[發(fā)明專(zhuān)利]一種非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610244315.X
• 申請(qǐng)日: 2016-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105728728B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳文征;杜海東;郭曉鈺;王博凡;耿鵬;李桂偉;趙繼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F3/115
• 分類(lèi)號(hào): B22F3/115;C22C45/00;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法，其特征在于包括下列步驟：

（1）坩堝外環(huán)形加熱爐將晶態(tài)合金加熱至熔融狀態(tài)，調(diào)控半導(dǎo)體制冷裝置，設(shè)定沉積基板的溫度；

（2）建立要打印的非晶合金零件的三維模型，切片分層處理形成STL格式文件，通過(guò)控制金屬熔滴噴射頻率和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)速度，按掃描路徑逐滴沉積成形；

（3）液氮噴管二和液氮噴管一位于中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，當(dāng)噴射路徑發(fā)生改變時(shí)，中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一定角度，保證金屬熔滴噴頭、液氮噴管二和液氮噴管一所在直線(xiàn)同運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向始終一致，金屬熔滴噴頭運(yùn)動(dòng)到指定位置后，惰性氣體壓力儲(chǔ)存瓶通過(guò)惰性氣體管將坩堝內(nèi)熔融金屬經(jīng)送料管壓至金屬熔滴噴頭處，熱電偶檢測(cè)熔融金屬溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，環(huán)形加熱器啟動(dòng)保證熔融金屬較好流動(dòng)性，氣壓控制器9啟動(dòng)，帶有壓力的惰性氣體推動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)金屬熔滴噴射；

（4）打印非晶合金零件上打印點(diǎn)時(shí)，圓形轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)金屬熔滴噴頭、液氮噴管一和液氮噴管二首先下降至距離此打印點(diǎn)0.1-0.5mm處，高壓氮?dú)馄客ㄟ^(guò)液氮管位液氮噴管一和液氮噴管二提供液氮，液氮噴管二在這一點(diǎn)先噴射液氮使沉積基板環(huán)境冷卻，該打印點(diǎn)移動(dòng)至金屬熔滴噴頭下方并噴射熔融金屬液滴，然后該打印點(diǎn)移動(dòng)至液氮噴管一下方并在這一點(diǎn)再?lài)娚湟旱钩练e金屬液滴快速冷卻變至非晶態(tài)；

（5）按掃描軌跡以同樣方式完成一層噴射打印后，噴頭上升一個(gè)打印層厚度，重復(fù)上述步驟（3）-（4），最終完成非晶合金零件的制備及成形過(guò)程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法，其特征在于：非晶合金包括La基、Zr基、Mg基、Al基、Ti基、Pd基、Fe基、Cu基、Ce基非晶合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法，其特征在于：沉積基板19的移動(dòng)速度10-100mm/s，所設(shè)定的沉積基板溫度為零攝氏度到零下30攝氏度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法，其特征在于：步驟（3）設(shè)定液氮噴管二和液氮噴管一軸心連線(xiàn)與X軸正方向夾角α，0°<α<180°，α=0°時(shí)為初始位置，金屬熔滴噴射路徑與X軸正方向夾角β，當(dāng)噴射路徑發(fā)生改變時(shí)，中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)22旋轉(zhuǎn)一定角度，使得α=β，保證金屬熔滴噴頭、液氮噴管二和液氮噴管一所在直線(xiàn)，同運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向始終一致。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法，其特征在于：步驟（3）中惰性氣體壓力儲(chǔ)存瓶的壓力為0.8MPa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法，其特征在于：步驟（3）中氣壓控制器的調(diào)壓范圍為0-0.8MPa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印方法其特征在于：步驟（4）中所述高壓氮?dú)鈨?chǔ)存瓶的壓力為0.3-0.8MPa。

8.一種非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印裝置，其特征在于：高壓液氮罐通過(guò)液氮管7分別與液氮噴頭一、液氮噴頭二相連，液氮管上設(shè)置有開(kāi)關(guān)一，惰性氣體壓力儲(chǔ)存瓶通過(guò)惰性氣體管一與坩堝相連，用于盛放熔融金屬的坩堝外設(shè)置有環(huán)形加熱爐，坩堝通過(guò)送料管與金屬熔滴噴頭連接，送料管上設(shè)置有開(kāi)關(guān)二，惰性氣體壓力儲(chǔ)存瓶通過(guò)惰性氣體管二經(jīng)過(guò)氣壓控制器與金屬熔滴噴頭相連，沉積基板固定在三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底座上，半導(dǎo)體制冷裝置安裝在沉積基板下方，圓形轉(zhuǎn)盤(pán)用螺栓固定在中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上方，金屬熔滴噴頭和液氮噴管一、液氮噴管二通過(guò)中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和圓形轉(zhuǎn)盤(pán)固定在三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸上，金屬熔滴噴頭設(shè)置有隔熱裝置，環(huán)形加熱器和熱電偶安裝在金屬熔滴噴頭的隔熱裝置內(nèi)側(cè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種非晶合金材料制備與成形一體化的3D打印裝置，其特征在于：所述半導(dǎo)體制冷裝置由上電極，散熱片、變阻器、風(fēng)扇、電源、半導(dǎo)體，下電極組成，上電極安裝在沉積基板下方，上電極下方依次設(shè)置半導(dǎo)體、下電極、散熱片和風(fēng)扇，電源的正負(fù)極與下電極左右兩側(cè)相連，形成回路，回路上設(shè)置有變阻器。