CN117600494B - 一种提高3d打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，具体包括：（1）将一定比例的球形钨粉和球形镍粉进行混合，得到混合粉料；（2）对混合粉料进行干燥；（3）将干燥后的混合粉料倒入3D打印机的打印仓中，当打印仓中的氧含量＜500ppm时，开始进行打印，打印结束后，得到3D打印件；（4）将3D打印件连同基板一起置于氢气气氛保护炉中，进行热处理；（5）将热处理后的3D打印件从基板上切割下；（6）对切割下的3D打印件进行喷砂处理或磨粒流处理，去除3D打印件的孔壁毛刺以及切割产生的切割毛刺；（7）对去除毛刺后的3D打印件进行超声波清洗和烘干，得到镍钨合金准直器。本发明能够同时提高准直器的断裂强度和耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印钨准直器技术领域，具体是一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法。
背景技术
在CT机（计算机断层扫描）技术发展迅速，目前已发展至第五代，其中X射线探测器是检查成像的核心部件，涉及多达上千个高精密零部件的组装与调试，是CT机整机性能保证和生产成本控制的关键步骤和技术。CT机X射线探测器由X射线准直器、准直器支架和光电转换模块三个主要部分构成。其中的X射线准直器随着医疗影像行业发展和高精度诊疗的需求，其结构越来越复杂和多样化，因此多采用选取激光选区融化3D打印技术（SLM）来生产。
SLM技术经过多年发展在很多金属粉末，例如铁、钛、镍等打印方面日趋成熟，但是对于纯钨（W）打印件则比较头痛。这正是由于钨拥有极高的熔点（3410℃），是自然界中最难熔的金属。而SLM技术在成型的实质上，就是利用激光的高能量对球形钨颗粒进行熔化和焊接，由于钨的高熔点，激光在快速扫过打印区域的球形钨粉后，并不能使得整个钨球完全熔化，通常能融化的只是钨球的部分表面。因此，虽然整个钨制品最终能够打印成型，但是其结构强度总是差强人意。
目前，为了提升钨准直器的强度，通常通过对打印参数进行调整，比如提高打印功率，降低扫描速度等。然而，提高打印功率往往会造成打印仓内的温度急剧升高，材料部分区域应力很大，将3D打印件从基板上切下后，会出现严重的扭曲变形。此外，降低扫描速度，使得生产效率会出现大幅度下降。
另外，3D打印钨制品通常采用几微米到十几微米的球形粉进行打印，由于其颗粒较小，表面活性高，加上激光融化焊接的不充分，导致打印件在高温潮湿的环境下容易出现氧化腐蚀的情形。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，以同时提高准直器的断裂强度和耐腐蚀性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1．混合：将球形钨粉和球形镍粉进行混合，得到混合粉料，其中，球形镍粉的质量分数为1-3%，球形钨粉的质量分数为97-99%；
S2．干燥：将混合粉料分盘放入真空干燥箱中进行干燥；
S3．3D打印：将干燥后的混合粉料倒入3D打印机的打印仓中，当打印仓中的氧含量＜500ppm时，开始进行打印，打印结束后，得到3D打印件；
S4．热处理：将3D打印件连同基板一起置于氢气气氛保护炉中，进行热处理；
S5．切割：将热处理后的3D打印件从基板上切割下；
S6．去除毛刺：对切割下的3D打印件进行喷砂处理或磨粒流处理，去除3D打印件的孔壁毛刺以及切割产生的切割毛刺；
S7．清洗烘干：对去除毛刺后的3D打印件进行超声波清洗和烘干，得到镍钨合金准直器。
进一步的，所述的步骤S1中，在混合球形钨粉和球形镍粉之前，选取粒度为5-45μm，符合正态分布，球形度＞95%，氧含量＜100ppm的球形钨粉和球形镍粉。
进一步的，所述的步骤S1中，将球形钨粉和球形镍粉投入混料机中进行均匀混合，混合时间为30-180min。
进一步的，混合时，向所述的混料机中充入氮气进行保护。
进一步的，所述的步骤S2中，干燥时间为30-240 min，干燥温度为60-110℃，所述真空干燥箱的真空度＜10-2Pa。
进一步的，所述的步骤S3中，关闭所述打印仓的仓门后，向打印仓中吹入氩气进行除气，使得打印仓中的氧含量＜500ppm。
进一步的，所述的步骤S3中，所述3D打印机的打印功率为50-240W，扫描速度为200-1000mm/s，打印层厚为1.5-4丝/层。
进一步的，所述的步骤S4中，热处理温度为500-1000℃，保温时间为2-8h。
进一步的，所述的步骤S5中，采用慢走丝线的切割方式，贴着基板的表面切割下3D打印件。
进一步的，所述的步骤S7中，超声波的频率为25-53KHz，清洗时间为5-30min，水温为25-80℃；烘干温度为50-120℃，烘干时间为5-120min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在球形钨粉中增加一定比例（1-3%）的球形镍粉，并对两种球形粉末进行均匀混合，在打印时能够生成镍钨合金，合金化的镍钨相不仅明显提高了准直器产品的断裂强度（可由150N提升至220N），而且大幅度的改善了其防腐蚀性能（中性盐雾试验时间可由原来的2小时提升至72小时）。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，具体包括以下步骤：
步骤一、混合：选取粒度为5-45μm，符合正态分布，球形度＞95%，氧含量＜100ppm的球形钨粉和球形镍粉，将球形钨粉和球形镍粉按一定比例，即球形镍粉的质量分数为3%，球形钨粉的质量分数为97%，投入混料机中进行均匀混合，混合时间为150min，得到混合粉料。
需要说明的是，粒度为5-45μm是为了匹配打印的层厚；符合正态分布，是为了保证打印材料的致密度，从而保证断裂强度；球形度＞95%，是为了保证粉末的流动性，从而可以保证铺粉的均匀性；氧含量＜100ppm，是为了保证粉末的纯度。
此外，混合时，由于有一定的机械能作用到粉末上，因此，需要向混料机中充入氮气进行保护，防止粉末氧化。
步骤二、干燥：将混合粉料分盘放入真空干燥箱中进行干燥。
具体的，干燥时间为180min，干燥温度为90℃，真空干燥箱的真空度＜10-2Pa。
步骤三、3D打印：将干燥后的混合粉料倒入3D打印机的打印仓中，关闭打印仓的仓门后，向打印仓中吹入氩气进行除气，当打印仓中的氧含量＜500ppm时，开始进行打印，打印结束后，得到3D打印件。
具体的，3D打印机的打印功率为180W，扫描速度为600mm/s，打印层厚为2丝/层。
步骤四、热处理：将3D打印件连同基板一起置于氢气气氛保护炉中，进行热处理。
具体的，热处理温度为700℃，保温时间为6h。
步骤五、切割：采用慢走丝线的切割方式，贴着基板的表面将热处理后的3D打印件从基板上切割下。
步骤六、去除毛刺：对切割下的3D打印件进行喷砂处理或磨粒流处理，去除3D打印件的孔壁毛刺以及切割产生的切割毛刺。
步骤七、清洗烘干：对去除毛刺后的3D打印件进行超声波清洗和烘干，得到镍钨合金准直器。
具体的，超声波的频率为45KHz，清洗时间为20min，水温为60℃；烘干温度为100℃，烘干时间为90min。
以下结合附图对本发明作进一步的说明：
本发明利用3D打印机的激光能量，在扫描的同时，对镍进行充分的融化（镍的熔点1453℃），同时钨与镍之间部分合金化，形成钨镍合金相，能够明显的提高粉末间的结合力，从而提升产品的断裂强度。同时，镍及形成的镍钨相均具有极好的抗腐蚀性，即使在高温潮湿的空气中也会很难被氧化。
在其他工艺参数和条件不变的前提下，在球形镍粉的质量分数分别为0%、0.5%、1%、2%和3%时，分别进行3D 打印试验，并对所打印出的镍钨合金准直器分别进行断裂强度试验和中性盐雾试验，具体试验数据如下表所示：
表1 掺镍对3D打印准直器的强度的影响
| 样品序号 | 镍的比例(质量分数) | 断裂强度（N） |
| 1 | 0.00% | 151 |
| 2 | 0.50% | 157 |
| 3 | 1.00% | 166 |
| 4 | 2.00% | 190 |
| 5 | 3.00% | 221 |
表2 掺镍对3D打印准直器的抗腐蚀能力的影响
| 样品序号 | 镍的比例(质量分数) | 中性盐雾试验时间（h） |
| 1 | 0.00% | 2 |
| 2 | 0.50% | 5 |
| 3 | 1.00% | 12 |
| 4 | 2.00% | 36 |
| 5 | 3.00% | 72 |
由表1和2可知，在球形镍粉的质量分数为1-3%这一范围时，经3D打印得到的准直器（镍钨合金准直器），其断裂强度和防腐蚀性能得到了明显的提升。
具体的，当球形镍粉的质量分数为3%时，经3D打印得到的准直器（镍钨合金准直器），其断裂强度提升至221N，中性盐雾试验时间提升至72h，不仅明显提高了准直器产品的断裂强度，而且大幅度的改善了其防腐蚀性能。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1．混合：将球形钨粉和球形镍粉进行混合，得到混合粉料，其中，球形镍粉的质量分数为1-3%，球形钨粉的质量分数为97-99%；
S2．干燥：将混合粉料分盘放入真空干燥箱中进行干燥；
S3．3D打印：将干燥后的混合粉料倒入3D打印机的打印仓中，当打印仓中的氧含量＜500ppm时，开始进行打印，打印结束后，得到3D打印件；
S4．热处理：将3D打印件连同基板一起置于氢气气氛保护炉中，进行热处理；
S5．切割：将热处理后的3D打印件从基板上切割下；
S6．去除毛刺：对切割下的3D打印件进行喷砂处理或磨粒流处理，去除3D打印件的孔壁毛刺以及切割产生的切割毛刺；
S7．清洗烘干：对去除毛刺后的3D打印件进行超声波清洗和烘干，得到镍钨合金准直器。
2.根据权利要求1所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S1中，在混合球形钨粉和球形镍粉之前，选取粒度为5-45μm，符合正态分布，球形度＞95%，氧含量＜100ppm的球形钨粉和球形镍粉。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S1中，将球形钨粉和球形镍粉投入混料机中进行均匀混合，混合时间为30-180min。
4.根据权利要求3所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：混合时，向所述的混料机中充入氮气进行保护。
5.根据权利要求1所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S2中，干燥时间为30-240 min，干燥温度为60-110℃，所述真空干燥箱的真空度＜10-2Pa。
6.根据权利要求1所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S3中，关闭所述打印仓的仓门后，向打印仓中吹入氩气进行除气，使得打印仓中的氧含量＜500ppm。
7.根据权利要求1或6所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S3中，所述3D打印机的打印功率为50-240W，扫描速度为200-1000mm/s，打印层厚为1.5-4丝/层。
8.根据权利要求1所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S4中，热处理温度为500-1000℃，保温时间为2-8h。
9.根据权利要求1所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S5中，采用慢走丝线的切割方式，贴着基板的表面切割下3D打印件。
10.根据权利要求1所述的一种提高3D打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法，其特征在于：所述的步骤S7中，超声波的频率为25-53KHz，清洗时间为5-30min，水温为25-80℃；烘干温度为50-120℃，烘干时间为5-120min。
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