[發明專利]一種用于制備金屬玻璃零件的超聲3D打印系統及打印方法

在審

• 申請號: 201710636121.9
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107350472A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 苑澤偉;胡錦濤;鄭鵬;秦悅
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明提供了一種用于制備金屬玻璃零件的超聲3D打印系統，其特征在于：高頻感應熔融3D打印裝置和超聲滾壓裝置與移動裝置連接，高頻感應熔融3D打印裝置、超聲滾壓裝置和打印平臺連接至計算機控制系統，密封外殼的外殼進氣管、高頻感應熔融3D打印裝置和超聲滾壓裝置連接多功能氣路系統，密封外殼還設有外殼排氣管，多功能氣路系統設有惰性潤滑氣體輸送管，高頻感應熔融3D打印裝置、超聲滾壓裝置、密封外殼、電源皆連接循環水冷系統連接循環水冷系統，密封外殼將3D打印裝置、超聲滾壓裝置、移動裝置和打印平臺密封在內部。解決了現有3D打印設備所使用的原材料昂貴、打印速度慢等問題和打印產品性能較差的問題。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，涉及一種金屬玻璃零件的制備技術，具體涉及一種用于制備金屬玻璃零件的超聲3D打印系統及打印方法。

背景技術

3D打印技術出現在20世紀90年代中期，屬于快速成形技術的一種，它不同于傳統機械制造的減材成形技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

近年來快速成形技術迅猛發展，以打印方式分類可分為FDM（Fused DepositionModeling）熔融層積成型技術、SLA（Stereolithography）立體平版印刷技術、SLS（Selective Laser Sintering）選區激光燒結技術、DLP（Digital Light Procession）激光成型技術、UV（Ultra Violet）紫外線成型技術。其中FDM熔融層積成型技術其成型材質多并應用廣泛。

雖然3D打印擁有眾多優點，但它依然存在著不足之處：首先，3D打印成本高、工時長。用于增材制造的材料研發難度大、使用量不大，導致3D打印制造成本較高，而且制造效率低；其次，打印材料受到限制。目前，打印的金屬材料大多要求為粒度均勻的粉體，而金屬粉末在生產制造過程中難以保證其顆粒的均勻性，導致其價格高昂；最后，所打印產品的精度和質量存在問題。由于3D打印技術固有的成型原理發展還不完善，其打印成型零件的精度（包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度）、物理性能（如強度、剛度、耐疲勞性等）及化學性能等大多不能滿足工程實際的使用要求，不能作為功能性零件，只能作原型件使用，從而其應用大打折扣。

超聲波滾壓加工是電子技術與機械技術結合的加工技術，屬于無切削加工光整范疇，是電子技術與傳統滾壓工藝技術的結合。它是在常規滾壓裝置的基礎上附加了一個振動源, 使被滾壓零件表層材料在受到靜壓力作用的同時, 還受到沖擊源引起的動壓力作用。振動滾壓使材料的表面變形更容易、滾壓硬化層更深、殘余壓應力更大, 并能獲得更好的表面質量。通過加工工作頭沿工件表面法線方向施加一定幅度的超聲頻機械振動，在一定進給條件下，工作頭將靜壓力和超聲沖擊振動傳遞到旋轉的機械零部件表面，產生沖擠作用，使金屬材料產生大幅度彈塑性變形。與此同時，在超聲波沖擊和靜壓力滾壓聯合作用下，金屬工件表面所產生劇烈而均勻的塑性變形導致工件一定深度表層的原始狀態晶粒被嚴重地打碎細化。往復加工可以使零件表面均勻受力，能夠同時增大變形量及變形深度，達到進一步細化和均化晶粒的目的，從而獲得納米結構層。由于工件表面被均勻壓縮，伴隨著產生了殘余壓縮應力，這對提高機械零部件的抗疲勞和磨損性能非常有利。超聲滾壓的影響層深更甚于傳統滾壓，且材料力學性能的改善是遞進的，不會產生表層的起皮剝落現象，可以重復加工；對一些剛性較差的細長軸、薄壁件和較軟的材料也可以采用這種方法實現鏡面加工和加工強化。

金屬玻璃又稱非晶態合金，它既有金屬和玻璃的優點，又克服了它們各自的弊病。制造金屬玻璃的關鍵是保持極高的冷卻速度，要在千分之一秒的時間內，把熔化的金屬材料冷卻為固體，這樣的冷卻速度等于在一秒鐘內把溫度突然降低100萬攝氏度。由于冷卻速度太快了，熔化的合金液體來不及調整為晶體結構，突然被凝固成毫無秩序的固態。幾乎所有的金屬都可以通過快速凝固的方式成為金屬玻璃。