[發明專利]一種多孔金屬結構件熱熔滴打印沉積制造方法及裝置

在審

• 申請號: 201611172202.X
• 申請日: 2016-12-17
• 公開（公告）號: CN106735224A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 晁艷普;張元敏;李耀輝;曹福來
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B33Y30/00
• 代理公司: 深圳茂達智聯知識產權代理事務所(普通合伙)44394
• 代理人: 胡慧

1.一種多孔金屬結構件熱熔滴打印沉積制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：依據多孔金屬結構件的孔隙尺寸和力學性能要求，選擇對應的微型噴嘴直徑和金屬打印材料，采用超聲波清洗機對微型噴嘴進行清洗，采用物理刮切與化學溶解相結合的方法，對選擇的金屬合金打印坯體原材料，進行表面氧化皮及雜質的去除，干燥后將其放入熔煉坩堝中；

步驟2：打開惰性氣體壓力儲蓄瓶和真空過濾泵，對手套箱進行低氧環境處理，使得手套箱內的壓強與外界大氣壓保持基本一致，經過3～ 5h 的除氧處理后，確保手套箱內的氧含量低于1PPM；

步驟3：啟動計算機控制系統和多軸運動控制器，打開觸屏人機界面，對X軸電機、Y軸運動平臺電機、Z軸電機、U軸電機和V軸旋轉平臺電機進行伺服上電調試，確保X軸運直線滑臺、Y軸直線滑臺、Z軸直線滑臺、U軸旋轉平臺和V軸旋轉平臺回到初始零點位置，在觸屏人機界面上點擊噴嘴高度測量指令，進行噴嘴高度測量；

步驟4：啟動溫度加熱控制器，并根據步驟一中選取的材料，設定環形加熱爐的加熱溫度，使得環形加熱爐逐步將坩堝加熱到金屬材料液相線以上150～200℃，并通過熱電偶進行溫度反饋，確保將坩堝中的金屬原材料熔化成金屬熔液；設定平板加熱爐的加熱溫度，確保保溫沉積板的溫度保持在金屬材料液相線以下200～300℃；

步驟5：打開觸屏人機界面中的數據處理控制軟件，將目標打印成型的多孔結構零件模型導入，依據孔隙尺寸、熔滴凝固鋪展特性、熔滴尺寸和沉積層厚，選擇合適的分層切片厚度、填充間距、收縮率和支撐形式，然后對多孔零件模型進行二維切片圖形數據處理，得出每一層的金屬微熔滴打印沉積路徑數據，并轉換成NC控制程序；

步驟6：啟動壓電信號發生器，將產生的高頻壓電信號輸入到高溫壓電激振器中，激振器依據壓電信號的幅值和頻率進行振動，在坩堝的金屬熔液中產生高強振動波，使迫金屬熔液按照一定的頻率從噴嘴中產生金屬微熔滴，并通過調整參數保證每次噴射出的金屬微熔滴尺寸穩定、均勻、可控；

步驟7：啟動NC打印控制程序，使噴射的金屬微滴打印在保溫沉積板上面，通過多軸運動控制器協調控制五個軸的運動軌跡，使金屬微滴按照每一層的輪廓信息逐點、逐線打印成形，完成一個層面的打印；

步驟8：打開CCD攝像頭和頻閃光源，對打印層面進行圖像采集，圖像采集卡將采集到的信息傳輸到計算機控制系統，計算機控制系統將采集到的層面圖像與所存儲的標準層面圖像進行對比分析，滿足誤差要求后，計算機讀入下一個層面的數據信息，開始下一層的打印沉積;

步驟9：打印完成后，將多孔制件從手套箱內取出，并整體進行回火處理，以消除微滴快速凝固時產生的熱應力，去除毛刺和支撐得到滿足使用要求的多孔結構件。

2.一種多孔金屬結構件熱熔滴打印沉積制造裝置，其特征在于，包括：壓力儲氣瓶、手套箱、滑板托架、直線滑臺、CCD攝像頭、立柱、旋轉平臺、真空過濾泵、計算機控制系統、多軸運動控制器、壓電信號發生器、溫度加熱控制器、高溫壓電激振器、熔煉坩堝和保溫沉積板；

所述壓力儲存瓶內部存儲氬氣，氣體輸送管道與手套箱相連，真空過濾泵位于手套箱的底部，啟動真空過濾泵，并將氬氣通過氣體輸送管道流入手套箱內，確保手套箱內低氧環境；

所述立柱位于隔震底板上面，Y軸直線滑臺通過螺栓連接安裝在立柱上面，滑板托架通過連接板安裝在Y軸直線滑臺上面，控制Y軸電機轉動時，可實現滑板托架在Y方向的往返直線運動；

Z軸直線滑臺安裝在滑板托架的側邊，L型連接板安裝在Z軸直線滑臺的上面，環形加熱爐通過卡套安裝在L型連接板的水平端面上，控制Z軸電機轉動時，可實現L型連接板在Z方向的上下直線運動；

U型支架體位于加熱爐的正下方，U軸旋轉平臺安裝在U型支架體的內部，X軸直線平臺通過連接板安裝在U軸旋轉平臺的上面，控制U軸電機轉動時，可實現X軸直線平臺的整體擺動；

V軸旋轉平臺安裝在X軸直線平臺上面，控制X軸電機的旋轉，可實現V軸旋轉平臺整體在X方向上的往返直線運動；控制V軸旋轉平臺電機的轉動，可實現保溫沉積板環繞平臺中心的整體旋轉運動；

所述熔煉坩堝位于環形加熱爐的內側，高溫壓電激振器和熱電偶放置于金屬熔液內部，當壓電信號發生器將壓電信號通過數據信號傳輸集成模塊傳輸到高溫壓電激振器時，高溫壓電激振器依據壓電信號的幅值和頻率進行振動，在坩堝的金屬熔液中產生高強振動波，使迫金屬熔液按照一定的頻率從噴嘴中產生金屬微熔滴；

所述計算機控制系統通過總線與多軸運動控制器、壓電信號發生器、溫度加熱控制器和圖像采集卡相連，實現對各個模塊的總體控制；所述數據信號傳輸集成模塊安裝在手套箱的頂部，用來實現電機反饋控制信號與多軸運動控制器、溫度反饋控制信號與溫度加熱控制器、CCD圖像數據與圖像采集卡、壓電信號與高溫壓電激振器之間的數據信號傳輸；

所述環形加熱爐放置于熔煉坩堝外側，平板加熱爐放置于保溫沉積板內部，熱電偶分別放置于熔煉坩堝和保溫沉積板內部，熱電偶將采集到的溫度信號傳送到溫度加熱控制器，實現對坩堝和保溫沉積板內部溫度的反饋控制；

所述CCD攝像頭通過螺紋連接安裝在L型連接板的下端面；CCD攝像頭通過圖像采集卡與計算機控制系統相連，計算機控制系統將采集到的層面圖像顯示到觸屏人機界面上，并與所存儲的標準層面圖形進行對比分析，實現打印層面孔隙輪廓效果的測量與反饋；當打印開始后多軸運動控制器按照層面數據信息控制X、Y、Z軸的直線運動和U、V軸的旋轉運動，壓電信號發生器控制金屬微滴的噴射，協調兩者可實現金屬熔滴的逐點、逐線、逐層打印，完成多孔金屬零件的堆積成形。