋初坯；
步骤S5，将基板移至高精度数控机床，对刀锋初坯进行精加工，得到锋利、光洁的最终刀锋。
检测刀模结果：
E组分硬度：50-60HRC，无气孔，无裂纹；
F组分硬度：50-55HRC，无气孔，无裂纹；
G组分硬度：60-70HRC，无气孔，无裂纹；
H组分硬度：50-60HRC，无气孔，无裂纹。
本实施例中的E、F、G、H与实施例一中的E、F、G、H代表不同的含义。
实施例三
本实施例的一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据刀锋各项实用性指标的需求，调配相应的3D打印用金属基复合粉末：铜基-金刚石体系，按设计的组分配比，利用高能球磨机将铜基金属粉末和金刚石粉末球磨得到复合粉末，将铜基-金刚石体系微米粉末使用干燥箱进行烘干操作，去除微米粉体内部水分。
其中，铜基合金粉末选自如下A、B、C和D四种组分中的任意一组：
A组：92.23％Cu、7.21％Sn、0.30％P、0.10％Zn、0.10％Ni、0.01％Fe、0.05％Pb。
B组：78.17％Cu、20.23％Sn、0.78％P、0.02％Fe、0.80％Pb；
C组：82.05％Cu、0.10％Sn、0.01％P、0.45％Zn、3.56％Ni、4.00％Fe、0.02％Pb、9.5％Al、0.21％Mn、0.10％Si。
D组：83.46％Cu、11.6％Sn、0.04％P、1.98％Zn、2.01％Ni、0.23％Fe、0.01％Pb、0.01％Al、0.15％Mn、0.01％Si、0.40％Sb、0.10％S。
铜基-金刚石复合粉末选自如下四组中的任意一组：
E组分铜基-金刚石体系组分：87.5vol.％A组分铜基合金体系、12.5vol.％金刚石；
F组分铜基-金刚石体系组分：87.5vol.％B组分铜基合金体系、12.5vol.％金刚石；
G组分铜基-金刚石体系组分：87.5vol.％C组分铜基合金体系、12.5vol.％金刚石；
H组分铜基-金刚石体系组分：87.5vol.％D组分铜基合金体系、12.5vol.％金刚石；
步骤S2，根据刀锋的性能及规格要求，选择相应类型及尺寸的基板，并通过砂纸打磨基板平面，去除表面的氧化膜，然后用丙酮清洗并进行烘干；
步骤S3，根据刀锋图纸，使用Solidworks建模，设计数字化模型；
步骤S4，将烘干的复合粉放入激光熔覆设备的送粉***中，并将基板放入成型平台并调整位置，将模型导入激光熔覆设备(型号：LDM8060)，利用切片技术将连续的三维CAD数模离散成具有一定层厚及顺序的粉层切片，提取每一层切片所产生的轮廓，并转换成G-code，其中，切片层厚设置为0.3mm，控制激光功率为50-200W，控制惰性气体流量为5L/min，扫描速度为50-200mm/min，送粉速度为0.4r/min。将设备抽真空，通入氩气，防止粉末熔化时被氧化，根据生成的G-code进行打印，熔覆出刀锋初坯；
步骤S5，将基板移至高精度数控机床，对刀锋初坯进行精加工，得到锋利、光洁的最终刀锋。
检测刀模结果：
E组分硬度：50-65HRC，无气孔，无裂纹；
F组分硬度：50-70HRC，无气孔，无裂纹；
G组分硬度：60-90HRC，无气孔，无裂纹；
H组分硬度：50-60HRC，无气孔，无裂纹。
实施例四
本实施例的一种微米级3D打印用金属基复合粉末，该复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成，其中，
该金属基粉末为如下A、B、C、D组中的任意一种组分的铜基合金粉末：
A组由以下原料按重量百分比组成：锡7.00％-9.00％、磷0.03％-0.35％、锌≤0.20％、镍≤0.20％、铁≤0.01％、铅≤0.05％，余量为铜；
B组由以下原料按重量百分比组成：锡19.00％-21.00％、磷≤0.80％、铁≤0.02％、铅≤0.80％，余量为铜；
C组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.10％，磷≤0.01％，锌≤0.50％，镍3.50％-5.50％、铁3.50％-5.50％、铅≤0.02％、铝9.50％-11.00％、锰≤0.30％，硅≤0.10％，余量为铜；
D组由以下原料按重量百分比组成：锡11.50-13.00％，磷≤0.05％、锌≤2.00％、镍1.50％-2.50％，铁≤0.25％、铅≤0.01％、铝≤0.01％、锰≤0.20％、硅≤0.01％、锑≤0.50％、硫≤0.10％，余量为铜；
该增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼的至少一种。
优选地，增强颗粒的质量占比为5％-30％。
实施例五
本实施例的一种微米级3D打印用金属基复合粉末，该复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成，其中，
该金属基粉末为如下E、F、G组中的任意一种组分的铝基合金粉末：
E组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.01％、锌≤0.30％、铁0-1.00％、铅≤0.05％、锰0.20％-0.50％、硅8.00％-10.50％、铜≤0.30％、镁0.17％-0.3％，余量为铝；
F组由以下原料按重量百分比组成：锌0.25％、铁0.50％、锰0.30％-1.0％、铜3.80％-4.90％、镁1.2％-1.8％、铬0.10％，余量为铝；
G组由以下原料按重量百分比组成：锌5.10％-6.10％、铁0.50％、锰0.30％、硅0.40％、铜1.20％-2.0％、镁2.10％-2.90％、铬0.18％-0.28％、钛0.20％，余量为铝；
该增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼和金刚石中的至少一种。
优选地，当金属基复合粉末中的增强颗粒为碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼或者碳化硼时，增强颗粒的质量占比为5％-30％；当金属基复合粉末中的增强颗粒为金刚石时，增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
实施例六
本实施例的一种微米级3D打印用金属基复合粉末，该复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成，其中，
该金属基粉末为如下H、I、J组中的任意一种组分的镁基合金粉末：
H组由以下原料按重量百分比组成：锌0.45％-0.90％、镍≤0.001％、铁≤0.04％、铝8.50％-9.50％、锰0.45％-0.90％、硅≤0.05％、铜≤0.025％，余量为镁；
I组由以下原料按重量百分比组成：锌0.60％-1.40％、镍≤0.001％、铁≤0.003％、铝2.50％-3.50％、锰0.20％-1.00％、硅≤0.08％、铜≤0.01％、钙≤0.04％，余量为镁；
J组由以下原料按重量百分比组成：锌5.00％-6.00％、镍≤0.005％、铁≤0.05％、铝≤0.05％、锰≤0.10％、硅≤0.05％、铜≤0.05％、铍≤0.01％、锆0.30％-0.90％，余量为镁；
该增强颗粒为微米级或者纳米级的金刚石。
优选地，增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温激光熔覆制备刀锋的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据刀锋预设的性能指标，选择制备所述刀锋的原材料及配比，采用高能球磨机将预定配比的各原材料球磨得到金属基复合粉末；
S2，根据刀锋预设的性能指标以及规格要求，选择适应类型和尺寸的基板；
S3，根据刀锋的设计图纸，利用三维建模软件设计好刀锋模型；
S4，将S3中设计好的刀锋模型导入到激光熔覆设备中，并按照预设要求设定各项参数，然后进行打印，在所述基板上制备刀锋初坯；
S5，采用数控机床对S4中得到的刀锋初坯进行精加工，即得到刀锋。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中所述金属基复合粉末为成分可调的微米级3D打印用金属基复合粉末，所述的金属基复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成；所述金属基粉末为铜基合金、铝基合金和镁基合金中至少一种的粉末，所述金属基粉末为球形粉末，球形粉末粒度为80μm-160μm；所述增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼和金刚石中的至少一种；
S1中所述球磨步骤是，球料比为5：1，球磨时间为5-15h，转速为10rpm-60rpm，球磨后粉末粒径为75μm-150μm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属基粉末为铜基合金粉末，铜基合金粉末选自如下A、B、C、D组中的任意一种组分：
A组由以下原料按重量百分比组成：锡7.00％-9.00％、磷0.03％-0.35％、锌≤0.20％、镍≤0.20％、铁≤0.01％、铅≤0.05％，余量为铜；
B组由以下原料按重量百分比组成：锡19.00％-21.00％、磷≤0.80％、铁≤0.02％、铅≤0.80％，余量为铜；
C组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.10％，磷≤0.01％，锌≤0.50％，镍3.50％-5.50％、铁3.50％-5.50％、铅≤0.02％、铝9.50％-11.00％、锰≤0.30％，硅≤0.10％，余量为铜；
D组由以下原料按重量百分比组成：锡11.50-13.00％，磷≤0.05％、锌≤2.00％、镍1.50％-2.50％，铁≤0.25％、铅≤0.01％、铝≤0.01％、锰≤0.20％、硅≤0.01％、锑≤0.50％、硫≤0.10％，余量为铜。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属基粉末为铝基合金粉末，铝基合金粉末选自如下E、F、G组中的任意一种组分：
E组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.01％、锌≤0.30％、铁0-1.00％、铅≤0.05％、锰0.20％-0.50％、硅8.00％-10.50％、铜≤0.30％、镁0.17％-0.3％，余量为铝；
F组由以下原料按重量百分比组成：锌0.25％、铁0.50％、锰0.30％-1.0％、铜3.80％-4.90％、镁1.2％-1.8％、铬0.10％，余量为铝；
G组由以下原料按重量百分比组成：锌5.10％-6.10％、铁0.50％、锰0.30％、硅0.40％、铜1.20％-2.0％、镁2.10％-2.90％、铬0.18％-0.28％、钛0.20％，余量为铝。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属基粉末为镁基合金粉末，镁基合金粉末选自如下H、I、J组中的任意一种组分：
H组由以下原料按重量百分比组成：锌0.45％-0.90％、镍≤0.001％、铁≤0.04％、铝8.50％-9.50％、锰0.45％-0.90％、硅≤0.05％、铜≤0.025％，余量为镁；
I组由以下原料按重量百分比组成：锌0.60％-1.40％、镍≤0.001％、铁≤0.003％、铝2.50％-3.50％、锰0.20％-1.00％、硅≤0.08％、铜≤0.01％、钙≤0.04％，余量为镁；
J组由以下原料按重量百分比组成：锌5.00％-6.00％、镍≤0.005％、铁≤0.05％、铝≤0.05％、锰≤0.10％、硅≤0.05％、铜≤0.05％、铍≤0.01％、锆0.30％-0.90％，余量为镁。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼或者碳化硼时，所述增强颗粒的质量占比为5％-30％；当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为金刚石时，所述增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，在S4中，将刀锋模型导入到激光熔覆设备中，利用切片技术将三维数字模型离散成具有预定层厚和顺序的粉层切片，提取每一层粉层切片所产生的轮廓并根据粉层切片轮廓，转换成G-code，将激光熔覆设备抽真空，并通入氩气，根据生成的G-code进行打印，得到刀锋初坯。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，打印刀锋初坯时各项参数为：所述粉层切片的层厚为0.1-1.0mm，激光功率为50-400W，氩气气体流量为1-10L/min，激光扫描速度为50-300mm/min，送粉速度为0.1-1.0r/min，激光熔覆的打印精度为0.2mm。
9.一种微米级3D打印用金属基复合粉末，其特征在于，所述复合粉末由金属基粉末和增强颗粒组成，其中，
所述金属基粉末为如下A、B、C、D组中的任意一种组分的铜基合金粉末：
A组由以下原料按重量百分比组成：锡7.00％-9.00％、磷0.03％-0.35％、锌≤0.20％、镍≤0.20％、铁≤0.01％、铅≤0.05％，余量为铜；
B组由以下原料按重量百分比组成：锡19.00％-21.00％、磷≤0.80％、铁≤0.02％、铅≤0.80％，余量为铜；
C组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.10％，磷≤0.01％，锌≤0.50％，镍3.50％-5.50％、铁3.50％-5.50％、铅≤0.02％、铝9.50％-11.00％、锰≤0.30％，硅≤0.10％，余量为铜；
D组由以下原料按重量百分比组成：锡11.50-13.00％，磷≤0.05％、锌≤2.00％、镍1.50％-2.50％，铁≤0.25％、铅≤0.01％、铝≤0.01％、锰≤0.20％、硅≤0.01％、锑≤0.50％、硫≤0.10％，余量为铜；
或者，所述金属基粉末为如下E、F、G组中的任意一种组分的铝基合金粉末：
E组由以下原料按重量百分比组成：锡≤0.01％、锌≤0.30％、铁0-1.00％、铅≤0.05％、锰0.20％-0.50％、硅8.00％-10.50％、铜≤0.30％、镁0.17％-0.3％，余量为铝；
F组由以下原料按重量百分比组成：锌0.25％、铁0.50％、锰0.30％-1.0％、铜3.80％-4.90％、镁1.2％-1.8％、铬0.10％，余量为铝；
G组由以下原料按重量百分比组成：锌5.10％-6.10％、铁0.50％、锰0.30％、硅0.40％、铜1.20％-2.0％、镁2.10％-2.90％、铬0.18％-0.28％、钛0.20％，余量为铝；
或者，所述金属基粉末为如下H、I、J组中的任意一种组分的镁基合金粉末：
H组由以下原料按重量百分比组成：锌0.45％-0.90％、镍≤0.001％、铁≤0.04％、铝8.50％-9.50％、锰0.45％-0.90％、硅≤0.05％、铜≤0.025％，余量为镁；
I组由以下原料按重量百分比组成：锌0.60％-1.40％、镍≤0.001％、铁≤0.003％、铝2.50％-3.50％、锰0.20％-1.00％、硅≤0.08％、铜≤0.01％、钙≤0.04％，余量为镁；
J组由以下原料按重量百分比组成：锌5.00％-6.00％、镍≤0.005％、铁≤0.05％、铝≤0.05％、锰≤0.10％、硅≤0.05％、铜≤0.05％、铍≤0.01％、锆0.30％-0.90％，余量为镁；
所述增强颗粒为微米级或者纳米级的碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼、碳化硼和金刚石中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的微米级3D打印用金属基复合粉末，其特征在于，当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为碳化钛、碳化钨、碳化硅、氮化硼或者碳化硼时，所述增强颗粒的质量占比为5％-30％；当所述的金属基复合粉末中的增强颗粒为金刚石时，所述增强颗粒的体积占比为12.5％-25.0％。
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