一種三維多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三維多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置，包括真空室以及置于真空室內(nèi)的工作臺，在工作臺上方設(shè)置有布粉機構(gòu)和電子束燒結(jié)裝置，在真空室內(nèi)還設(shè)置有吹掃機構(gòu)和粉末回收機構(gòu)，吹掃機構(gòu)和粉末回收機構(gòu)分別位于工作臺的兩側(cè)，電子束燒結(jié)裝置包括電子束發(fā)射器以及偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈使所述電子束發(fā)射器發(fā)出的電子束射到工作臺上需要燒結(jié)的位置，在作臺的下方設(shè)置有使所述工作臺振動的超聲波發(fā)生裝置。本實用新型所提供的技術(shù)在電子束選區(qū)燒結(jié)粉末金屬制造多孔金屬材料的工作間隙，通過超聲波的作用將未燒結(jié)布粉的金屬粉末從已成型的多孔結(jié)構(gòu)中分離出來，清除孔隙內(nèi)殘留的金屬粉末，提高了多孔金屬材料的成型精度。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種多孔金屬材料的快速成型裝置，屬于多孔金屬材料加工領(lǐng) 域。 一種三維多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 多孔金屬材料是指在金屬制品內(nèi)部隨機分布很多形狀各異孔洞的金屬材料。材料 的孔洞之間可以是相互聯(lián)通（開孔）或者是相互獨立（閉孔）兩種結(jié)構(gòu)。因為多孔金屬材料 中含有大量的空隙，所以密度比相同金屬材料要小很多，加上其特有的比強度好，吸振、吸 音性能好等一系列優(yōu)點，使得多孔金屬材料具有功能材料和結(jié)構(gòu)材料雙重特性。近些年來， 多孔材料被應(yīng)用于氣體分離、流體過濾、機械的消音吸震、電化學(xué)電極以及換熱裝備等諸多 方面，具有廣闊的市場前景。
[0003] 在多孔金屬的制造工藝方面，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過多年的研究發(fā)展，提出了多種不同 的制備工藝。比較傳統(tǒng)方法的有液態(tài)成型工藝，這種方法是讓液態(tài)金屬在凝固過程中形成 多孔金屬結(jié)構(gòu)，包括直接發(fā)泡法、共晶凝固法、滲流鑄造法等等。直接發(fā)泡法是在液態(tài)金屬 溶液中吹入氣體或者投入發(fā)泡劑來制造孔隙。烏克蘭冶金學(xué)家Shapovalov提出利用一些 金屬和氫氣的共晶系統(tǒng)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變來形成氣固兩相的多孔金屬材料。滲流鑄造法是將液 態(tài)金屬注入無機或有機顆粒形成的空隙中形成金屬和非金屬材料的復(fù)合體，再通過合適溶 液或者熱處理的方法把原來的有機或者無機顆粒去除從而得到多孔金屬材料。沉積制造法 是把氣態(tài)或者離子態(tài)等形態(tài)的金屬通過濺射、電化學(xué)、濺射等技術(shù)手段沉降到聚合物泡沫 表面，在通過化學(xué)或者熱處理手段去除聚合物得到泡沫金屬的一直手段。這種方法操作條 件要求高，投資大、生產(chǎn)成本高。
[0004] 除了通過液態(tài)金屬制備和沉積制造法來制造多孔金屬材料，人們還發(fā)展了以固態(tài) 粉末金屬為原料的多孔材料制備工藝。其中典型的是把金屬和粘結(jié)劑的混合物在常壓或者 施加一定壓力條件下通過反應(yīng)燒結(jié)得到多孔狀的金屬材料。
[0005] 隨著3D打印技術(shù)、激光快速成型技術(shù)等精密制造技術(shù)的快速發(fā)展，多孔材料制備 工藝也有了新一輪的革新。通過先進的三維成型技術(shù)可以對平鋪在工作平臺上的金屬粉末 在二維平面上有選擇性的進行黏結(jié)或燒結(jié)，從而形成一個二維的多孔金屬網(wǎng)膜。然后工作 平臺下移一層在多孔網(wǎng)膜上重新平鋪金屬粉末在按預(yù)定設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行黏結(jié)或者燒結(jié)。如 此循環(huán)層層疊加形成所需要的三維多孔結(jié)構(gòu)。然而，在燒結(jié)或者黏結(jié)工藝完成后，原先平鋪 的金屬分層未燒結(jié)的部分會殘留在已成型的多孔金屬結(jié)構(gòu)的孔隙內(nèi)，這可能會堵塞多孔材 料的孔隙，影響材料的成型精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本實用新型提出一種孔隙內(nèi)無殘留金屬粉末的三維多孔金屬材料 的燒結(jié)成型裝置。
[0007] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種三維多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置，包括真空室以及置于真空室內(nèi)的工作臺， 在所述工作臺上方設(shè)置有布粉機構(gòu)和電子束燒結(jié)裝置，在所述真空室內(nèi)還設(shè)置有吹掃機構(gòu) 和粉末回收機構(gòu)，所述吹掃機構(gòu)和粉末回收機構(gòu)分別位于工作臺的兩側(cè)，所述的布粉機構(gòu) 包括移動驅(qū)動機構(gòu)以及與移動驅(qū)動機構(gòu)連接的布粉頭，所述的電子束燒結(jié)裝置包括電子束 發(fā)射器以及偏轉(zhuǎn)線圈，所述的偏轉(zhuǎn)線圈使所述電子束發(fā)射器發(fā)出的電子束射到工作臺上需 要燒結(jié)的位置，在所述工作臺的下方設(shè)置有使所述工作臺振動的超聲波發(fā)生裝置。
[0009] -種三維多孔金屬材料燒結(jié)成型方法，步驟如下：
[0010] (1)將經(jīng)過篩選的金屬粉末和添加劑投放入布粉機構(gòu)中；
[0011] (2)調(diào)節(jié)真空室內(nèi)的壓力達到預(yù)定的真空度1?10Pa，控制布粉機構(gòu)在同一個高 度條件下在二維方向移動，將金屬粉末和添加劑形成的混合粉末均勻地涂抹到工作臺表 面；
[0012] (3)啟動電子束發(fā)射器的控制電源，控制電子束偏轉(zhuǎn)射到工作臺上需要燒結(jié)的金 屬粉末層預(yù)定區(qū)域進行燒結(jié)成形；
[0013] ( 4 )燒結(jié)成形后，關(guān)閉電子束發(fā)射器的控制電源，啟動超聲波發(fā)生裝置使得未燒結(jié) 區(qū)域的金屬粉末從工作臺上彈出，同時，啟動吹掃機構(gòu)向工作臺方向吹入惰性氣體，將金屬 粉末吹入粉末回收機構(gòu)中；
[0014] (5)在完成一層多孔結(jié)構(gòu)的成形后，控制工作臺下降一層或控制所述布粉機構(gòu)上 升一層，并重復(fù)上述步驟一到步驟四在上一層多孔金屬材料平面上燒結(jié)新一層金屬粉末。
[0015] 本實用新型的技術(shù)利用超聲波的的作用，使得未燒結(jié)的金屬粉末與已經(jīng)成型的多 孔金屬結(jié)構(gòu)在燒結(jié)過程中及時分離，提高了多孔金屬材料的成型精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是有超聲波輔助作用的三維多孔金屬材料電子束燒結(jié)成型裝置示意圖。
[0017] 其中：1、電子束發(fā)射器，2、偏轉(zhuǎn)線圈，3、布粉機構(gòu)，4、粉末回收機構(gòu)，5、超聲波發(fā)生 裝置，6、吹掃機構(gòu)，7、工作臺，8、控制系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0018] 為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本 實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明，使本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將 更加清晰。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。
[0019] 如圖1所示，本實用新型的三維多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置，包括真空室以及置 于真空室內(nèi)的工作臺7,在工作臺7上方設(shè)置有布粉機構(gòu)3和電子束燒結(jié)裝置，在真空室內(nèi) 工作臺7的兩側(cè)分別設(shè)置有吹掃機構(gòu)6和粉末回收機構(gòu)4,布粉機構(gòu)3包括移動驅(qū)動機構(gòu)以 及與移動驅(qū)動機構(gòu)連接的布粉頭，電子束燒結(jié)裝置包括電子束發(fā)射器1以及偏轉(zhuǎn)線圈2,偏 轉(zhuǎn)線圈使電子束發(fā)射器發(fā)出的電子束射到工作臺上需要燒結(jié)的位置，在工作臺的下方設(shè)置 有使工作臺振動的超聲波發(fā)生裝置5。
[0020] 本實用新型三維多孔金屬材料的成型方法，步驟如下：
[0021] (1)將經(jīng)過篩選的金屬粉末(可以是鋼、鎳、鈷基或者其他適用于燒結(jié)工藝的金屬 粉末）和添加劑投放入如圖1所示裝置的布粉機構(gòu)3中。
[0022] (2)調(diào)節(jié)裝置真空室內(nèi)的壓力達到預(yù)定的真空度為1?10Pa，在控制系統(tǒng)8的控 制下布粉機構(gòu)3在同一高度條件下在二維方向移動，將混合粉末均勻地涂抹到工作臺7表 面。
[0023] (3)啟動電子束發(fā)射器的控制電源1，同時偏轉(zhuǎn)線圈2在控制系統(tǒng)8的控制下連續(xù) 的調(diào)節(jié)電流大小，從而控制電子束偏轉(zhuǎn)射到工作臺7上需要燒結(jié)的金屬粉末位置進行燒結(jié) 成型。
[0024] (4)在對工作臺7上過的平鋪的金屬粉末進行燒結(jié)成型完成后關(guān)閉電子束發(fā)射 器的控制電源1。啟動工作臺7下的超聲波發(fā)生裝置5,在20 kHz頻率，聲能密度范圍在 0. 1~1. 0 W/ml的超聲波作用下，使得未燒結(jié)區(qū)域的金屬粉末從工作臺7上彈出，從而實現(xiàn) 與已燒結(jié)完畢的多孔金屬網(wǎng)的分離。同時，啟動吹掃機構(gòu)6向工作臺7方向吹入惰性氣體， 將金屬粉末吹入粉末回收機構(gòu)4中。
[0025] (5 )在完成一層多孔結(jié)構(gòu)的成形后，通過控制系統(tǒng)8將工作臺7下降一層或控制所 述布粉機構(gòu)3上升一層，重新調(diào)節(jié)真空室內(nèi)的真空度至1?10Pa。利用布粉機構(gòu)3在上一 層多孔金屬材料平面上重新鋪一層粉末金屬與添加劑的混合粉末，開始新一層的多孔結(jié)構(gòu) 的燒結(jié)成型工作。
[0026] 在本實用新型的多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置中，粉末回收機構(gòu)4中回收的粉末可 以拿來繼續(xù)使用，這大大提高了金屬粉末的使用率。
[0027] 在以上的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是以上描 述僅是本實用新型的一個較佳實施例而已，本實用新型能夠以很多不同于此描述的其它方 式或其它裝置來實施，因此本實用新型不受上面公開的具體實施例的限制。同時任何熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技 術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(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。凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(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，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種三維多孔金屬材料燒結(jié)成型裝置，包括真空室以及置于真空室內(nèi)的工作臺，其 特征在于：在所述工作臺上方設(shè)置有布粉機構(gòu)和電子束燒結(jié)裝置，在所述真空室內(nèi)還設(shè)置 有吹掃機構(gòu)和粉末回收機構(gòu)，所述吹掃機構(gòu)和粉末回收機構(gòu)分別位于工作臺的兩側(cè)，所述 的布粉機構(gòu)包括移動驅(qū)動機構(gòu)以及與移動驅(qū)動機構(gòu)連接的布粉頭，所述的電子束燒結(jié)裝置 包括電子束發(fā)射器以及偏轉(zhuǎn)線圈，所述的偏轉(zhuǎn)線圈使所述電子束發(fā)射器發(fā)出的電子束射到 工作臺上需要燒結(jié)的位置，在所述工作臺的下方設(shè)置有使所述工作臺振動的超聲波發(fā)生裝 置。
【文檔編號】B22F3/11GK203887230SQ201420145426
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】馬強, 陳振乾, 周長軍 申請人:興化市興東鑄鋼有限公司