[發(fā)明專利]液粉同軸噴射增材制造

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410194780.8
• 申請日: 2014-05-10
• 公開（公告）號: CN105082545B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉繼常
• 申請（專利權(quán)）人: 蕪湖市智行天下工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;B33Y10/00
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138
• 代理人: 楊濤

一種增材制造方法，可以成形二元復(fù)合材料的3D實(shí)體構(gòu)件。根據(jù)物體CAD模型，在計(jì)算機(jī)控制下，同時分別采用送粉器實(shí)時定量輸送粉末到噴嘴、采用壓射器實(shí)時定量壓射液體（凝膠）經(jīng)過與噴嘴同軸的壓射頭到達(dá)噴嘴底部，同軸的液體（凝膠）和粉末在噴嘴底部匯集混合后噴射到工件（基底）表面并固化在工件（基底）表面上，固化的混合物逐層堆積結(jié)合成一個3D實(shí)體構(gòu)件。本發(fā)明實(shí)施后，可以成形各個部位成分與性能、孔隙尺寸與分布按需要變化的二元復(fù)合材料的3D實(shí)體構(gòu)件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種成形制造方法，具體地說，是涉及一種新的增材制造方法。

背景技術(shù)

增材制造（3D打印）依據(jù)物體3D模型，在計(jì)算機(jī)控制下用塑料或金屬等材料先在一個平面上成形物體的一層，然后在其上繼續(xù)成形后續(xù)各層，這些層一層一層地結(jié)合起來，通過各層“圖形”的累積，最后就形成了一個三維實(shí)體。

增材制造并非是新鮮的技術(shù)，在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)。最初工業(yè)設(shè)計(jì)常將此技術(shù)用于建造模型，現(xiàn)在正向產(chǎn)品制造的方向發(fā)展，形成“直接數(shù)字化制造”。在一些高價值應(yīng)用中(比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件)也已經(jīng)有增材制造的零部件出現(xiàn)，可以預(yù)見，未來增材制造能改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方面的諸多事項(xiàng)。

在全球增材制造機(jī)行業(yè)中，美國占據(jù)了四分之三的份額。2012年3月，美國總統(tǒng)奧巴馬提議，投資15億美元建立由15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所組成的全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，以帶動制造業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展，該計(jì)劃的第一步于2012年8月已開始實(shí)施，在俄亥俄州的楊斯敦建立研發(fā)3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g(shù)的創(chuàng)新研究所。歐洲增材制造技術(shù)緊隨其后。德國SLM公司、雷尼紹公司等研制的SLM 金屬增材制造機(jī)在全球處于領(lǐng)先地位。日本正在加速發(fā)展增材制造技術(shù)，全球申報(bào)增材制造專利數(shù)量最多的10家企業(yè)有7家是日本企業(yè)。中國在上世紀(jì)90年代初開始增材制造技術(shù)研發(fā)，并有增材制造機(jī)進(jìn)入市場，目前已經(jīng)有多家高校和企業(yè)研發(fā)增材制造技術(shù)。

目前，增材制造（3D打?。┕に嚦尚翁荻裙δ苤萍哪芰€不很強(qiáng)，很少能夠在制件的任意不同空間部位獲得不同的材質(zhì)和性能。除此之外，目前的增材制造工藝在成形像骨骼一樣中空且?guī)в谐叽?、?shù)量變化的孔隙的結(jié)構(gòu)實(shí)體方面還具有一定難度。所以，這些問題是增材制造工藝進(jìn)一步推廣應(yīng)用的障礙。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出液粉同軸噴射增材制造新方法。

本發(fā)明根據(jù)物體CAD模型，在計(jì)算機(jī)控制下，借鑒同軸送粉和液體（熔體）壓射原理，同時分別采用送粉器實(shí)時定量輸送粉末到噴嘴、采用壓射器實(shí)時定量壓射液體（凝膠）經(jīng)過與噴嘴同軸的壓射頭到達(dá)噴嘴底部，同軸的液體（凝膠）和粉末在噴嘴底部匯集混合后噴射到工件（基底）表面并固化在工件（基底）表面上，固化的混合物逐層堆積結(jié)合成一個實(shí)體構(gòu)件。注射管位于同軸噴嘴中心，同軸的粉末流在噴嘴中呈錐殼形向前流動，匯聚時與從注射管中噴射出來的液體混合，調(diào)整粉末流錐角、出口尺寸、注射管口徑以及注射管口與粉末流出口相對位置，可以調(diào)節(jié)液粉混合流橫截面的大小和液粉混合狀況。在液粉同軸噴射增材制造過程中，實(shí)時調(diào)節(jié)粉末與液體（凝膠）的輸送速度與比例，可改變實(shí)體各個部位的孔隙尺寸與數(shù)量，也可相應(yīng)改變實(shí)體各個部位的材質(zhì)與性能。液體（凝膠）與粉末的混合物的固化方式取決于液體（凝膠）的性質(zhì)，主要有兩種，一種方式是使加熱熔融的液體（凝膠）冷卻而使混合物固化，另外一種方式是加熱混合物使其中的液體（凝膠）的溶劑揮發(fā)而使混合物固化。

附圖說明

圖1液粉同軸噴射增材制造系統(tǒng)。圖1中1為可調(diào)速送粉器，2為液粉同軸噴射工作頭，3為液體（凝膠）供送器，4為送粉管，5為液體（凝膠）供送管，6為粉末流，7為液體（凝膠）流，8為工件，9為基板，10為工作臺，11為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

圖2為液粉同軸噴射工作頭。圖2中12為液體（凝膠）壓射驅(qū)動機(jī)構(gòu)，13為液體（凝膠）進(jìn)料口，14為壓射體，15為進(jìn)粉口，16為壓射頭，17為噴嘴；圖2中6為粉末流，7為液體（凝膠）流，8為工件，與圖1中的6、7、8相同。