块材合金制备系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术涉及一种块材合金制备系统，其包括喷头、激光设备及成型设备，所述成型设备包括成型台以及设置于成型台下方的若干个可通入冷却物质的导热管道，所述成型设备的降温速率为1×106k/s以上。本发明专利技术还提供一种块材合金制备方法，其提供至少一种金属粉末，使之由喷头喷出；激光加热熔融所述喷头喷出的金属粉末；提供成型设备，所述成型设备包括成型台以及设置于成型台下方的若干个可通入冷却物质的导热管道，所述成型设备的降温速率为1×106k/s以上，将熔融的金属粉末在所述成型台上冷却成型为非晶态块材合金。本发明专利技术所提供的块材合金制备系统及其制备方法中，通过降温速率的调控，以获得所需制备的非晶态块材合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属3D打印领域，具体涉及一种块材合金及其制备方法。
技术介绍
金属3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属作为可粘合原材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其一般步骤为先将高纯度的多种不同金属粉末比例混合，经过熔融和多次重融的方式制备所需金属母锭，再将母锭熔融成液体并送入喷嘴，并由喷嘴喷出至冷却装置，以获得所需的块材合金。但是现有的金属3D打印制备块材合金过程中，无法制备具有特定成分的块材合金，尤其是非晶态块材合金的制备。因此，亟待提供一种可实现有效控制制成晶态或非晶态块材合金的金属3D打印技术。
技术实现思路
为克服目前无法有效控制晶态块材合金3D打印的缺陷，本专利技术提供一种块材合金制备系统及其制备方法。本专利技术为解决上述技术问题的一技术方案是提供一种块材合金制备系统，其包括喷头、激光设备及成型设备，所述喷头用于喷出至少一种金属粉末，所述激光设备用于熔融喷头喷出的金属粉末，所述成型设备包括成型台以及设置于成型台下方的若干个可通入冷却物质的导热管道，所述成型设备的降温速率为1×106k/s以上，所述成型设备用于在成型台上冷却所述熔融后的金属粉末而获得非晶态块材合金。优选地，所述成型设备包括一壳体，所述成型台为所述壳体一表面，所述导热管道平行设置在壳体内，并贯穿所述壳体相对两端。优选地，所述导热管道的形状为直线型、蛇型或折线型中的一种或几种的组合。优选地，所述块材合金制备系统进一步包括粉末定量模块及粉末混合与配送模块，所述粉末定量模块与所述粉末混合与配送模块相连，用于设定所需制备块材合金的至少一种金属粉末的所需用量并输送给所述粉末混 合与配送模块，所述粉末混合与配送模块与所述喷头连接，用于为所述喷头配送混合均匀的金属粉末。优选地，所述块材合金制备系统进一步包括控制模块与环境控制模块，所述环境控制模块对所述块材合金制备系统的环境温度、湿度、洁净度进行监控并将监控数据传送给所述控制模块，所述控制模块依据监控数据控制所述激光设备与所述成型设备。优选地，所述成型设备的降温速率与所述导热管道内通入的冷却物质的流量成正比。优选地，所述冷却物质为液氮、氩气、二氧化碳或氨气中的任一种。本专利技术为解决上述技术问题的又一技术方案是提供一种块材合金制备方法，其至少包括以下步骤：提供至少一种金属粉末，使之由喷头喷出；激光加热熔融所述喷头喷出的金属粉末；以1×106k/s以上的降温速率快速冷却所述熔融的金属粉末以成型为非晶态块材合金。优选地，在所述块材合金制备方法中，通过控制降温速率大小，实现多级冷却。优选地，所述喷头的送粉量为微克至克量级每分钟。所述激光的光谱范围为800nm～1300nm，所述激光的功率为50W～20kW，所述激光的光斑直径大小为0.1μm～1mm。相对于现有技术，本专利技术所提供的块材合金制备系统及其制备方法，采用一成型设备，并控制其降温速率为1×106k/s以上，将激光加热熔融的金属粉末在其成型台上冷却成型为所需制备的非晶态块材合金，通过设置可通入冷却物质的导热管道，以提高所述成型设备的降温速率的可控性，通过降温速率的调控，获得所需制备的非晶态块材合金，从而实现晶态可控的块材合金的制备。【附图说明】图1是本专利技术第一实施例提供的块材合金制备系统的结构示意图。图2是本专利技术所提供的块材合金制备系统的另一结构示意图。图3A是本专利技术所提供的块材合金制备系统中静态旋转流化床反应器结构图。图3B是图3A中所示静态旋转流化床另一实施例的反应器结构图。图4A是本专利技术所提供的块材合金制备系统中多个粉末混合装置、粉末输送装置及喷头连接关系的示意图。图4B是本专利技术所提供的块材合金制备系统中粉末混合装置中金属粉末入口的结构示意图。图5A是本专利技术所提供的块材合金制备系统中成型设备的结构示意图。图5B是图5A中所示沿B-B方向的剖面示意图。图6A是本专利技术第一实施例提供的块材合金制备系统的第一具体实施方式的示意图。图6B是本专利技术第一实施例提供的块材合金制备系统的第二具体实施方式的示意图。图6C是本专利技术第一实施例提供的块材合金制备系统的第三具体实施方式的示意图。图7是本专利技术第二实施例块材合金制备方法的流程示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1及图2中所示，本专利技术第一实施例提供了一种块材合金制备系统10，其包括粉末定量模块11、粉末混合与配送模块12、激光熔融成型模块13、环境控制模块14、后处理模块15和控制模块16。其中，所述控制模块16连接控制所述粉末定量模块11、所述粉末混合与配送模块12、所述激光熔融成型模块13、所述环境控制模块14及所述后处理模块15。在本专利技术中，所述粉末定量模块11用于设定所需制备块材合金的至少一种金属粉末用量，具体地可对具有至少一种金属粉末的块材合金的成分进行快速精确定量分析，并根据设定定点配送定量的粉末。在本专利技术中，所述粉末定量模块11可同步设定多个成分的块材合金参数，便于高通量制备获得所需的块材合金。所述粉末定量模块11包括连接的粉末变化设定模块111及建模预设模块112。其中，所述粉末变化设定模块111用于设定粉末量变化方案，所述建模预设模块112用于建模及设定所述激光熔融成型模块的喷涂路径。具体地，所述粉末变化设定模块111与建模预设模块112可根据预先设定的粉末种类、粉末的各项物理属性，定量获得各个粉末的变化量、初始出粉量等参数。所述块材合金制备系统10首先根据材料样品库设计制作3D打印CAD (Compyter Aided Design，计算机辅助设计)模型，生成STL(Stereo Lithography，光固化立体成型)文件，再由CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造，利用数控机床控制刀具运动，完成零件制造)软件将上述生成的STL文件中的模型分层转化为2D薄片，所述块材合金制备系统10可自动生成进行金属3D打印的加工路径。所述粉末定量模块11进一步包括粉末定量装置113，所述粉末定量装置113包括但不受限于：刮吸式送粉装置、声波/超声送粉装置、静电阀送粉装置、静电吸管粉末定量装置等中的任意一种。在本专利技术中一些优选的实施例中，所述粉末定量装置113中预定所需质量及种类的金属粉末的定量输送是以超声振动毛细管为核心的高精度粉末递送系统实现。所述粉末定量装置113可根据所述粉末定量模块11设定并给出相应的出粉量，实现送粉量为微克至克量级每分钟的定量送粉，具体地，在所述粉末定量装置113中，金属粉末以超声振动的方式对高精度粉末进行递送，其中，超声振动的输送剂量为2～160μg/次，其具体输送剂量的选择可根据超声振动的幅度相关。所述粉末定量装置113中，所述超声振动频率为3.125Hz～3200Hz，其超声振动频率的选择与单次输送计量的重量、金属粉末粒径大小及输送速度相关。所述超声振动频率还可进一步为3.125Hz～32Hz、33.5Hz～100Hz、100.2Hz～500Hz、521Hz～1100Hz、1151Hz～1532Hz、1541Hz～200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种块材合金制备系统，其特征在于：其包括喷头、激光设备及成型设备，所述喷头用于喷出至少一种金属粉末，所述激光设备用于熔融喷头喷出的金属粉末，所述成型设备包括成型台以及设置于成型台下方的若干个可通入冷却物质的导热管道，所述成型设备的降温速率为1×106k/s以上，所述成型设备用于在成型台上冷却所述熔融后的金属粉末而获得非晶态块材合金。

【技术特征摘要】
1.一种块材合金制备系统，其特征在于：其包括喷头、激光设备及成型设备，所述喷头用于喷出至少一种金属粉末，所述激光设备用于熔融喷头喷出的金属粉末，所述成型设备包括成型台以及设置于成型台下方的若干个可通入冷却物质的导热管道，所述成型设备的降温速率为1×106k/s以上，所述成型设备用于在成型台上冷却所述熔融后的金属粉末而获得非晶态块材合金。2.如权利要求1所述块材合金制备系统，其特征在于：所述成型设备包括一壳体，所述成型台为所述壳体一表面，所述导热管道平行设置在壳体内，并贯穿所述壳体相对两端。3.如权利要求2所述块材合金制备系统，其特征在于：所述导热管道的形状为直线型、蛇型或折线型中的一种或几种的组合。4.如权利要求1所述块材合金制备系统，其特征在于：所述块材合金制备系统进一步包括粉末定量模块及粉末混合与配送模块，所述粉末定量模块与所述粉末混合与配送模块相连，所述粉末定量模块用于设定所需制备块材合金的至少一种金属粉末的所需用量并输送给所述粉末混合与配送模块，所述粉末混合与配送模块与所述喷头连接，用于为所述喷头配送混合均匀的金属粉末。5.如权利要求1所述块材合金制备系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，苏阳，王维，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51