[發明專利]一種制備水冷銅坩堝的3D打印裝置及方法

有效

• 申請號: 202010764193.3
• 申請日: 2020-08-02
• 公開（公告）號: CN111872389B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 曹峻銘
• 申請（專利權）人: 曹峻銘
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B22F5/10;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y80/00
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11793
• 代理人: 彭成

1.一種制備水冷銅坩堝的3D打印裝置，包括能量束發生器（15）、掃描系統（16）、成型系統（17）、供粉系統（18）、吹掃回收系統和控制系統（19）；其中，所述掃描系統（16）用以帶動所述能量束發生器（15）在至少兩個自由度上移動；所述供粉系統（18）用于向所述成型系統（17）定量添加銅粉；所述成型系統（17）與供粉系統（18）并列設置用于容納逐層成型的水冷銅坩堝；其特征在于：還包括冷卻加壓系統，所述冷卻加壓系統包括依次連接的惰性氣氣源、氣源出氣管道（29）、冷卻器（30）、充氣泵（31）、冷卻加壓蓋、螺旋管（35）、抽氣泵（37），抽氣泵（37）與惰性氣氣源連接，所述冷卻加壓蓋位于成型系統（17）頂端，所述螺旋管（35）位于所述成型系統（17）外側；

所述冷卻加壓蓋包括密封環（41）和透明玻璃板（42），所述透明玻璃板（42）位于所述冷卻加壓蓋密封環（41）頂部且與冷卻加壓蓋密封環（41）固定連接，所述密封環（41）與成型系統（17）密封配合，所述密封環（41）和透明玻璃板（42）內部形成惰性氣倉（43），所述密封環（41）內部設置有進氣通道（32）和出氣通道（33），所述出氣通道（33）與螺旋管進氣口（34）連接；

所述成型系統（17）包括成型缸體、成型活塞（21）、工作臺（22）；所述工作臺（22）位于成型活塞（21）頂部，用于承載已成型工件（25）；

所述供粉系統（18）包括供粉缸體、供粉活塞（23）、鋪粉裝置，用于在所述工作臺（22）鋪設粉末；所述供粉活塞（23）用于承載銅粉（20）；

所述密封環（41）和充氣泵（31）之間設置電氣控制閥一，所述螺旋管（35）和抽氣泵（37）之間設置電氣控制閥二；

所述制備水冷銅坩堝的3D打印裝置的3D打印方法，包括以下步驟：

步驟一、將水冷銅坩堝的3D設計圖輸入控制系統（19），利用升降機構將所述冷卻加壓蓋提升脫離成型系統（17）恢復為初始狀態，將成型活塞（21）下降一個單位距離，將銅粉（20）裝入供粉系統（18）的供粉活塞（23）上；

步驟二、將供粉活塞（23）上升一個單位距離，利用供粉系統（18）中的鋪粉裝置將銅粉（20）輸送到工作臺（22）表面，形成一層厚度均勻的粉層；

步驟三、利用升降機構將所述冷卻加壓蓋下降至所述成型系統（17）且施加密封壓力，關閉冷卻器（30），開啟電氣控制閥一和電氣控制閥二，啟動充氣泵（31）將惰性氣輸送至冷卻加壓蓋內的惰性氣倉（43），關閉電氣控制閥一和電氣控制閥二；

步驟四、開啟能量束發生器（15）通過所述掃描系統（16）照射到工作臺（22）表面的所述粉層上，控制系統（19）根據水冷銅坩堝的3D設計圖控制掃描系統（16）使能量束（24）按照水冷銅坩堝的層剖面的結構掃描，使掃描位置的銅粉燒結，形成水冷銅坩堝的第一層結構；

步驟五、開啟電氣控制閥二，啟動抽氣泵（37）將惰性氣倉（43）內惰性氣抽離，關閉電氣控制閥二和抽氣泵（37），利用升降機構將所述冷卻加壓蓋恢復至初始狀態，將成型活塞（21）下降一個單位距離；

步驟六、重復所述步驟二至步驟五直到水冷銅坩堝完全成型；開啟電氣控制閥一和電氣控制閥二，開啟冷卻器（30）和充氣泵（31），利用冷卻的惰性氣在惰性氣倉（43）和螺旋管（35）中的循環將成型的水冷銅坩堝冷卻；

步驟七、利用所述吹掃回收系統將存在于能量束（24）未掃描到位置的多余的銅粉吹掃到回收箱里；

步驟八、將所述冷卻加壓蓋下降至所述成型系統（17）且施加密封壓力，關閉電氣控制閥二和冷卻器（30），充氣泵（31）向惰性氣倉（43）施加氣壓，關閉電氣控制閥一和充氣泵（31），利用氣壓對坩堝進行等靜壓處理，提高材料的致密性；

步驟九、開啟電氣控制閥二，利用抽氣泵（37）將惰性氣倉（43）中的惰性氣抽離，將所述冷卻加壓蓋恢復至初始狀態，取出成型的水冷銅坩堝。

2.根據權利要求1所述的一種制備水冷銅坩堝的3D打印裝置，其特征在于：所述鋪粉裝置包括供粉滾軸（231）。

3.根據權利要求1所述的一種制備水冷銅坩堝的3D打印裝置，其特征在于：所述能量束發生器（15）產生的能量束為激光束、電子束或等離子束。

4.根據權利要求1所述的一種制備水冷銅坩堝的3D打印裝置，其特征在于：惰性氣為氬氣或氮氣。

5.根據權利要求1所述的一種制備水冷銅坩堝的3D打印裝置，其特征在于：所述步驟四中的能量束（24）掃描過程為兩遍以上。