一種難熔金屬零件的3d打印方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】難熔金屬零件的3D打印方法及系統(tǒng)。方法包括：S1：建立零件三維模型，生成多層切片文件并輸入計算機中；S2：啟動化學(xué)氣相反應(yīng)裝置，將包含難熔金屬元素的先驅(qū)體在載氣的作用下，通過噴嘴送到高溫平面基臺，先驅(qū)體在高溫平面基臺的作用下發(fā)生分解，使難熔金屬在高溫平面基臺上沉積；S3：計算機根據(jù)多層切片文件控制高溫平面基臺移動，實現(xiàn)難熔金屬的離散堆積，形成難熔金屬零件。系統(tǒng)包括化學(xué)氣相反應(yīng)裝置、高溫平面基臺、載氣輸入裝置、噴嘴和根據(jù)難熔金屬零件的多層切片文件控制高溫平面基臺移動的計算機，化學(xué)氣相反應(yīng)裝置與載氣輸入裝置連通后與噴嘴連接，噴嘴朝向高溫平面基臺設(shè)置。該方法及系統(tǒng)能耗低、適合制造各種復(fù)雜形狀的難熔金屬零件。
【專利說明】一種難熔金屬零件的30打印方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及30打印技術(shù)，尤其涉及一種難熔金屬零件的30打印方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]30打印是快速成形技術(shù)的一種，它是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)、通過逐層堆積材料的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。30打印常見材料包括高分子材料、金屬和陶瓷等。其中，高分子材料由于熔點低或者可光固化，是最容易實現(xiàn)30打印的材料。對于金屬而言，逐層堆積的實現(xiàn)要求使金屬粉能被熔化或發(fā)生燒結(jié)，通常熔點較低的金屬較容易進行30打印，例如鋁合金。鈦合金、不銹鋼等，熔點超過15001的金屬則需要采用很高功率密度的激光束或電子束才能實現(xiàn)30打印。而具有高熔點(? 18001)的難熔金屬，例如鋯、鑰、鎢、錸等，則難以實現(xiàn)30打印。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能耗低、適合制造各種復(fù)雜形狀的難熔金屬零件的30打印方法及系統(tǒng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種難熔金屬零件的30打印方法，包括以下步驟:
51:建立零件三維模型，通過切片處理軟件將所述零件三維模型生成多層切片文件，并將所述多層切片文件輸入計算機中；
32:啟動化學(xué)氣相反應(yīng)裝置，將包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體在載氣的作用下，通過噴嘴送到高溫平面基臺，氣態(tài)先驅(qū)體在高溫平面基臺的作用下發(fā)生分解，使難熔金屬在高溫平面基臺上沉積；
83:所述計算機根據(jù)多層切片文件控制高溫平面基臺移動，實現(xiàn)難熔金屬的離散堆積，最終形成所需難熔金屬零件。
[0005]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
在進行步驟32時，先將難熔金屬粉末加熱至可與氯氣反應(yīng)生成氯化物的溫度，再通入氯氣反應(yīng)生成氯化物，并使氯化物升華形成所述包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體。
[0006]在進行步驟32時，將含有難熔金屬的有機物加熱至升華溫度，形成所述包含難熔金屬兀素的氣態(tài)先驅(qū)體。
[0007]所述載氣為惰性氣體。
[0008]所述高溫平面基臺的溫度為使氣態(tài)先驅(qū)體發(fā)生分解的溫度。
[0009]所述氣態(tài)先驅(qū)體的通入流量為101111/111111?2001111/111111，所述載氣的通入流量為氣態(tài)先驅(qū)體流量的2 10倍。
[0010]一種用于實現(xiàn)上述方法的難熔金屬零件的30打印系統(tǒng)，包括化學(xué)氣相反應(yīng)裝置、高溫平面基臺、載氣輸入裝置、噴嘴和根據(jù)所述難熔金屬零件的多層切片文件控制高溫平面基臺移動的計算機，所述化學(xué)氣相反應(yīng)裝置輸出端與載氣輸入裝置輸出端連通后與噴嘴連接，所述噴嘴朝向高溫平面基臺固定設(shè)置。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
所述化學(xué)氣相反應(yīng)裝置包括先驅(qū)體原料輸入裝置和升華裝置，所述先驅(qū)體原料輸入裝置與升華裝置連通，所述升華裝置輸出端與載氣輸入裝置輸出端連通后與噴嘴連接。
[0012]所述3D打印系統(tǒng)還包括封閉的成型腔和廢氣處理裝置，所述高溫平面基臺、噴嘴和升華裝置均設(shè)于成型腔內(nèi)，所述廢氣處理裝置與成型腔連通。
[0013]所述3D打印系統(tǒng)還包括加熱控制裝置，所述加熱控制裝置與高溫平面基臺和升華裝置連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明的難熔金屬零件的3D打印方法，可在遠(yuǎn)低于難熔金屬熔點的較低溫度下實現(xiàn)難熔金屬的堆積成形，且無需大功率激光器或電子束發(fā)生器，能耗低；可直接制成所需難熔金屬零件，近凈成形，無需中間環(huán)節(jié)，且適合制造各種復(fù)雜形狀的零件，尤其是在制造內(nèi)部有復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)(如空腔)、用傳統(tǒng)方法如化學(xué)氣相沉積法或電沉積法無法制造的復(fù)雜難熔金屬零件時，更能突顯其優(yōu)勢；實驗證明，制得的難熔金屬零件致密度可達(dá)理論密度的99.5%以上。本發(fā)明的難熔金屬零件的3D打印系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，能夠順暢執(zhí)行本發(fā)明的難熔金屬零件的3D打印方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明難熔金屬零件的3D打印方法的流程圖。
[0016]圖2是本發(fā)明難熔金屬零件的3D打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中各標(biāo)號表不:
1、計算機；2、化學(xué)氣相反應(yīng)裝置；21、先驅(qū)體原料輸入裝置；22、升華裝置；3、高溫平面基臺；4、載氣輸入裝置；5、噴嘴；6、成型腔；7、廢氣處理裝置；8、加熱控制裝置。

【具體實施方式】
[0018]圖1示出了本發(fā)明的一種難熔金屬零件的3D打印方法流程，該方法包括以下步驟:
S1:建立零件三維模型，通過切片處理軟件將零件三維模型生成多層切片文件，并將多層切片文件輸入計算機I中；
52:啟動化學(xué)氣相反應(yīng)裝置2，將包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體在載氣的作用下，通過噴嘴5送到高溫平面基臺3，氣態(tài)先驅(qū)體在高溫平面基臺3的作用下發(fā)生分解，使難熔金屬在高溫平面基臺3上沉積；
53:計算機I根據(jù)多層切片文件控制高溫平面基臺3移動，實現(xiàn)難熔金屬的離散堆積，最終形成所需難熔金屬零件。
[0019]進一步地，在進行步驟S2時，先將難熔金屬粉末加熱至可與氯氣反應(yīng)生成氯化物的溫度，再通入氯氣反應(yīng)生成氯化物，并使氯化物升華形成包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體；也可在進行步驟S2時，將含有難熔金屬的有機物加熱至升華溫度，形成包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體。
[0020]進一步地，載氣為惰性氣體，高溫平面基臺3的溫度為使氣態(tài)先驅(qū)體發(fā)生分解的溫度，氣態(tài)先驅(qū)體的通入流量為101111/111111?2001111加111，載氣的通入流量為氣態(tài)先驅(qū)體流量的2?10倍。
[0021]本發(fā)明的難熔金屬零件的30打印方法，可在遠(yuǎn)低于難熔金屬熔點的較低溫度下實現(xiàn)難熔金屬的堆積成形，且無需大功率激光器或電子束發(fā)生器，能耗低；可直接制成所需難熔金屬零件，近凈成形，無需中間環(huán)節(jié)，且適合制造各種復(fù)雜形狀的零件，尤其是在制造內(nèi)部有復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)(如空腔?、用傳統(tǒng)方法如化學(xué)氣相沉積法或電沉積法無法制造的復(fù)雜難熔金屬零件時，更能突顯其優(yōu)勢；實驗證明，制得的難熔金屬零件致密度可達(dá)理論密度的99.5%以上。
[0022]圖2示出了本發(fā)明的一種難熔金屬零件的30打印系統(tǒng)實施例，該30打印系統(tǒng)包括化學(xué)氣相反應(yīng)裝置2、高溫平面基臺3、載氣輸入裝置4、噴嘴5和根據(jù)難熔金屬零件的多層切片文件控制高溫平面基臺3移動的計算機1，化學(xué)氣相反應(yīng)裝置2輸出端與載氣輸入裝置4輸出端連通后與噴嘴5連接，噴嘴5朝向高溫平面基臺3固定設(shè)置，其結(jié)構(gòu)簡單，能夠順暢執(zhí)行本發(fā)明的難熔金屬零件的30打印方法。
[0023]本實施例中，化學(xué)氣相反應(yīng)裝置2包括先驅(qū)體原料輸入裝置21和升華裝置22，先驅(qū)體原料輸入裝置21與升華裝置22連通，升華裝置22輸出端與載氣輸入裝置4輸出端連通后與噴嘴5連接，30打印系統(tǒng)還包括封閉的成型腔6和廢氣處理裝置7，高溫平面基臺3、噴嘴5和升華裝置22均設(shè)于成型腔6內(nèi)，廢氣處理裝置7與成型腔6連通，30打印系統(tǒng)還包括加熱控制裝置8，加熱控制裝置8與高溫平面基臺3和升華裝置22連接。
[0024]以下是用本發(fā)明的難熔金屬零件的30打印方法及裝置制造錸零件的實施例:
51:用三維造型軟件建立所需零件的三維模型，再通過切片處理軟件將所需零件的三維模型生成多層切片文件，并將多層切片文件輸入計算機1中；
82:啟動化學(xué)氣相反應(yīng)裝置2，在升華裝置22加入錸粉，通過加熱控制裝置8將錸粉加熱至7501，通過先驅(qū)體原料輸入裝置21向升華裝置22通入氯氣，氯氣通入流量為15001/111111,氯氣與錸粉反應(yīng)生成五氯化錸，并使五氯化錸升華形成氣態(tài)先驅(qū)體，升華的五氯化錸氣態(tài)先驅(qū)體通入流量為601111/111111，載氣輸入裝置4通入氬氣作為載氣，氬氣通入流量為500“加丨!!，升華的五氯化錸氣態(tài)先驅(qū)體與氬氣混合后經(jīng)噴嘴5送到高溫平面基臺3，同時通過加熱控制裝置8將高溫平面基臺3的溫度加熱到13001，五氯化錸氣態(tài)先驅(qū)體在高溫平面基臺3的作用下發(fā)生分解，使錸開始在高溫平面基臺3上沉積，同時通入成型腔6的氣體和五氯化錸分解出的氣體不斷被廢氣處理裝置7收集處理；
83:計算機1根據(jù)多層切片文件控制高溫平面基臺3移動，實現(xiàn)錸的離散堆積，最終形成所需錸零件。
[0025]以下是用本發(fā)明的難熔金屬零件的30打印方法及裝置制造銥零件的實施例:
51:用三維造型軟件建立所需零件的三維模型，再通過切片處理軟件將所需零件的三維模型生成多層切片文件，并將多層切片文件輸入計算機1中；
82:啟動化學(xué)氣相反應(yīng)裝置2，在升華裝置22加入乙酰丙酮銥，通過加熱控制裝置8將乙酰丙酮銥加熱至2101升華，形成氣態(tài)先驅(qū)體，升華的乙酰丙酮銥氣態(tài)先驅(qū)體通入流量為101111/111111，載氣輸入裝置4通入氣作為載氣,氣通入流量為501111/111111，升華的乙酰丙酮銥與氬氣混合后經(jīng)噴嘴5送到高溫平面基臺3，同時通過加熱控制裝置8將高溫平面基臺3的溫度加熱到7001，乙酰丙酮銥在高溫平面基臺3的作用下發(fā)生分解，使銥開始在高溫平面基臺3上沉積，同時通入成型腔6的氣體和乙酰丙酮銥分解出的雜質(zhì)反應(yīng)，并不斷被廢氣處理裝置7收集處理；
S3:計算機I根據(jù)多層切片文件控制高溫平面基臺3移動，實現(xiàn)銥的離散堆積，最終形成所需銥零件。
[0026]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種難熔金屬零件的3D打印方法，其特征在于:包括以下步驟: S1:建立零件三維模型，通過切片處理軟件將所述零件三維模型生成多層切片文件，并將所述多層切片文件輸入計算機(I)中； S2:啟動化學(xué)氣相反應(yīng)裝置(2)，將包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體在載氣的作用下，通過噴嘴(5)送到高溫平面基臺(3)，氣態(tài)先驅(qū)體在高溫平面基臺(3)的作用下發(fā)生分解，使難熔金屬在高溫平面基臺(3)上沉積； S3:所述計算機(I)根據(jù)多層切片文件控制高溫平面基臺(3)移動，實現(xiàn)難熔金屬的離散堆積，最終形成所需難熔金屬零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的難熔金屬零件的3D打印方法，其特征在于:在進行步驟S2時，先將難熔金屬粉末加熱至可與氯氣反應(yīng)生成氯化物的溫度，再通入氯氣反應(yīng)生成氯化物，并使氯化物升華形成所述包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的難熔金屬零件的3D打印方法，其特征在于:在進行步驟S2時，將含有難熔金屬的有機物加熱至升華溫度，形成所述包含難熔金屬元素的氣態(tài)先驅(qū)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的難熔金屬零件的3D打印方法，其特征在于:所述載氣為惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的難熔金屬零件的3D打印方法，其特征在于:所述高溫平面基臺(3)的溫度為使氣態(tài)先驅(qū)體發(fā)生分解的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的難熔金屬零件的3D打印方法，其特征在于:所述氣態(tài)先驅(qū)體的通入流量為10ml/min?200ml/min,所述載氣的通入流量為氣態(tài)先驅(qū)體流量的2?10倍。
7.一種用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項所述方法的難熔金屬零件的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:包括化學(xué)氣相反應(yīng)裝置(2)、高溫平面基臺(3)、載氣輸入裝置(4)、噴嘴(5)和根據(jù)所述難熔金屬零件的多層切片文件控制高溫平面基臺(3)移動的計算機(1)，所述化學(xué)氣相反應(yīng)裝置(2)輸出端與載氣輸入裝置(4)輸出端連通后與噴嘴(5)連接，所述噴嘴(5)朝向高溫平面基臺(3)固定設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的難熔金屬零件的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述化學(xué)氣相反應(yīng)裝置(2 )包括先驅(qū)體原料輸入裝置(21)和升華裝置(22 )，所述先驅(qū)體原料輸入裝置(21)與升華裝置(22)連通，所述升華裝置(22)輸出端與載氣輸入裝置(4)輸出端連通后與噴嘴(5)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的難熔金屬零件的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述3D打印系統(tǒng)還包括封閉的成型腔(6)和廢氣處理裝置(7)，所述高溫平面基臺(3)、噴嘴(5)和升華裝置(22 )均設(shè)于成型腔(6 )內(nèi)，所述廢氣處理裝置(7 )與成型腔(6 )連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的難熔金屬零件的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述3D打印系統(tǒng)還包括加熱控制裝置(8)，所述加熱控制裝置(8)與高溫平面基臺(3)和升華裝置(22)連接。
【文檔編號】C23C16/08GK104328388SQ201410607317
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】葉益聰, 張虹, 白書欣, 朱利安 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)