一種用于三維打印的形狀記憶合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印制造領(lǐng)域，具體涉及3D打印材料，進(jìn)一步涉及用于3D打印的形狀記憶合金智能材料。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing)，又稱快速成型技術(shù)、三維打印技術(shù)，通俗的稱謂是3D打印制造技術(shù)。是近20來(lái)信息技術(shù)、新材料技術(shù)與高端制造技術(shù)多學(xué)科融合發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印制造技術(shù)是一種通過(guò)逐層增加堆積材料來(lái)生成三維實(shí)體的快速增材制造技術(shù)，不但克服了傳統(tǒng)減材制造造成的損耗，而且使產(chǎn)品制造更智能化，更精準(zhǔn)，更高效。尤其是涉及到復(fù)雜形狀的高端制造，3D打印技術(shù)顯示出巨大的優(yōu)越性。
[0003]3D打印制造技術(shù)是一種全新的制造理念，最終將應(yīng)用于大工業(yè)規(guī)模化智能生產(chǎn)。而目前通過(guò)3D打印技術(shù)制造工藝復(fù)雜的智能材料，充分發(fā)揮了 3D打印精密制造的優(yōu)勢(shì)，如將3D打印技術(shù)用于制造電活性聚合物、形狀記憶材料、壓電材料、電磁流變體、生物醫(yī)療器械、磁致伸縮材料等。
[0004]形狀記憶是指具有初始形狀的制品，在一次變形后，通過(guò)加熱等手段進(jìn)行處理，又能回復(fù)初始形狀的現(xiàn)象。形狀記憶材料可通過(guò)熱、電、磁、光、化學(xué)或機(jī)械等外加刺激，觸發(fā)其做出響應(yīng)，從而改變材料的某些參數(shù)，如形狀位置、應(yīng)變、頻率、摩擦特征等。由于形狀記憶材料具有形狀記憶效應(yīng)、高回復(fù)形變良好的抗震性和適應(yīng)性，以及易與其它材料結(jié)合形成復(fù)合材料等優(yōu)異的性能，使其發(fā)展越來(lái)越受到人們的重視，在人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、智能閥門、智能玩具、熱機(jī)模型等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0005]由于形狀記憶材料大多應(yīng)用于形狀復(fù)雜的特定制品，而形狀記憶合金材料受溫度形變較大，因此在3D打印成型時(shí)前后溫度變化大，導(dǎo)致制品精密度受到影響。從而限制了3D打印技術(shù)在形變記憶性材料制品加工中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]目前形狀記憶性材料用于3D打印制造時(shí)因具有形狀記憶效應(yīng)，在溫度變化后發(fā)生形狀轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致制品的打印精度降低。針對(duì)這一缺陷，本發(fā)明提出一種三維打印的形狀記憶合金材料。該形狀記憶合金材料以金屬泡沫粉作為載體，在三維打印加熱和冷卻過(guò)程中，形狀記憶合金顆粒在金屬泡沫粉的微孔中發(fā)生形變，而金屬泡沫粉作為打印的支撐，保證了三維打印成型時(shí)制品的形狀不受是形狀記憶合金顆粒形變的影響，從而得到高精密度的形狀記憶合金制品。
[0007]進(jìn)一步提供一種三維打印的形狀記憶合金材料的制備方法。
[0008]一種用于三維打印的形狀記憶合金材料，是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種用于三維打印的形狀記憶合金材料，其特征是:基于金屬泡沫粉為載體，形狀記憶合金顆粒在金屬泡沫粉的孔隙中被固定，通過(guò)研磨細(xì)化得到平均粒徑在50-100目的球形材料，適用于三維打印制造高精密度形狀記憶合金制品；主要由如下重量份原料制備而成:
金屬泡沫粉50-60份，
形狀記憶合金顆粒 30-40份，
醇溶性樹脂3-8份，
分散劑0.1-0.5份；
其中，所述的金屬泡沫粉為泡沫銅粉、泡沫鋁粉、泡沫鐵粉、泡沫鎳粉、泡沫鎂粉、泡沫鈦粉、泡沫鋅粉中的一種，具有三維通孔結(jié)構(gòu)，孔隙均勻，孔隙率80%以上，平均粒徑50目；所述的形狀記憶合金顆粒為鈦鎳合金顆粒、鎳錳合金顆粒、鈦鉑合金顆粒中的一種，平均粒徑在1250-2500目；
所述的醇溶性樹脂為熱塑性醇溶樹脂，選用醇溶性酚醛樹脂、醇溶性聚酰胺樹脂、醇溶性聚丙烯酸酯樹脂中的至少一種；
所述的分散劑為明膠、海藻膠、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇、馬來(lái)酸酐與醋酸乙烯的共聚物、聚丙烯酸鹽中的至少一種。
[0009]本發(fā)明用于三維打印的形狀記憶合金材料的制備方法，其特征是按照如下方式進(jìn)行:
1)將3-8重量份的醇溶性樹脂通過(guò)乙醇回流攪拌溶解，溶解溫度設(shè)定為60-65°C，至醇溶性樹脂完全溶解；
2)將步驟I)預(yù)制的醇溶性樹脂溶液與30-40重量份的形狀記憶合金顆粒、0.1-0.5重量份的分散劑加入高速分散機(jī)，同時(shí)加入乙醇調(diào)節(jié)粘度在100-150cp，以5000-10000rpm的轉(zhuǎn)速高速分散3-5min，得到形狀記憶合金顆粒分散物；
3)將步驟2)得到的形狀記憶合金顆粒分散物與50-60重量份的金屬泡沫粉置于真空混合機(jī)中，設(shè)定真空混合機(jī)的溫度為80-90°C，真空壓力0.1-0.3MPa，以50_100rpm的轉(zhuǎn)速混合，隨著乙醇的逐步真空脫出，使形狀記憶合金顆粒分散物吸附在金屬泡沫粉的孔隙中形成干粉狀微細(xì)顆粒；
4)將步驟3)得到的干粉狀微細(xì)顆粒通過(guò)圓盤研磨機(jī)研磨、50目過(guò)篩，得到大小均勻的球形顆粒，即用于三維打印的形狀記憶合金材料。
[0010]上述制備方法，其特征在于步驟4)所述的圓盤研磨機(jī)為雙盤研磨機(jī)，研磨料在上、下研磨盤之間，通過(guò)上磨盤旋轉(zhuǎn)達(dá)到研磨和滾球成型，并通過(guò)上下調(diào)節(jié)以控制物料的細(xì)度。
[0011]本發(fā)明一種用于三維打印的形狀記憶合金材料，該形狀記憶合金材料以金屬泡沫粉作為載體，在三維打印加熱和冷卻過(guò)程中，形狀記憶合金顆粒在金屬泡沫粉的微孔中發(fā)生形變，而金屬泡沫粉作為打印的支撐，保證了三維打印成型時(shí)制品的形狀不受是形狀記憶合金顆粒形變的影響，利用具有熱塑特性的醇溶性樹脂，使形狀記憶合金顆粒均勻分散、包覆并駐留在金屬泡沫粉的微孔中，同時(shí)在三維打印時(shí)，具有熱塑粘接性。從而得到高精密度的形狀記憶合金制品，克服了形狀記憶合金材料初始形狀成型的不穩(wěn)定性。
[0012]本發(fā)明一種用于三維打印的形狀記憶合金材料及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于:
1、本發(fā)明一種用于三維打印的形狀記憶合金材料，以金屬泡沫粉作為載體，形狀記憶合金顆粒在金屬泡沫粉的微孔中發(fā)生形變，而金屬泡沫粉作為打印的支撐，保證了三維打印成型時(shí)制品的形狀不受是形狀記憶合金顆粒形變的影響，從而得到高精密度的形狀記憶合金制品，克服了形狀記憶合金材料初始形狀成型的不穩(wěn)定性。
[0013]2、本發(fā)明一種用于三維打印的形狀記憶合金材料，利用具有熱塑特性的醇溶性樹脂，使形狀記憶合金顆粒均勻分散、包覆并駐留在金屬泡沫粉的微孔中，在三維打印時(shí)，具有熱塑粘接性。
[0014]3、本發(fā)明一種用于三維打印的形狀記憶合金材料，通過(guò)在醇溶樹脂在液狀態(tài)下對(duì)形狀記憶合金顆粒表面改性、真空吸附和圓盤研磨，得到的形狀記憶合金材料粒度分布窄、粒度均勻，呈球形，極大地提高了三維打印使物料輸送的均勻性。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0016]實(shí)施例1
1)將5重量份的醇溶性酚醛樹脂通過(guò)乙醇回流攪拌溶解，溶解溫度設(shè)定為60-65?，至醇溶性樹脂完全溶解；
2)將步驟I)預(yù)制的醇溶性酚醛樹脂溶液與30重量份平均粒徑1250目的鈦鎳合金顆粒、0.1重量份的明膠加入高速分散機(jī)，同時(shí)加入乙醇調(diào)節(jié)粘度在lOOcp，以5000rpm的轉(zhuǎn)速高速分散5min，得到形狀記憶合金顆粒分散物；
3)將步驟2)得到的形狀記憶合金顆粒分散物與50重量份平均粒徑50目的泡沫銅粉置于真空混合機(jī)中，設(shè)定真空混合機(jī)的溫度為80-90°C，真空壓力0.1MPa,以50rpm的轉(zhuǎn)速混合，隨著乙醇的逐步真空脫出，使形狀記憶合金顆粒分散物吸附在泡沫銅粉的孔隙中形成干粉狀微細(xì)顆粒；
4)將步驟3)得到的干粉狀微細(xì)顆粒通過(guò)圓盤研磨機(jī)研磨、50目過(guò)篩