[發(fā)明專利]基于連續(xù)纖維牽引的低熔點(diǎn)金屬熔融沉積3D打印方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610606286.7
• 申請(qǐng)日: 2016-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN106041087B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李滌塵;楊春成;田小永;曹毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/115
• 分類號(hào): B22F3/115;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于連續(xù)纖維牽引的低熔點(diǎn)金屬熔融沉積3D打印方法。

背景技術(shù)

低熔點(diǎn)金屬3D打印方法一般是指，采用熔融狀態(tài)下的液態(tài)低熔點(diǎn)金屬墨水為3D打印材料，通過特制的3D打印噴頭，在三維運(yùn)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的精確控制下，擠出噴射在底板或前一層金屬材料上，在空氣或者液態(tài)冷卻劑的作用下冷卻凝固沉積，從而層層累積成型進(jìn)行金屬零件的3D打印(一種低熔點(diǎn)金屬3D打印裝置，中國(guó)專利CN203992400U[P].2014.)。該3D打印方法是一種低成本、高效的能夠直接制造金屬零件、電子線路或金屬功能零件的增材制造方法，對(duì)于傳統(tǒng)電氣元件、金屬結(jié)構(gòu)/功能零件的制造有著極大的意義，已經(jīng)逐漸成為研究的熱點(diǎn)和未來3D打印的發(fā)展方向之一(王磊,劉靜.低熔點(diǎn)金屬3D打印技術(shù)研究與應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè),2015(1):27-31.)。

然而，目前的低熔點(diǎn)金屬3D打印方法存在著兩個(gè)極其關(guān)鍵的技術(shù)問題，大大地約束了其發(fā)展的空間：

一、在室溫下，大部分液體的表面張力在100達(dá)因/厘米以下，而液態(tài)金屬的表面張力可達(dá)幾百乃至上千達(dá)因/厘米，其較大的表面張力使金屬液體在噴頭擠出口處所形成的液滴體積將非常的大，這樣才可以使其重力能夠克服張力從而自由落體沉積于底面上，因此，3D打印的精度將會(huì)被這些較大的液滴所限制，難以形成精細(xì)的結(jié)構(gòu)體；

二、不同于用于熔融沉積3D打印的熱塑性塑料材料存在粘流態(tài)，低熔點(diǎn)金屬材料熔融狀態(tài)下為流動(dòng)性較好的液態(tài)，因此，液體金屬在沉積過程中更容易流動(dòng)擴(kuò)散，會(huì)使3D打印的可控性大大下降，同時(shí)，又由于較大的表面張力，液體金屬在沉積時(shí)更容易形成液體的團(tuán)聚現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于連續(xù)纖維牽引的低熔點(diǎn)金屬熔融沉積3D打印方法，提高了低熔點(diǎn)金屬3D打印的打印分辨率以及精度，提高了零件的力學(xué)性能和功能性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

基于連續(xù)纖維牽引的低熔點(diǎn)金屬熔融沉積3D打印方法，包括下列步驟：

1)送絲輪1將低熔點(diǎn)金屬絲2從金屬絲料盤3中牽引出，送入到連接在XY機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11上的3D打印頭4中，在3D打印頭4的熔融腔5中熔融成液態(tài)金屬6；同時(shí)，連續(xù)纖維絲7通過3D打印頭4的微孔通道8進(jìn)入到熔融腔5中；

2)熔融腔5中的連續(xù)纖維絲7與液態(tài)金屬6相浸潤(rùn)，一起從3D打印頭4的噴嘴9中擠出，在連續(xù)纖維絲7的牽引下，液態(tài)金屬6不形成大液滴即附著在連續(xù)纖維絲7上并連續(xù)流出；

3)流出的液態(tài)金屬6在連續(xù)纖維絲7的束縛下，以均勻纖細(xì)的狀態(tài)，在和Z機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)12連接的打印底板10上冷卻凝固沉積；

4)XY機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11與Z機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)12按照模型數(shù)據(jù)精確運(yùn)動(dòng)，控制3D打印頭4和打印底板10相配合，最終完成熔融沉積3D打印金屬零件13的打印。

所述的低熔點(diǎn)金屬絲2為Bi、Sn、Pb或In基合金。

所述的連續(xù)纖維絲7是碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維或有機(jī)合成纖維。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明創(chuàng)造性地采用連續(xù)纖維絲7來牽引和束縛液態(tài)金屬6，從而克服液態(tài)金屬6由于其大表面張力和高流動(dòng)性所帶來的大液滴和團(tuán)聚現(xiàn)象，大大地提高了低熔點(diǎn)金屬3D打印的打印分辨率以及精度，也避免了大量?jī)?nèi)部缺陷的產(chǎn)生，在一定程度上提高了零件的力學(xué)性能和功能性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的打印示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

1)參照?qǐng)D1，送絲輪1將低熔點(diǎn)金屬絲2從金屬絲料盤3中牽引出，送入到連接在XY機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11上的3D打印頭4中，在3D打印頭4的熔融腔5中熔融成液態(tài)金屬6，所述的低熔點(diǎn)金屬絲2為Bi、Sn、Pb或In基合金；同時(shí)，連續(xù)纖維絲7通過3D打印頭4的微孔通道8進(jìn)入到熔融腔5中，所述的連續(xù)纖維絲7是碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維或有機(jī)合成纖維；

2)熔融腔5中的連續(xù)纖維絲7與液態(tài)金屬6相浸潤(rùn)，一起從3D打印頭4的噴嘴9中擠出，在連續(xù)纖維絲7的牽引下，液態(tài)金屬6不形成大液滴即附著在連續(xù)纖維絲7上并連續(xù)流出；

3)流出的液態(tài)金屬6在連續(xù)纖維絲7的束縛下，以較為均勻纖細(xì)的狀態(tài)，在和Z機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)12連接的打印底板10上冷卻凝固沉積；

4)XY機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11與Z機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)12按照模型數(shù)據(jù)精確運(yùn)動(dòng)，控制3D打印頭4和打印底板10相配合，最終完成熔融沉積3D打印金屬零件13的打印。

本發(fā)明采用連續(xù)纖維絲7作為液態(tài)金屬6擠出沉積時(shí)的牽引線，使液態(tài)金屬6附著在連續(xù)纖維絲7上并跟隨連續(xù)纖維絲7連續(xù)擠出，避免了金屬大液滴的形成，大大提高打印分辨率；同時(shí)，在沉積凝固過程中，連續(xù)纖維絲7可以束縛液態(tài)金屬6的擴(kuò)散，從而提高零件的精度，避免出現(xiàn)過多的結(jié)構(gòu)缺陷。本發(fā)明大大地提高了低熔點(diǎn)金屬3D打印的打印分辨率以及精度，也避免了大量?jī)?nèi)部缺陷的產(chǎn)生，在一定程度上提高了零件的力學(xué)性能和功能性，從而促進(jìn)金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。