[發明專利]一種掩膜式金屬噴射沉積增材制造方法

在審

• 申請號: 202110089050.1
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN113145858A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 劉豐;王佳琳;王永威;戎文娟;馬伊諾
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: B22F10/22
• 分類號: B22F10/22;B33Y10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種掩膜式噴射成形增材制造方法，屬于金屬直接增材制造領域。該方法首先根據成形目標零部件模型的形狀尺寸，進行切層處理，并生成一組具有特定輪廓的屏蔽掩膜；其次數控加工制作出多個掩膜，并按照預定順序形成掩膜隊列；在噴射成形過程中，逐層依次將掩膜添加至成形位置，金屬熔液通過氣霧化噴嘴，形成金屬液噴霧，沉積到零件成形面掩膜限定的區域內；然后掩膜離位并順序添加下一層掩膜，繼續覆蓋沉積金屬材料，最終形成以多層掩膜型腔為外邊界的金屬零件。在金屬噴射沉積增材制造過程中，采用精度良好的多層掩膜，可以提高金屬噴射沉積零部件的成形精度。該方法適用于具有一定尺寸精度要求的金屬零部件的直接噴射沉積成形。

技術領域

本發明涉及一種金屬增材制造方法，屬于金屬增材制造技術領域。

背景技術

金屬噴射成形技術，是通過熔融金屬的霧化沉積，直接制取金屬零件或坯料的快速成形技術，其核心是金屬液的霧化。用高壓惰性氣體，對熔融狀態的金屬進行霧化，使金屬液破碎成大量細小的金屬液滴，液滴被高速的霧化氣體帶出霧化區，具有一定的熱能和動能，沉積到基板上形成具有一定致密性和形狀的坯件。噴射沉積的基礎成形單元為霧化金屬液滴，沉積時以半固態形式聚集并凝固，解決了明顯的分層問題；且金屬噴射沉積時霧化金屬的快速凝固會提高金屬制件性能。

但是金屬噴射成形過程中，霧化金屬液的成形幅面較寬，成形精度無法保證，因此在零件直接制造成形方面應用較少，一般只應用于金屬坯料制造、金屬零件表面修復等。對于具有復雜輪廓的金屬零部件，采用直接噴射沉積制造時，多采用霧化金屬噴射到快速原型模具上，在陶瓷型或金屬型的模面上成形零件本體，分離模具及零件，得到近凈成形金屬件。

當成形目標形狀具有較高的深度和較復雜的輪廓時，霧化金屬液滴在輪廓尖角處、小尺寸、狹窄通道處快速聚集凝固，堵塞霧化金屬沉積成形通道，精度難以保證，甚至無法完全成形。因此采用凹模離散化的方式，將模具分層成為多層掩膜，逐層沉積成形，防止由于模具深度和復雜輪廓導致的沉積通道堵塞。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服金屬直接噴射沉積成形零部件時，由于模具深度和復雜輪廓導致的沉積通道堵塞，難以完整、精密成形的問題，提供一種噴射沉積直接成形高精度、高性能金屬零部件的增材制造工藝方法。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案為：一種掩膜式金屬噴射沉積增材制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：模型獲取，采用三維建模軟件或對實體進行掃描，獲得擬成形的零件模型；

步驟二：分層處理，將三維模型進行分層；

步驟三：掩膜制造，根據每層內外輪廓信息，采用數控加工的方式制作掩膜；

步驟四：掩膜定位，移動當前層對應掩膜，并定位至成形位置；

步驟五：通過氣霧化噴嘴將熔融態金屬噴射形成均勻金屬液滴；

步驟六：移動基板或噴頭，使金屬霧化液滴沉積在基板上，并完全填充掩膜限定的空白位置；

步驟七：當前層下降一個層厚并去掉掩膜，并將下一成形層對應掩膜添加到成形位置，重復步驟五、六、七，如此逐層沉積金屬，最終形成三維零件。

步驟八：脫模處理，取出成形零件，進行打磨、熱處理或等靜壓等后處理。

附圖說明

圖1為本發明的實施例提供的一種掩膜式金屬噴射沉積增材制造方法流程圖。

圖2為本發明的實施例提供的一種掩膜旋轉方式示意圖。

附圖中的標記編號說明如下：

1-左側掩膜序列，2-右側掩膜序列，3-掩膜內腔左側，4-掩膜內腔右側，5-定位銷1，6-定位銷2，7-定位銷3，8-已成形零件

具體實施方式