一种熔融铁合金低重力3D打印制造的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种熔融铁合金低重力3D打印制造的方法和装置，属于金属材料加工及制造技术领域。该装置包括高温熔融态铁合金容器、熔融态铁合金陶瓷导管、加热线圈、熔融态铁合金流量调节阀、温度测量热电偶、熔融态铁合金打印喷嘴、熔融态金属锌、熔融态金属锌容器槽、铁合金打印底板等，熔融态铁合金陶瓷导管安装于高温熔融态铁合金容器下方，熔融态铁合金陶瓷导管外侧为加热线圈，熔融态铁合金通过熔融态铁合金流量调节阀传送至熔融态铁合金打印喷嘴。熔融态铁合金打印喷嘴下方为熔融态金属锌容器槽。在熔融态金属锌容器槽的底部有铁合金打印底板，打印部件在此开始打印。该装置能够提高复杂铁合金构件的加工效率，提高产品质量。

【技术实现步骤摘要】
一种熔融铁合金低重力3D打印制造的方法和装置
本专利技术涉及金属材料加工及制造
，特别是指一种熔融铁合金低重力3D打印制造的方法和装置。
技术介绍
3D打印制造技术是智能制造发展的代表性新技术之一，其主要方法是通过材料堆积的方式将产品的数字模型或部件直接加工成型(杨永强，刘洋，宋长辉.《金属零件3D打印技术现状及研究进展》，机电工程技术，2013，42(4)：1-7.)，3D打印技术已在医学、航空、建筑等领域取得了应用(曾光，韩志宇，梁书锦，张鹏，陈小林，张平祥.《金属零件3D打印技术的应用研究》，中国材料进展，2014,33(6)：376-382.)。但目前3D打印的原料中，金属材料主要为粉末，并通过激光或等离子烧结技术将其成型，因此具有效率慢、致密性不足及力学性能低等缺点(王淑峰，姬强，迟静，赵健，高飞，李惠琪.《等离子束在金属零件3D打印中的研究现状和发展趋势》，材料导报，2015,29(1)：111-116.)，对于大批量或大尺寸构件的应用需求难以满足。随着3D打印技术的不断发展、相关冶金及控制技术的进步，利用熔融态金属进行直接打印加工将成为金属材料加工、生产的一种重要方法(齐乐华，钟宋义，罗俊.《基于均匀金属微滴喷射的3D打印技术》，中国科学:信息科学，2015，45(2)：：212–223.)。但由于熔融态金属在空气中易于氧化以及由于重力作用下的流淌和飞溅，使得产品的表面质量较差(柳建，殷凤良，孟凡军，顾海清.《3D打印再制造目前存在问题与应对措施》，机械，2014，41(6)：8-11.)。同时，对于空间大角度的横向打印，由于重力作用，需要进行辅助支撑，使得工艺复杂，对有些情况，辅助支撑的去除也是一个较麻烦的问题，因此如果有一个可以解决氧化及重力所引起的问题，熔融态金属的3D打印的应用就会更加广泛。本申请提出的方案对于这些问题具有良好的解决能力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种熔融铁合金低重力3D打印制造的方法和装置。该装置包括熔融铁合金供应及打印系统和熔融态金属锌及温度控制系统，熔融铁合金供应及打印系统包括高温熔融态铁合金容器、熔融态铁合金陶瓷导管、加热线圈、熔融态铁合金流量调节阀、温度测量热电偶和熔融态铁合金打印喷嘴，熔融态金属锌及温度控制系统包括熔融态金属锌、熔融态金属锌容器槽、铁合金打印底板和熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统；其中，熔融态铁合金陶瓷导管安装于高温熔融态铁合金容器下方，熔融态铁合金陶瓷导管外侧为加热线圈，加热线圈与温度测量热电偶共同构成温度控制系统，熔融态铁合金通过熔融态铁合金流量调节阀传送至熔融态铁合金打印喷嘴，熔融态铁合金打印喷嘴下方为熔融态金属锌容器槽，熔融态金属锌容器槽内部存储熔融态金属锌，熔融态金属锌容器槽内设置熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统，在熔融态金属锌容器槽的底部设置铁合金打印底板。其中，熔融态铁合金流量调节阀为电磁节流阀。打印前，在金属锌开始加热前，将整个装置(包括熔融铁合金供应及打印系统)置于真空箱内，当真空箱内的真空度达到一定值时，开始对金属锌进行加热至熔融态。整个打印过程在真空状态或者惰性气体保护状态下进行。打印时，熔融态金属锌容器槽不动，熔融铁合金供应及打印系统整体运动，其可在X、Y、Z三个方向进行自由协同运动将，熔融态铁合金打印喷嘴置于熔融态金属锌内部，在铁合金打印底板上开始逐层打印。打印完成后，将熔融态铁合金打印喷嘴抬出熔融态金属锌液表面，将部件连同铁合金打印底板一同取出。由于金属锌的熔点较低(420℃)进入熔融锌槽的铁合金会迅速凝固成型，同时可以避免铁合金打印过程中的氧化；熔融金属锌的密度为7.14g/cm3，而熔融铁合金的密度约为7.8g/cm3，较熔融锌的密度略高，可大大降低熔融铁合金打印过程中由于重力导致的飞溅及流淌，可适用于打印形状复杂的部件。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：该装置利用低熔点的熔融态金属锌作为辅助打印介质，在熔融金属锌中进行铁合金的打印成型，利用熔融金属锌与熔融铁合金之间高的换热系数，使熔融铁合金快速凝固成型，利用熔融金属锌的浮力，使空间大角度横向打印成为可能，同时避免熔融铁合金打印过程外流与飞溅造成的表面质量问题。能够提高复杂铁合金构件的加工效率，提高产品质量。附图说明图1为本专利技术的熔融铁合金低重力3D打印制造的装置的结构示意图。其中：1-高温熔融态铁合金容器；2-熔融态铁合金陶瓷导管；3-加热线圈；4-熔融态铁合金流量调节阀；5-温度测量热电偶；6-熔融态铁合金打印喷嘴；7-熔融态金属锌；8-熔融态金属锌容器槽；9-铁合金打印底板；10-熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种熔融铁合金低重力3D打印制造的方法和装置，如图1所示，该装置中，熔融态铁合金陶瓷导管2安装于高温熔融态铁合金容器1下方，熔融态铁合金陶瓷导管2外侧为加热线圈3，加热线圈3与温度测量热电偶5共同构成温度控制系统，熔融态铁合金通过熔融态铁合金流量调节阀4传送至熔融态铁合金打印喷嘴6，熔融态铁合金打印喷嘴6下方为熔融态金属锌容器槽8，熔融态金属锌容器槽8内部存储熔融态金属锌7，熔融态金属锌容器槽8内设置熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统10，在熔融态金属锌容器槽8的底部设置铁合金打印底板9。熔融态铁合金3D打印装置安装调试完毕后，对真空箱抽真空，当真空达到一定程度后，开启高温熔融态铁合金容器及管路加热系统，高温熔融态铁合金容器及管路达到设定温度。同时对金属锌开始加热并使熔融态金属锌保持在适当的温度范围。使熔融态铁合金打印喷嘴6浸入熔融态金属锌液内部，并调整到合适高度，调节熔融态铁合金流量调节阀，按程序在铁合金打印底板上开始按设定轨迹运动，打印出所需尺寸构件。实施例1对熔融态铁合金选择液态金属容器、管路及中间液态金属包中的控制温度为1520-1540℃，控制熔融态金属锌的温度为440-450℃。控制金属流量为1ml/s，熔融态铁合金打印喷嘴6水平移动速率为200mm/s，每次垂直移动距离为2mm。可实现厚度为2.5mm板材及部件的打印制造。以上所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔融铁合金低重力3D打印制造的装置，其特征在于：包括熔融铁合金供应及打印系统和熔融态金属锌及温度控制系统，熔融铁合金供应及打印系统包括高温熔融态铁合金容器(1)、熔融态铁合金陶瓷导管(2)、加热线圈(3)、熔融态铁合金流量调节阀(4)、温度测量热电偶(5)和熔融态铁合金打印喷嘴(6)，熔融态金属锌及温度控制系统包括熔融态金属锌(7)、熔融态金属锌容器槽(8)、铁合金打印底板(9)和熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统(10)；其中，熔融态铁合金陶瓷导管(2)安装于高温熔融态铁合金容器(1)下方，熔融态铁合金陶瓷导管(2)外侧为加热线圈(3)，加热线圈(3)与温度测量热电偶(5)共同构成温度控制系统，熔融态铁合金通过熔融态铁合金流量调节阀(4)传送至熔融态铁合金打印喷嘴(6)，熔融态铁合金打印喷嘴(6)下方为熔融态金属锌容器槽(8)，熔融态金属锌容器槽(8)内部存储熔融态金属锌(7)，熔融态金属锌容器槽(8)内设置熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统(10)，在熔融态金属锌容器槽(8)的底部设置铁合金打印底板(9)。

【技术特征摘要】
1.一种熔融铁合金低重力3D打印制造的装置，其特征在于：包括熔融铁合金供应及打印系统和熔融态金属锌及温度控制系统，熔融铁合金供应及打印系统包括高温熔融态铁合金容器(1)、熔融态铁合金陶瓷导管(2)、加热线圈(3)、熔融态铁合金流量调节阀(4)、温度测量热电偶(5)和熔融态铁合金打印喷嘴(6)，熔融态金属锌及温度控制系统包括熔融态金属锌(7)、熔融态金属锌容器槽(8)、铁合金打印底板(9)和熔融态金属锌加热及冷却温度调节系统(10)；其中，熔融态铁合金陶瓷导管(2)安装于高温熔融态铁合金容器(1)下方，熔融态铁合金陶瓷导管(2)外侧为加热线圈(3)，加热线圈(3)与温度测量热电偶(5)共同构成温度控制系统，熔融态铁合金通过熔融态铁合金流量调节阀(4)传送至熔融态铁合金打印喷嘴(6)，熔融态铁合金打印喷嘴(6)下方为熔融态金属锌容器槽(8)，熔融...

【专利技术属性】
技术研发人员：任学冲，陈新，金美廷，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11