一種利用液態(tài)金屬直接進行3d打印制造的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料加工及制造技術領域，特別是指一種利用液態(tài)金屬直接進行3D打印制造的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]復雜構件近終型成型是提高生產效率，降低成本的重要途徑，尤其是對于產品加工難度大、設計生產周期要求緊迫的領域、如汽車、航空、模具、工程機械等領域，新的生產工藝正在不斷發(fā)展。隨著智能控制技術的不斷發(fā)展，其在制造領域的應用越來越普及，作用也越來越重要。智能制造使得產品加工制造過程更快捷、質量更穩(wěn)定以及升級換代更方便。3D打印制造技術是智能制造發(fā)展的代表性新技術之一，其主要方法是通過材料堆積的方式將產品的數(shù)字模型或部件直接加工成型，3D打印技術已在醫(yī)學、航空、建筑等領域取得了應用。但目前3D打印的原料中，金屬材料主要為粉末，并通過激光燒結技術將其成型，因此具有效率慢、致密性不足及力學性能低等缺點，對于大批量或大尺寸構件的應用需求難以滿足。隨著3D打印技術的不斷發(fā)展、相關冶金及控制技術的進步，利用液態(tài)金屬進行直接打印加工將成為金屬材料加工、生產的一種重要方法。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種利用液態(tài)金屬直接進行3D打印制造的方法和裝置。
[0004]該裝置包括恪融金屬供應系統(tǒng)和液態(tài)金屬打印運動及控制系統(tǒng)，恪融金屬供應系統(tǒng)包括高溫液態(tài)金屬容器、液態(tài)金屬導管、中間液態(tài)金屬包、加熱線圈、溫度測量熱電偶、液態(tài)金屬流量調節(jié)閥、液態(tài)金屬集流器、氣體冷卻器、液態(tài)金屬噴嘴和液態(tài)冷卻器，液態(tài)金屬打印運動及控制系統(tǒng)包括水平橫向移動平臺、水平縱向移動平臺和豎向移動裝置；液態(tài)金屬導管安裝于高溫液態(tài)金屬容器下方，中間液態(tài)金屬包通過液態(tài)金屬導管與高溫液態(tài)金屬容器相連，中間液態(tài)金屬包下方為液態(tài)金屬流量調節(jié)閥，液態(tài)金屬流量調節(jié)閥通過液態(tài)金屬導管與中間液態(tài)金屬包連接，液態(tài)金屬流量調節(jié)閥下方為液態(tài)金屬噴嘴，液態(tài)金屬噴嘴外側為液態(tài)金屬集流器，液態(tài)金屬噴嘴下方設置氣體冷卻器和液態(tài)冷卻器，液態(tài)金屬導管和中間液態(tài)金屬包外側設置加熱線圈，打印運動及控制系統(tǒng)位于熔融金屬供應系統(tǒng)下方。
[0005]其中，打印運動及控制系統(tǒng)最上層為水平橫向移動平臺或水平縱向移動平臺，中間層為水平縱向移動平臺或水平橫向移動平臺，下方為豎向移動裝置，能夠實現(xiàn)3向3自由度控制運動；液態(tài)金屬導管為陶瓷導管；液態(tài)金屬流量調節(jié)閥為電磁節(jié)流閥。
[0006]利用該裝置進行工作時，熔融金屬供應系統(tǒng)不動，將熔融金屬置于可進行溫度控制的高溫液態(tài)金屬容器中，液態(tài)金屬通過液態(tài)金屬導管由高溫液態(tài)金屬容器引出至中間液態(tài)金屬包，液態(tài)金屬導管及中間液態(tài)金屬包內的液態(tài)金屬溫度由加熱線圈(感應加熱或電阻加熱)和溫度測量熱電偶組成的溫度測量控制系統(tǒng)調節(jié)。經溫度調節(jié)后的液態(tài)金屬由液態(tài)金屬導管傳至液態(tài)金屬流量調節(jié)閥，液態(tài)金屬流量調節(jié)閥自動控制液態(tài)金屬流速，適當?shù)囊簯B(tài)金屬流至液態(tài)金屬噴嘴。
[0007]打印制造時，液態(tài)金屬噴嘴固定，打印構件置于液態(tài)金屬打印運動及控制系統(tǒng)的運動平臺上。運動平臺可進行電腦程序控制的x、Y、z三個自由度運動。構件逐層打印，每層打印寬度及高度由被打印構件的厚度及液態(tài)金屬噴嘴的選型控制。打印過程中液態(tài)金屬在液態(tài)金屬噴嘴前的形態(tài)由液態(tài)金屬噴嘴形狀及液態(tài)金屬集流器控制，液態(tài)金屬集流器可分為電磁液態(tài)金屬集流器與氣體金屬集流器控制，其作用是使液態(tài)金屬噴嘴流出的液態(tài)金屬聚集而不發(fā)生飛濺，電磁液態(tài)金屬集流器的工作原理是利用電磁場使具有磁性的液態(tài)金屬聚集成束，氣體金屬集流器是利用集流器中的惰性氣體在液態(tài)金屬打印噴嘴四周進行噴射加載使液態(tài)金屬聚集成束。液態(tài)金屬及成型后金屬采用氣體冷卻器中的氮氣及液態(tài)冷卻器中的水進行冷卻，避免金屬的氧化及反復過熱，以保證材質的性能。
[0008]熔融金屬供應系統(tǒng)還與一臺流態(tài)石膏打印頭相配合，且流態(tài)石膏打印頭與熔融金屬供應系統(tǒng)共用同一液態(tài)金屬打印運動及控制系統(tǒng)，對于金屬材料需要空間大角度(大于45度)橫向延展的打印，先進行石膏支撐體的打印，再在支撐體上進行液態(tài)金屬的打印。
[0009]本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下:
[0010]該裝置將液態(tài)金屬直接加工成符合結構尺寸及性能的金屬構件，能夠提高復雜金屬構件的加工效率，優(yōu)化產品設計，降低生產成本。由于不需要在真空箱環(huán)境下進行加工，因此被加工工件尺寸相對較大，可以達到數(shù)米范圍。與粉體燒結3D打印相比較，工藝成本較低，生產過程更安全環(huán)保。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的利用液態(tài)金屬直接進行3D打印制造的裝置結構示意圖。
[0012]其中:1_高溫液態(tài)金屬容器；2_液態(tài)金屬導管；3_中間液態(tài)金屬包；4_加熱線圈；5_溫度測量熱電偶；6_液態(tài)金屬流量調節(jié)閥；7_液態(tài)金屬集流器；8_氣體冷卻器；9-液態(tài)金屬噴嘴；10_液態(tài)冷卻器；11_水平橫向移動平臺；12_水平縱向移動平臺；13_豎向移動
目.ο
【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0014]本發(fā)明針對現(xiàn)有的3D打印裝置不能夠對液體進行有效打印的問題，提供一種利用液態(tài)金屬直接進行3D打印制造的方法和裝置。
[0015]如圖1所示，為該裝置的結構示意圖。液態(tài)金屬導管2安裝于高溫液態(tài)金屬容器1下方，中間液態(tài)金屬包3通過液態(tài)金屬導管2與高溫液態(tài)金屬容器1相連，中間液態(tài)金屬包3下方為液態(tài)金屬流量調節(jié)閥6，液態(tài)金屬流量調節(jié)閥6通過液態(tài)金屬導管2與中間液態(tài)金屬包3連接，液態(tài)金屬流量調節(jié)閥6下方為液態(tài)金屬噴嘴9，液態(tài)金屬噴嘴9外側為液態(tài)金屬集流器7，液態(tài)金屬噴嘴9下方設置氣體冷卻器8和液態(tài)冷卻器10，液態(tài)金屬導管2和中間液態(tài)金屬包3外側設置加熱線圈4，打印運動及控制系統(tǒng)位于熔融金屬供應系統(tǒng)下方。且打印運動及控制系統(tǒng)最上層為水平橫向移動平臺11或水平