[發明專利]均勻金屬微滴選域擇向沉積3D打印方法

有效

• 申請號: 201610961470.3
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN106735222B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 羅俊;王文強;齊樂華;張代聰;伊浩;楊方
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種均勻金屬微滴選域擇向沉積3D打印方法，用于解決現有均勻金屬微滴沉積3D打印方法打印精度差的技術問題。技術方案是首先以較大間距打印較低溫度的金屬微滴，使其打印軌跡由一離散的凸點序列組成，然后根據打印件形狀要求，在離散凸點間擇向沉積高溫液滴，利用高溫微滴在已錨定凸點間的表面張力毛細擴展機理，實現凸點間隙的完全填充，并保證熱應力、熱變形及局部沉積缺陷不累積，從而滿足高金屬件形狀尺寸精度以及打印過程的穩定性的要求。

技術領域

本發明涉及一種均勻金屬微滴沉積3D打印方法，特別涉及一種均勻金屬微滴選域擇向沉積3D打印方法。

背景技術

均勻金屬微滴按需打印技術在電子線路快速制備、復雜制件增材制造等領域有著廣泛的應用前景。該技術基于離散、堆積的成形原理，以金屬微滴為基本沉積單元，通過微滴逐滴堆積形成均勻金屬導線、感應線圈或實體零件。與其它金屬增材制造方法相比，均勻金屬微滴按需打印技術具有設備及成形成本低、原材料來源廣泛、能耗需求低、成形效率高等優點，有望在微電子線路及器件打印、復雜金屬件增材制造、快速3D釬焊等方面取得廣泛的應用。

文獻“Fang,M.,.Rapid Prototyping By Deposition of Molten MetalDroplets.University of Toronto,2003.42”，“Qi,Lehua.,et al.,novel selectionmethod of scanning step for fabricating metal components based on micro-droplet deposition manufacture.International Journal of Machine Tools andManufacture,2012.56:50-58”介紹了目前均勻金屬微滴打印的一般策略：在打印一顆金屬微滴后，基板向打印方向偏移一個距離，然后噴射下一顆金屬微滴，使之堆積到前一顆已凝固液滴的一側，并與之形成冶金結合，按此依次逐顆堆積成線，面和體。

現有均勻金屬微滴噴射成形過程中微滴連續打印方法存在以下問題：高溫金屬微滴連續沉積過程易形成熱應力、熱變形以及定位誤差的積累，從而導致打印件變形。同時，高溫金屬微滴沉積過程中的微小缺陷(如噴嘴雜質引起的微滴誤定位、彈跳等缺陷)會影響后續打印的液滴沉積，進而影響打印過程的穩定性。

發明內容

為了克服現有均勻金屬微滴沉積3D打印方法打印精度差的不足，本發明提供一種均勻金屬微滴選域擇向沉積3D打印方法。該方法首先以較大間距打印較低溫度的金屬微滴，使其打印軌跡由一離散的凸點序列組成，然后根據打印件形狀要求，在離散凸點間擇向沉積高溫液滴，利用高溫微滴在已錨定凸點間的表面張力毛細擴展機理，實現凸點間隙的完全填充，并保證熱應力、熱變形及局部沉積缺陷不累積，從而滿足高金屬件形狀尺寸精度以及打印過程的穩定性的要求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種均勻金屬微滴選域擇向沉積3D打印方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、接通基板加熱裝置5和微滴噴射加熱裝置2，將基板6和均勻微滴噴射裝置1加熱至預定溫度；

步驟二、調整均勻微滴噴射裝置1的溫度與基板6的溫度，利用均勻微滴噴射裝置1打印出均勻金屬微滴3，按照預定打印軌跡，在基板6上打印出離散的點陣金屬凸點4；

步驟三、調整基板6與均勻微滴噴射裝置1之間的相對位置，將打印位置定位于離散的金屬凸點4之間空缺的中間處；

步驟四、開始同步均勻微滴噴射裝置1與脈沖激光器7，激光光束9通過透鏡8聚焦后，作用于沉積的均勻金屬微滴3表面，使其加熱成為第一層填充高溫微滴11；

步驟五、按照預定打印軌跡，高溫金屬微滴打印于已凝固金屬凸點4之間，利用毛細力的作用實現完全鋪展，以填充金屬凸點4之間的空缺，形成形貌均勻致密的打印件局部；