金属粉末3D打印成型工艺研究
发布时间：2022-02-21 20:24
金属3D打印技术在3D打印领域中是最具前沿和潜力的技术,是增材制造技术发展的重要方向。现在金属3D打印方式包括选择性激光烧结（SLS）、激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等方式,它们以激光/电子束等高能量源直接熔化沉积金属粉末,但存在着设备价格昂贵、金属粉末材料受限制等不足。本课题针对现有金属3D打印存在的不足,提出一种将金属注射成型技术与FDM技术结合的气动式挤出直写的金属粉末3D打印技术,该技术具有成本低、打印条件要求低、金属粉末适应性强和金属粉末可重复利用等优点。本课题的研究包括金属浆料的制备、3D打印设备的搭建与改进、金属浆料的3D打印成型、金属坯体的脱脂烧结工艺以及铜样件在电催化还原CO2上应用。主要研究内容与结果如下:（1）本文选用铜粉作为实验原料,选用质量分数为10%的PVA水溶液作为粘结剂。通过理论计算和对比实验得出,铜粉与PVA水溶液质量比为9:1时,浆料挤出均匀光滑、成型效果最佳,铜粉末装载量最大。此时浆料密度为4.386g/cm3,粘度为421Pa·s,为其他金属浆料的配比提供了理论依据。（2）通过试验研究打印速度、挤出压力、打印层高和打印间距等工艺参数...
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 金属材料3D打印技术发展及分类
1.2.1 激光选区烧结技术
1.2.1.1 激光选区烧结技术的发展概述及成型原理
1.2.1.2 激光选区烧结技术的优缺点
1.2.2 激光选区熔化技术
1.2.2.1 激光选区熔化发展概述及成型原理
1.2.2.2 激光选区熔化成型技术的优缺点
1.2.3 电子束选区熔化成型技术
1.2.3.1 电子束熔融技术发展概述及成型原理
1.2.3.2 电子束熔融成型技术的优缺点
1.3 金属材料3D打印的应用
1.3.1 航空航天领域应用
1.3.2 生物医学领域应用
1.4 课题的提出
1.5 本论文的研究目标、内容及创新点
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.5.3 研究创新点
第二章 金属浆料的制备和打印设备的搭建
2.1 金属浆料的制备
2.1.1 理论计算粉末装载量
2.1.2 试验研究粉末装载量
2.1.2.1 试验材料
2.1.2.2 试验方法
2.1.2.3 结果与讨论
2.2 打印设备的搭建与改进
2.2.1 3D打印机的搭建
2.2.2 3D打印设备的改进
2.3 本章小结
第三章 金属浆料3D打印的成型工艺研究
3.1 挤出压力与打印速度匹配研究
3.2 打印层高对成型质量影响
3.3 打印间距对成型质量的影响
3.4 最优参数下打印能力测试
3.5 本章小结
第四章 金属坯体脱脂工艺研究
4.1 脱脂试验过程
4.1.1 实验设备
4.1.2 坯体的制备
4.1.3 脱脂工艺设计
4.1.4 坯体性能测试方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 脱脂过程工艺分析
4.2.2 脱脂温度及保温时间对坯体脱脂率的影响
4.2.3 脱脂温度对坯体体积收缩的影响
4.2.4 脱脂温度对坯体微观形貌的影响
4.2.5 脱脂前后坯体组织成分分析
4.3 本章小结
第五章 金属坯体烧结工艺研究
5.1 烧结试验过程及测试
5.1.1 实验设备
5.1.2 烧结样件的制备
5.1.3 烧结工艺设计
5.1.4 测试方法
5.2 结果与讨论
5.2.1 烧结温度对样件成型质量和性能的影响
5.2.2 升温速率对样件成型质量的影响
5.2.3 保温时间对样件性能的影响
5.2.4 最优烧结参数下的烧结样件
5.3 3D打印金属件在催化CO_2还原反应的应用初探
5.3.1 试验仪器
5.3.2 催化剂的制备
5.3.3 实验过程及结果
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢
研究成果及发表论文
导师及作者简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料增材制造（3D打印）技术的局限性[J]. 屈华鹏,张宏亮,冯翰秋,陈海涛,郎宇平,王留兵,许斌,宋丹戎. 热加工工艺. 2018(16)
[2]钛及钛合金3D打印医用产品的生物安全性[J]. 吴利苹,邹善方,刘睿诚,曾益伟. 中国组织工程研究. 2018(34)
[3]铜基电催化剂还原CO2[J]. 刘孟岩,王元双,邓雯,温珍海. 化学进展. 2018(04)
[4]选择性激光熔覆（SLM）钛合金可摘局部义齿支架的适合性研究[J]. 刘一帆,王伟娜,于海,马瑞,吴冰,高勃. 实用口腔医学杂志. 2017(03)
[5]不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 李素丽. 中国铸造装备与技术. 2016(06)
[6]3D成型SiO2/PVA水凝胶支架的摩擦行为[J]. 李坚,李学锋,龙世军,李晗,黄大华. 复合材料学报. 2016(11)
[7]3D打印用聚乳酸及其复合材料的研究进展[J]. 王成成,李梦倩,雷文,包玉衡,王翠娜. 塑料科技. 2016(06)
[8]基于注射3D打印成型的铜浆料烧结工艺研究[J]. 侯同伟,刘斌,郝亮,熊玮,李晶. 铸造技术. 2016(04)
[9]钛合金增材制造技术研究现状及展望[J]. 邓贤辉,杨治军. 材料开发与应用. 2014(05)
[10]选择性激光烧结后处理工艺技术研究现状[J]. 王伟,王璞璇,郭艳玲. 森林工程. 2014(02)
博士论文
[1]可摘除局部义齿支架激光快速成型技术与设备研究[D]. 陈光霞.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]基于熔体微分原理的金属粉末3D打印成型技术研究[D]. Yessimkhan Shalkar.北京化工大学 2018
[2]陶瓷材料3D打印关键技术研究[D]. 程佳剑.北方工业大学 2018
[3]气动式金属3D打印系统的搭建及实验研究[D]. 廖道坤.武汉大学 2018
[4]3D打印技术在航空制造中的应用研究[D]. 沈响.长安大学 2017
[5]氧化亚铜纳米材料的制备及其用于电化学还原二氧化碳的研究[D]. 尹继颖.北京化工大学 2016
[6]铜浆料挤出3D打印技术的成型和烧结工艺研究[D]. 侯同伟.中北大学 2016
[7]Cu基复合材料粉末注射成形工艺与材料性能研究[D]. 李伟.昆明理工大学 2008
本文编号：3637983
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 金属材料3D打印技术发展及分类
1.2.1 激光选区烧结技术
1.2.1.1 激光选区烧结技术的发展概述及成型原理
1.2.1.2 激光选区烧结技术的优缺点
1.2.2 激光选区熔化技术
1.2.2.1 激光选区熔化发展概述及成型原理
1.2.2.2 激光选区熔化成型技术的优缺点
1.2.3 电子束选区熔化成型技术
1.2.3.1 电子束熔融技术发展概述及成型原理
1.2.3.2 电子束熔融成型技术的优缺点
1.3 金属材料3D打印的应用
1.3.1 航空航天领域应用
1.3.2 生物医学领域应用
1.4 课题的提出
1.5 本论文的研究目标、内容及创新点
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.5.3 研究创新点
第二章 金属浆料的制备和打印设备的搭建
2.1 金属浆料的制备
2.1.1 理论计算粉末装载量
2.1.2 试验研究粉末装载量
2.1.2.1 试验材料
2.1.2.2 试验方法
2.1.2.3 结果与讨论
2.2 打印设备的搭建与改进
2.2.1 3D打印机的搭建
2.2.2 3D打印设备的改进
2.3 本章小结
第三章 金属浆料3D打印的成型工艺研究
3.1 挤出压力与打印速度匹配研究
3.2 打印层高对成型质量影响
3.3 打印间距对成型质量的影响
3.4 最优参数下打印能力测试
3.5 本章小结
第四章 金属坯体脱脂工艺研究
4.1 脱脂试验过程
4.1.1 实验设备
4.1.2 坯体的制备
4.1.3 脱脂工艺设计
4.1.4 坯体性能测试方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 脱脂过程工艺分析
4.2.2 脱脂温度及保温时间对坯体脱脂率的影响
4.2.3 脱脂温度对坯体体积收缩的影响
4.2.4 脱脂温度对坯体微观形貌的影响
4.2.5 脱脂前后坯体组织成分分析
4.3 本章小结
第五章 金属坯体烧结工艺研究
5.1 烧结试验过程及测试
5.1.1 实验设备
5.1.2 烧结样件的制备
5.1.3 烧结工艺设计
5.1.4 测试方法
5.2 结果与讨论
5.2.1 烧结温度对样件成型质量和性能的影响
5.2.2 升温速率对样件成型质量的影响
5.2.3 保温时间对样件性能的影响
5.2.4 最优烧结参数下的烧结样件
5.3 3D打印金属件在催化CO_2还原反应的应用初探
5.3.1 试验仪器
5.3.2 催化剂的制备
5.3.3 实验过程及结果
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢
研究成果及发表论文
导师及作者简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料增材制造（3D打印）技术的局限性[J]. 屈华鹏,张宏亮,冯翰秋,陈海涛,郎宇平,王留兵,许斌,宋丹戎. 热加工工艺. 2018(16)
[2]钛及钛合金3D打印医用产品的生物安全性[J]. 吴利苹,邹善方,刘睿诚,曾益伟. 中国组织工程研究. 2018(34)
[3]铜基电催化剂还原CO2[J]. 刘孟岩,王元双,邓雯,温珍海. 化学进展. 2018(04)
[4]选择性激光熔覆（SLM）钛合金可摘局部义齿支架的适合性研究[J]. 刘一帆,王伟娜,于海,马瑞,吴冰,高勃. 实用口腔医学杂志. 2017(03)
[5]不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 李素丽. 中国铸造装备与技术. 2016(06)
[6]3D成型SiO2/PVA水凝胶支架的摩擦行为[J]. 李坚,李学锋,龙世军,李晗,黄大华. 复合材料学报. 2016(11)
[7]3D打印用聚乳酸及其复合材料的研究进展[J]. 王成成,李梦倩,雷文,包玉衡,王翠娜. 塑料科技. 2016(06)
[8]基于注射3D打印成型的铜浆料烧结工艺研究[J]. 侯同伟,刘斌,郝亮,熊玮,李晶. 铸造技术. 2016(04)
[9]钛合金增材制造技术研究现状及展望[J]. 邓贤辉,杨治军. 材料开发与应用. 2014(05)
[10]选择性激光烧结后处理工艺技术研究现状[J]. 王伟,王璞璇,郭艳玲. 森林工程. 2014(02)
博士论文
[1]可摘除局部义齿支架激光快速成型技术与设备研究[D]. 陈光霞.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]基于熔体微分原理的金属粉末3D打印成型技术研究[D]. Yessimkhan Shalkar.北京化工大学 2018
[2]陶瓷材料3D打印关键技术研究[D]. 程佳剑.北方工业大学 2018
[3]气动式金属3D打印系统的搭建及实验研究[D]. 廖道坤.武汉大学 2018
[4]3D打印技术在航空制造中的应用研究[D]. 沈响.长安大学 2017
[5]氧化亚铜纳米材料的制备及其用于电化学还原二氧化碳的研究[D]. 尹继颖.北京化工大学 2016
[6]铜浆料挤出3D打印技术的成型和烧结工艺研究[D]. 侯同伟.中北大学 2016
[7]Cu基复合材料粉末注射成形工艺与材料性能研究[D]. 李伟.昆明理工大学 2008
本文编号：3637983
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3637983.html
