一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法技术

本发明专利技术公开了一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法，属于金属增材制造技术领域。包括：(1)采用软件对低熔点金属零件三维模型进行分层切片；(2)在可升降成形工作台铺设一层待成形的低熔点金属粉末；(3)采用可加热挤出头将低熔点金属粉末挤出为连续丝状材料，根据层面轮廓信息选择性熔接成形工作台中金属粉末，使之形成当前层轮廓；(4)成形工作台沿Z轴方向下移一个层厚高度；(5)依次重复步骤(2)至步骤(4)，直到低熔点金属零件成形。本发明专利技术解决了低熔点金属零部件采用激光熔覆快速制造的高成本问题，同时解决了现有熔丝沉积成形工艺不能成形大倾斜角和长悬臂结构低熔点金属零部件的问题。

A melting extrusion method for metal parts with low melting point

The invention discloses a melting extrusion forming method for a low melting point metal part, which belongs to the technical field of metal material addition manufacturing. Including: (1) using software to slice the three-dimensional model of low melting point metal parts; (2) laying a layer of low melting point metal powder in the lifting platform; (3) using a heated extrusion head to squeeze the low melting point metal powder into continuous filamentous material, and the root according to the profile information selective melting forming table The metal powder is made to form the current layer outline; (4) the forming worktable moves down a layer thickness along the Z axis; (5) repeat step (2) to step (4) in turn until the low melting point metal parts are formed. The invention solves the high cost problem of rapid manufacturing of low melting point metal parts by laser cladding, and solves the problem that the existing fuse forming process can not form large inclination angle and long cantilever structure with low melting point metal parts.

【技术实现步骤摘要】
一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法
本专利技术属于增材制造
，更具体地，涉及一种低熔点金属零件的熔融挤出成形方法。
技术介绍
低熔点金属零部件通常采用铸造方法成形，由于铸造工艺通常需要先加工零件模样再制造铸型，其成形效率低、成本高。而当成形内腔狭窄、形状复杂的低熔点金属铸件时，通常需借助铸造型芯来完成，但用于成形铸造型芯的芯盒加工难易程度受制于型芯本身的复杂程度，导致复杂型芯的加工效率更低，成本更高。因此，低熔点金属零部件实现无模化快速直接成形是当前铸造业的发展趋势。增材制造技术是将三维实体离散为二维层面进行分层加工而叠加成形。该技术首先通过三维建模软件在计算机中绘制金属零部件的三维模型，然后把模型转化为标准的STL格式文件。STL格式文件经切片软件按成形方向切片处理后得到一系列二维层面轮廓数据信息，再由层面数据信息生成数控加工指令，控制成形头按照层面轮廓信息逐层选择性固化原材料并叠加成形。增材制造成形过程由计算机全程控制，无需专用夹具、工具和模具。它们与传统的加工成形工艺相比，具有设计制造一体化、成形过程高度柔性化和快速化、劳动强度低、材料利用率高、操作简便等优势。目前，用于低熔点金属零部件成形的增材制造技术主要有：基于粉末材料成形的选区激光熔覆(SLM)、基于粉末材料成形的微喷射粘结成形(3DP)、基于丝材成形的熔丝沉积成形(FDM)。选区激光熔覆采用高能束激光加热金属粉末而使其熔接成形。由于激光器的成本和环境要求较高，在民品制造业中难以应用；微喷射粘结成形采用喷墨技术喷射粘结剂粘结粉末成形，成形的金属零件坯体疏松多孔，还需进行脱脂烧结，只适用于成形多孔金属材料；熔丝沉积成形的成形材料为丝材，由于没有支撑结构，成形的金属零部件不能有长悬臂结构。因此，需要开发一种新型的低熔点金属零部件快速成形方法，以克服现有激光熔覆成形技术成本高、熔丝沉积成形技术难制造大倾斜角和长悬臂结构金属零部件的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法，其目的在于，采用低成本的机械挤出头替代激光熔覆成形的激光器，可显著降低低熔点金属零部件增材制造的设备和维护成本；或者采用可铺粉的成形工作台替代熔丝沉积成形的工作台，挤出头所用材料由丝材变为粉末材料，则通过挤出头挤出的熔融金属丝材成形长悬臂结构时，成形工作台中的粉层既是成形材料也是支撑材料。由此解决低熔点金属零部件激光熔覆成形的高成本问题和熔丝沉积成形不能成形大倾斜角和长悬臂结构的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)采用切片软件对低熔点金属零件三维模型进行分层切片，将各个层片信息转换为G代码加工指令；(2)根据加工指令，在可升降成形工作台表面铺设一定层厚的待成形金属粉末并预热至最低固相线温度以下的某一温度，使待成形金属粉末被加热至尽量高但是不熔化的温度，以保证后续待成形金属粉末的连续丝状材料与工作台中的待成形金属粉末间的温差尽量小；(3)采用挤出头将待成形金属粉末加热至熔融状态并将其挤出为连续丝状材料，根据层面轮廓信息选择性熔接成形台中金属粉末使之形成当前层轮廓；(4)待当前层轮廓成形后，成形工作台沿Z轴方向下移一个层厚高度；(5)依次重复步骤(2)至步骤(4)，直到低熔点金属零部件成形；(6)将低熔点金属零部件从成形台中取出，对其表面进行清理。以上专利技术构思中，分别用于铺粉和熔融挤出的低熔点金属粉末材料的组分视待成形的低熔点金属零部件的材料组分及性能而定，用于铺粉的金属粉末可为单一组分也可为多组分混合的金属粉末，用于熔融挤出的金属粉末可为单一组分也可为多组分混合的金属粉末。步骤(3)中，所述将低熔点金属粉末加热至熔融状态是指加热温度在固相线温度和液相线温度之间的某一温度，使金属粉末材料达到固液混合状态，具有一定的粘塑性而保证挤出为连续丝状。进一步的，步骤(2)和(3)中，所述待成形金属粉末是金属零部件同质粉末，或者是按金属零部件成分配比的粉末，或者是金属零部件组分中的一种或几种配比粉末。进一步的，步骤(3)中，所述挤出头为陶瓷材料的螺杆式挤出头，具有加热保温功能，加热温度范围为40—700℃。进一步的，步骤(4)中，所述层厚为0.05mm～0.2mm之间。进一步的，步骤(2)中，在成形工作台中首层铺设的粉层厚度应小于步骤(4)中的分层厚度，且该层厚应小于或等于挤出金属丝材的固化高度。进一步的，所成形的低熔点金属零件包括锌及锌合金零部件、锡及锡合金零部件、铝及铝合金零部件、镁及镁合金零部件。本专利技术结合了激光熔覆成形可成形任意复杂结构金属零部件和熔丝沉积成形低成本制造的优势，采用激光熔覆成形的成形工作台和铺粉机构替代熔丝沉积成形的工作台，可使熔丝沉积成形实现任意复杂结构低熔点金属零部件的低成本快速直接成形。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、以待成形低熔点金属粉末为挤出材料，通过可加热的机械挤出头挤出熔融的连续金属丝材进行熔接工作台中的金属粉层，可实现任意复杂结构低熔点金属零部件的低成本快速制造。该方法的运行成本显著低于激光熔覆成形，且其能制造任意复杂结构低熔点金属零部件的特性比传统熔丝沉积成形的应用范围更广。2、通过调节分别用于铺设和挤出的低熔点金属粉末材料的组分及配比，可实现任意物相组分或具有梯度结构的低熔点金属零部件的快速成形。附图说明图1是本专利技术方法的工艺流程图；图2是本专利技术实施例中低熔点金属零部件外形结构示意图。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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法，图1是本专利技术方法的工艺流程图，由图可知，其包括如下步骤：(1)根据待成形的低熔点金属零部件外形尺寸，通过三维制图软件对其进行建模，获得三维模型，采用切片软件对所述三维模型沿成形方向进行分层切片，将各个层面信息转换为设备可读的G代码加工指令。三维制图软件和切片软件选用常用的譬如AutoCAD、Solidworks、UG、Pro/E、Slic3r、SKeinforge等。(2)根据所述分层切片的加工指令，铺粉装置在成形工作台中铺设一层待成形低熔点金属粉末材料，并对成形工作台中的粉末层进行预热。所述金属粉末材料组分为待成形低熔点金属零部件同质粉末，或一种或几种按组分配比的混合粉末，颗粒为近球形，其粒径范围优选为300目～500目，铺粉装置的铺粉速度优选为0.2m/s～1m/s，铺设第一层粉末的厚度小于分层厚度，预热温度低于粉层中某一组分粉末的最低熔点或固相线温度。(3)对机械挤出头中的低熔点金属粉末进行加热，采用螺杆挤出头实现对挤出头腔体中的低熔点金属粉末进行连续丝状挤出，并选择性熔接成形工作台中的粉末使之成为当前层轮廓。所述挤出头中的金属粉末材料组分为待成形低熔点金属零部件同质粉末，或一种或几种按组分配比的混合粉末，挤出头扫描速度优选为0.2m/s～0.5m/s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)采用软件对低熔点金属零件三维模型进行分层切片，将各个层片信息转换为G代码加工指令；(2)根据加工指令，在可升降成形工作台表面铺设设定厚度的待成形金属粉末并预热至最低固相线温度以下的设定温度；(3)采用挤出头将待成形金属粉末加热至熔融状态并将其挤出以获得连续丝状材料，根据层面轮廓信息选择性熔接可升降成形工作台表面铺设的金属粉末，以形成当前层轮廓，将低熔点金属粉末加热至熔融状态是指加热温度在固相线温度和液相线温度之间的某一温度，使金属粉末材料达到固液混合状态，具有一定的粘塑性而保证挤出为连续丝状；(4)待当前层轮廓成形后，成形工作台沿Z轴方向下移一个层厚高度；(5)依次重复步骤(2)至步骤(4)，直到低熔点金属零部件成形，(6)将成形的低熔点金属零部件从成形台中取出，对其表面进行清理。

【技术特征摘要】
1.一种低熔点金属零部件熔融挤出成形方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)采用软件对低熔点金属零件三维模型进行分层切片，将各个层片信息转换为G代码加工指令；(2)根据加工指令，在可升降成形工作台表面铺设设定厚度的待成形金属粉末并预热至最低固相线温度以下的设定温度；(3)采用挤出头将待成形金属粉末加热至熔融状态并将其挤出以获得连续丝状材料，根据层面轮廓信息选择性熔接可升降成形工作台表面铺设的金属粉末，以形成当前层轮廓，将低熔点金属粉末加热至熔融状态是指加热温度在固相线温度和液相线温度之间的某一温度，使金属粉末材料达到固液混合状态，具有一定的粘塑性而保证挤出为连续丝状；(4)待当前层轮廓成形后，成形工作台沿Z轴方向下移一个层厚高度；(5)依次重复步骤(2)至步骤(4)，直到低熔点金属零部件成形，(6)将成形的低熔点金属零部件从成形台中取出，对其表面进行清理。2.如权利要求1所述的一种低熔点金属零部件熔融挤出...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶春生，赵火平，樊自田，施雨农，黄双君，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42