[發(fā)明專利]一種電磁波式微鑄液鍛一體化3D金屬打印機(jī)

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• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108421966A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董瑞;曾廣興
• 申請（專利權(quán)）人: 董瑞
• 主分類號: B22D18/02
• 分類號: B22D18/02;B22C9/02;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

電磁波式微鑄液鍛一體化3D金屬打印機(jī)由傳統(tǒng)3D砂模打印機(jī)(1)、電磁波快速熔化金屬加注裝置(4)、微鑄液鍛加壓裝置(5)和一體化電子控制器(3)組成，目標(biāo)件砂模(2)由傳統(tǒng)3D砂模打印機(jī)(1)打印出來。部件3含主控制器(MCU)、脈沖發(fā)生器(PG)、固態(tài)繼電器(SR)、溫控器(CNTL)和轉(zhuǎn)換器(TR)；部件4由噴嘴(NZ)、坩堝(CR)、電磁波感應(yīng)器(EM)、液態(tài)金屬或液態(tài)金屬基復(fù)合材料(LQ)、溫度傳感器(TS)、球閥(BV)、排氣孔(EX)、電磁閥1(E1)組成；部件5由壓縮氣體(A)、電磁閥2(E2)組成。該發(fā)明可實(shí)現(xiàn)制件組織致密均一、晶粒細(xì)化、力學(xué)性能優(yōu)良、金屬抗疲勞程度高，解決了常規(guī)金屬3D打印成本高、工時長、打印不出經(jīng)久耐用材質(zhì)的難題。

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D金屬打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電磁波式微鑄液鍛一體化3D金屬打印機(jī)。

背景技術(shù)

由于金屬被用于很多零件和構(gòu)件的制造，具有復(fù)雜形狀的金屬零件被廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、汽車、機(jī)器、電子以及醫(yī)療等領(lǐng)域，3D打印可制造傳統(tǒng)工藝所不能加工的復(fù)雜零件，使用3D金屬打印技術(shù)可以極大地減少對備用零件的需求，節(jié)約了存儲與相關(guān)設(shè)施的投入成本。大型金屬構(gòu)件包括飛機(jī)機(jī)身、飛機(jī)引擎、航空設(shè)備、鐵路車廂、鐵軌、船體、遠(yuǎn)洋船桅桿、卡車、轎車、核反應(yīng)堆控制棒、油井套管、電液渦輪機(jī)等等。小型金屬構(gòu)件包括汽車引擎、齒輪、自行車部件、鐘表、炊具、包裝構(gòu)件、電子設(shè)備的金屬外殼等等。

利用3D打印工藝成形金屬構(gòu)件是增材制造的重要發(fā)展方向，目前已有多種打印工藝可實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件的間接成形(Indirect Metal Forming，IMF)或直接成形(Direct MetalForming，DMF)。金屬間接打印成形是首先打印成形構(gòu)件的生坯件(Green Part)，然后將生坯件燒結(jié)成金屬構(gòu)件；金屬直接打印成形是指打印得到的即為金屬構(gòu)件(Deych andAbenaim，US20150115494；Bai et al.，US20150069649；Uetani and Stuber，US20150125334)。

在金屬構(gòu)件間接成形工藝中，需要使用有機(jī)粘合劑，而粘合劑的燒蝕會產(chǎn)生殘留物。例如，糖的燒蝕會產(chǎn)生焦化物，一般是某種炭粒，這種殘留物顯然會對成型的產(chǎn)品形成污染。

在金屬構(gòu)件直接成形工藝中，熔化金屬的熱源可以是激光束、電子束、等離子弧或電加熱器等。熱源與金屬材料相互作用的位置，可以是在基板上預(yù)先鋪設(shè)的金屬粉層上、激光束或電子束在基板上產(chǎn)生的熔池中，或者基板之外的加熱容器中(王運(yùn)贛等的《3D打印技術(shù)》，華中科技大學(xué)出版社；王運(yùn)贛等的《三維打印自由成型》，機(jī)械工業(yè)出版社)。

在金屬直接打印成形工藝中，激光束熔焊燒結(jié)由于使用激光，價格昂貴；電子束燒結(jié)工藝也非常昂貴(需要很高的真空環(huán)境)，而且非常耗電，成型物體的尺寸也會受到型腔空間的限制；等離子弧工藝則提供相對高的沉積速度，但成型精度低、分辨率低，因?yàn)楹茈y控制金屬焊絲使其進(jìn)給到所造物體的小液體池中。熔融金屬液滴噴射沉積工藝也存在所打印物體上出現(xiàn)孔隙以及波紋式表面的問題。

但是，以上的常規(guī)金屬3D打印技術(shù)中，存在著如下致命缺陷：沒有經(jīng)過鍛造，金屬抗疲勞性嚴(yán)重不足；制件存在氣孔、疏松和未熔合等缺陷，細(xì)晶化、均勻度、致密度、強(qiáng)韌度等性能不高；采用激光、或電子束、或等離子弧作為熱源，成本高昂；打印成本高、工時長、打印不出經(jīng)久耐用的材質(zhì)。

因此，亟需一種新的3D金屬打印方法，它可實(shí)現(xiàn)金屬細(xì)晶化、高致密度、高均勻度、高強(qiáng)韌度的金屬成型制造，且能全面提高制件的疲勞壽命，可降低設(shè)備投資和原材料成本，可大幅縮短制造流程與周期，可解決常規(guī)金屬3D打印成本高、工時長、打印不出經(jīng)久耐用材質(zhì)的難題。

發(fā)明內(nèi)容