多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法，屬于一種機械制造領域的增材制造技術，該金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法：建立零件的計算機三維實體模型，將建立的模型z向分層，得到當前層的掃描路徑；待沉積的多種金屬材料分別通過加熱裝置熔化成液態(tài)；根據當前層信息選擇噴頭沿當前層掃描路徑進行金屬材料液態(tài)噴射成形；一層噴射完畢后，移動一個層高。由于本發(fā)明采用多噴頭、多金屬噴射沉積快速成型方法，用該方法增材制造金屬零件可使加工的金屬零件具有良好的內部組織和工作性能，且生產周期短，效率高。
【專利說明】多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造領域，涉及多金屬噴射沉積成形，具體提供了一種多噴頭噴射沉積成形方法。
【背景技術】
[0002]金屬噴射成形技術是一種快速凝固成形材料制備技術，該方法是把液態(tài)金屬的霧化(快速凝固)以及霧化熔滴的沉積(熔滴動態(tài)致密固化)自然地結合起來，用最少的工序，直接從液態(tài)金屬制取高性能材料或近成形零件。金屬噴射沉積技術既克服了傳統(tǒng)鑄造過程中存在的砂眼、粘砂、氣孔、縮孔等缺點，又擯棄了粉末冶金工序繁多，氧化嚴重等不足。同時又兼有粉末冶金技術的優(yōu)點，是一種極具競爭力的快速凝固工藝。由于快速凝固的組織優(yōu)勢，各種噴射沉積材料的組織性能，如耐蝕、耐磨、磁性、強度、韌性等性能指標較常規(guī)鑄鍛工藝生產的材料有大幅度提高，可與粉末冶金材料的組織性能相當。
[0003]對于金屬噴射成形技術工業(yè)化生產而言，需要保證足夠的加工效率，滿足不同的金屬零件工藝性能，但是目前的金屬噴射成形技術，一般都是采用同種金屬或合金加工，相同的金屬噴射成形噴頭。而多金屬噴射沉積快速成形技術是在綜合利用噴射成形工藝在材料制備方面優(yōu)勢的基礎上，采用不同金屬性能的材料，通過合理的噴射成形工藝，直接噴射成形獲得高致密度的多金屬零件，實現(xiàn)多金屬零件的精密、快速制造，成形零件具有足夠的硬度和韌性。

【發(fā)明內容】

[0004]針對目前金屬噴射沉積成形方法只有單一合金材料與單一噴射噴頭進行金屬噴射沉積增材制造方法。本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種柔性化程度高，成形零件具有高硬度和高韌性的多噴頭、多金屬噴射沉積增材制造方法。
[0005]1、多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法包括如下步驟:
(1)建立零件的計算機三維實體模型，將建立的模型Z向分層，得到當前層的掃描路徑，并加入材料信息；
(2)待沉積的多種金屬材料分別通過加熱裝置熔化成液態(tài)；
(3)根據當前層信息選擇噴頭沿當前層掃描路徑進行金屬材料液態(tài)噴射成形；
(4)一層噴射完畢后，移動一個層高；
(5)重復步驟(3)?(4)，直至零件成形完成。
[0006]2、在上述噴射沉積增材制造方法中，分層包含零件結構尺寸信息和沉積材料信肩、O
[0007]3、在上述噴射沉積增材制造方法中，加熱裝置配有各種原輔材料加料系統(tǒng)。
[0008]4、在上述噴射沉積增材制造方法中，加熱裝置加熱熔化一種金屬材料或同時加熱熔化多種金屬材料。
[0009]5、在上述噴射沉積增材制造方法中，移動一個層高是工作臺下降一個層厚或噴嘴上升一個層厚。
[0010]6、在上述噴射沉積增材制造方法中，在同一層上是多個金屬沉積噴頭同時沉積，或是所述多個噴頭中的單個噴頭單獨沉積。
[0011]7、在上述噴射沉積增材制造方法中，在同一層上是不同材料同時沉積或是不同材料單獨沉積。
[0012]8、在上述噴射沉積增材制造方法中，沉積過程在真空環(huán)境下或在保護氣體環(huán)境下進行。
[0013]9、在上述噴射沉積增材制造方法中，金屬材料在加熱熔化過程是在大氣環(huán)境下或真空環(huán)境下或保護氣體環(huán)境下。
[0014]10、在上述噴射沉積增材制造方法中，在輪廓和內部填充可以分別采用不同的噴頭、不同的噴射速率和不同的掃描速度。
[0015]11、在上述噴射沉積增材制造方法中，在整體的工作臺，或在一個帶有多桿任意排布、受控升降組成型腔的柔性工作臺上沉積成形。
[0016]綜上所述:本發(fā)明的多金屬噴射沉積成形方法所產生的效果是使用的多金屬噴射成形是集成度很高的柔性制造過程，可緊密結合過程設計、產品成形，具有非常高的噴射沉積效率，能夠滿足快速制造與高性能要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0018]圖1為本發(fā)明的多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法的工藝流程圖。
[0019]圖2為采用為本發(fā)明方法制造的多金屬零件剖視圖。
[0020]圖3為采用為本發(fā)明方法制造的多金屬零件俯視圖。
【具體實施方式】
[0021]為了清楚地表達出本發(fā)明的多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法步驟特點，以下列舉一個由A、B、C三種金屬材料復合成形的多金屬零件的噴射沉積增材制造實施例。
[0022]利用計算機建立成形零件的三維CAD實體模型；
將該三維實體模型在Z向分層，即將三維實體模型分成可加工單層厚度的層狀模型，每個噴射層既包含選擇A、B、C中的一種或多種金屬材料，也包含所選用一種或多種金屬材料的分布區(qū)域等信息；
分析各個噴射層，根據噴射沉積工藝要求和各噴射層A、B、C三種金屬材料的分布區(qū)域等信息，計算機生成各噴射層的掃描路徑，控制工作臺的運動方向和速度，可使噴射沉積過程具有不同的掃描路徑和掃描速度，工作臺可以是能分別沿XYZ方向運動的整體工作臺，也可以是一個由多桿控制，具有多自由度的帶有一定型腔結構的工作臺，本實施例中選用可沿XYZ方向運動的整體工作臺；
對于A、B、C三種金屬材料分別采用1、2、3三個熔煉爐中，在真空狀態(tài)下，進行加熱熔
化；
利用計算機對成型零件幾何形狀和加工工藝的分析，選定多金屬零件底部長方體用A金屬液噴射，空心圓柱內部用B金屬液噴射，空心圓柱外部用C金屬液噴射； 整體工作臺在XY平面內按照設定的掃描路徑運動，選擇a噴頭和適合的噴射速率噴射A金屬液，一層噴射完畢之后，工作臺下降一個層厚，逐層噴射；
多金屬零件底部長方體噴射沉積完成后，工作臺下降一個層厚，此時待噴射層同時出現(xiàn)B、C兩種金屬材料，按照該噴射層掃描路徑和材料區(qū)域信息，交替選擇b噴頭和適合的噴射速率單獨噴射B金屬液、c噴頭和適合的噴射速率單獨噴射C金屬液、或者b噴頭和c噴頭同時工作噴射兩種金屬液，一層噴射完畢之后，工作臺下降一個層厚，逐層噴射；
當空心圓柱外部噴射成形完成后，工作臺下降一個層厚，此時待噴射層只有B金屬材料，選擇b噴頭和適合的噴射速率噴射B金屬液，一層噴射完畢之后，工作臺下降一個層厚，逐層噴射，最終完成整體硬度和韌性高，且局部性能好的多金屬零件的快速、精密制造。
【權利要求】
1.多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)建立零件的計算機三維實體模型，將建立的模型Z向分層，得到當前層的掃描路徑，并加入材料信息； (2)待沉積的多種金屬材料分別通過加熱裝置熔化成液態(tài)； (3)根據當前層信息選擇噴頭沿當前層掃描路徑進行金屬材料液態(tài)噴射成形； (4)一層噴射完畢后，移動一個層高； (5)重復步驟(3)?(4)，直至零件成形完成。
2.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，所述分層包含零件結構尺寸信息和沉積材料信息。
3.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，所述加熱裝置配有各種原輔材料加料系統(tǒng)。
4.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，所述加熱裝置加熱熔化一種金屬材料或同時加熱熔化多種金屬材料。
5.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，所述的移動一個層高是工作臺下降一個層厚或噴嘴上升一個層厚。
6.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，在同一層上是多個金屬沉積噴頭同時沉積，或是所述多個噴頭中的單個噴頭單獨沉積。
7.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，在同一層上是不同材料同時沉積或是不同材料單獨沉積。
8.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，所述沉積過程在真空環(huán)境下或在保護氣體環(huán)境下進行。
9.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，所述金屬材料在加熱熔化過程是在大氣環(huán)境下或真空環(huán)境下或保護氣體環(huán)境下。
10.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，在輪廓和內部填充分別采用不同的噴頭、不同的噴射速率和不同的掃描速度。
11.根據權利要求1所述的多金屬噴射沉積成形方法，其特征在于，在整體的工作臺，或在一個帶有多桿任意排布、受控升降組成型腔的柔性工作臺上沉積成形。
【文檔編號】B22F3/115GK103586466SQ201210573217
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權日:2012年12月26日
【發(fā)明者】單忠德, 劉豐, 盧澤宇, 李柳 申請人:機械科學研究總院先進制造技術研究中心