[發明專利]金屬玻璃復合材料超聲輔助3D冷打印裝置及方法

有效

• 申請號: 201710877665.4
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107470627B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 吳文征;蔣浩;李桂偉;蔣吉利;杜海東;劉巍;湯孟鑫;趙繼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B22F3/22
• 分類號: B22F3/22;B22F3/20;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種采用金屬玻璃復合材料超聲輔助3D冷打印裝置的打印方法，包括如下步驟：

(一)漿料配比

是由如下質量份的原料組成的：

金屬玻璃粉末，粒徑為30-50μm，120-150份，

微細陶瓷粉末，粒徑為5-10μm，30-40份，

去離子水35-45份，

單體甲基丙烯酰胺4-8份，

交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺1-4份，

分散劑多苯基聚氧乙烯醚0.5-1份，

引發劑過硫酸銨0.2-0.5份，

催化劑四甲基乙二胺0.3-0.5份；

(二)漿料配制

稱取單體甲基丙烯酰胺和交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于去離子水中，加入分散劑多苯基聚氧乙烯醚，待上原料完全溶解后，與金屬玻璃粉末和陶瓷顆粒一起放入球磨罐中進行高能球磨得到預制漿料，球磨時間30h-40h，再依次加入催化劑四甲基乙二胺和引發劑過硫酸銨得到均勻穩定的鐵粉漿料；

(三)零件模型數據制作

用三維建模軟件建立需要打印的零件模型，保存成STL格式，應用切片軟件進行切片，將切片完的數據導入到金屬玻璃復合材料超聲輔助3D冷打印裝置中；

(四)漿料裝筒

將配好的金屬玻璃粉末漿料注入料筒，安裝在在超聲波振動器上，通過高頻的超聲振動保證金屬粉末和陶瓷顆粒在漿料中保持均勻分布，同時利用超聲波產生的能量增強陶瓷顆粒的潤濕性，使陶瓷顆粒更容易進入到金屬漿料中，料筒的料筒蓋與氣缸連接，通過氣壓推動活塞，使金屬漿料由噴嘴擠出，噴嘴與螺桿擠出裝置的入料倉連接；

(五)零件胚體打印

計算機根據零件模型的零件模型的切片數據，控制三軸冷打印裝置的螺桿擠出裝置沿Z軸運動，在X-Y平面內打印對應的零件切片層，當每一層打印結束時，超聲振動基板工作，換能器電源接通，產生微幅的高頻振動，使剛打印結束的一層與下層的接觸更為充分，且能夠使金屬玻璃漿料分布更為均勻；

(六)胚體干燥

零件打印結束后，從基板上取下零件進行干燥，去除零件中的水分，第一階段在低溫高濕度的環境下干燥，溫度為30℃，濕度為60％的環境，干燥4小時，待零件收縮減慢進入第二階段，在高溫低濕的環境下干燥，零件形成骨架，溫度為60℃，濕度為30％的環境，干燥2小時；

(七)胚體脫脂

零件干燥結束之后，對零件進行脫脂，在去除噴射成形坯體中有機物的基礎上，還能保證零件脫脂坯具有一定的強度，脫脂流程為：1℃/min升溫至150℃保溫1h，1℃/min升溫至350℃保溫1h，1℃/min升溫至500℃保溫1h，坯體內有機物脫除后，顆粒間為機械嚙合連接，坯體可保形但容易松散，為使坯體具備一定的強度，需要對零件脫脂坯進行預燒結，預燒結過程中，坯體內部已形成連通孔隙，溫升速率可增加到5℃/min，5℃/min升溫至900℃保溫1h，鐵粉間形成明顯的燒結頸，最后選用爐冷的方式進行冷卻；

(八)胚體燒結

最后對脫脂后的零件胚體進行燒結，燒結過程是將脫脂后三維零件坯體加熱到金屬粉末熔點溫度，在該溫度下保溫一段時間，松散的金屬粉末通過原子的擴散發生粘結，減小顆粒間的距離，改善金屬樣件的致密化程度和力學性能，燒結過程需滿足金屬顆粒間的粘結，又避免燒結體內晶粒的長大，設定燒結溫度為1200℃，保溫時間為2h，最后取出零件進行冷卻，完成零件制造。

2.根據權利要求1所述的打印方法，其特征在于：所述金屬玻璃粉末采用鐵基非晶合金。

3.根據權利要求1所述的打印方法，其特征在于：所述金屬玻璃復合材料超聲輔助3D冷打印裝置由超聲振動料筒、三軸冷打印裝置、超聲振動基板、底座機箱組成，所述的超聲振動料筒固定在底座機箱上，三軸冷打印裝置固定在底座機箱上且位于超聲振動料筒下方，超聲振動基板固定在底座機箱上且位于三軸冷打印裝置下方。

4.根據權利要求3所述的打印方法，其特征在于：所述的超聲振動料筒由料筒、超聲波電源、料筒支架、超聲波振動器組成，所述的料筒固定超聲波振動器上，超聲波振動器固定在料筒支架上，超聲波電源固定在料筒支架上。

5.根據權利要求4所述的打印方法，其特征在于：所述的超聲波振動器由安裝架、換能器組成，換能器安裝在安裝架上，安裝架固定在料筒支架上。