一种电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机制造技术

电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机由传统3D砂模打印机(1)、电磁波快速熔化金属加注装置(4)、微铸液锻加压装置(5)和一体化电子控制器(3)组成，目标件砂模(2)由传统3D砂模打印机(1)打印出来。部件3含主控制器(MCU)、脉冲发生器(PG)、固态继电器(SR)、温控器(CNTL)和转换器(TR)；部件4由喷嘴(NZ)、坩埚(CR)、电磁波感应器(EM)、液态金属或液态金属基复合材料(LQ)、温度传感器(TS)、球阀(BV)、排气孔(EX)、电磁阀1(E1)组成；部件5由压缩气体(A)、电磁阀2(E2)组成。该发明专利技术可实现制件组织致密均一、晶粒细化、力学性能优良、金属抗疲劳程度高，解决了常规金属3D打印成本高、工时长、打印不出经久耐用材质的难题。

An electromagnetic wave micro casting liquid forging integrated 3D metal printer

Electromagnetic wave micro-casting and liquid forging integrated 3D metal printer is composed of traditional 3D sand mold printer (1), electromagnetic wave rapid melting metal filling device (4), micro-casting liquid forging pressure device (5) and integrated electronic controller (3). The target sand mold (2) is printed by traditional 3D sand mold printer (1). Component 3 consists of a main controller (MCU), a pulse generator (PG), a solid-state relay (SR), a temperature controller (CNTL) and a transducer (TR); Component 4 consists of a nozzle (NZ), a crucible (CR), an electromagnetic wave sensor (EM), a liquid metal or liquid metal matrix composite (LQ), a temperature sensor (TS), a ball valve (BV), an exhaust port (EX), and an electromagnetic valve 1 (E1); Component 5. It is made up of compressed gas (A) and solenoid valve 2 (E2). The invention can realize uniform microstructure, fine grain, excellent mechanical properties and high fatigue resistance of the workpiece, and solve the problems of high cost, long time and no durable material for conventional 3D metal printing.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机所属
本专利技术涉及3D金属打印
，尤其是一种电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机。
技术介绍
由于金属被用于很多零件和构件的制造，具有复杂形状的金属零件被广泛应用于航空航天、舰船、汽车、机器、电子以及医疗等领域，3D打印可制造传统工艺所不能加工的复杂零件，使用3D金属打印技术可以极大地减少对备用零件的需求，节约了存储与相关设施的投入成本。大型金属构件包括飞机机身、飞机引擎、航空设备、铁路车厢、铁轨、船体、远洋船桅杆、卡车、轿车、核反应堆控制棒、油井套管、电液涡轮机等等。小型金属构件包括汽车引擎、齿轮、自行车部件、钟表、炊具、包装构件、电子设备的金属外壳等等。利用3D打印工艺成形金属构件是增材制造的重要发展方向，目前已有多种打印工艺可实现金属构件的间接成形(IndirectMetalForming，IMF)或直接成形(DirectMetalForming，DMF)。金属间接打印成形是首先打印成形构件的生坯件(GreenPart)，然后将生坯件烧结成金属构件；金属直接打印成形是指打印得到的即为金属构件(DeychandAbenaim，US20150115494；Baietal.，US20150069649；UetaniandStuber，US20150125334)。在金属构件间接成形工艺中，需要使用有机粘合剂，而粘合剂的烧蚀会产生残留物。例如，糖的烧蚀会产生焦化物，一般是某种炭粒，这种残留物显然会对成型的产品形成污染。在金属构件直接成形工艺中，熔化金属的热源可以是激光束、电子束、等离子弧或电加热器等。热源与金属材料相互作用的位置，可以是在基板上预先铺设的金属粉层上、激光束或电子束在基板上产生的熔池中，或者基板之外的加热容器中(王运赣等的《3D打印技术》，华中科技大学出版社；王运赣等的《三维打印自由成型》，机械工业出版社)。在金属直接打印成形工艺中，激光束熔焊烧结由于使用激光，价格昂贵；电子束烧结工艺也非常昂贵(需要很高的真空环境)，而且非常耗电，成型物体的尺寸也会受到型腔空间的限制；等离子弧工艺则提供相对高的沉积速度，但成型精度低、分辨率低，因为很难控制金属焊丝使其进给到所造物体的小液体池中。熔融金属液滴喷射沉积工艺也存在所打印物体上出现孔隙以及波纹式表面的问题。但是，以上的常规金属3D打印技术中，存在着如下致命缺陷：没有经过锻造，金属抗疲劳性严重不足；制件存在气孔、疏松和未熔合等缺陷，细晶化、均匀度、致密度、强韧度等性能不高；采用激光、或电子束、或等离子弧作为热源，成本高昂；打印成本高、工时长、打印不出经久耐用的材质。因此，亟需一种新的3D金属打印方法，它可实现金属细晶化、高致密度、高均匀度、高强韧度的金属成型制造，且能全面提高制件的疲劳寿命，可降低设备投资和原材料成本，可大幅缩短制造流程与周期，可解决常规金属3D打印成本高、工时长、打印不出经久耐用材质的难题。
技术实现思路
为了克服现有的3D金属打印方法打印出的制件金属抗疲劳性严重不足、存在气孔、疏松和未熔合等，细晶化、均匀度、致密度、强韧度等性能不高，采用激光、或电子束、或等离子弧作为热源而产生的高昂成本，打印成本高、工时长、打印不出经久耐用的材质等致命缺陷，本专利技术提供一种新的3D金属打印方法，它可实现金属细晶化、高致密度、高均匀度、高强韧度的金属成型制造，且能全面提高制件的疲劳寿命，可降低设备投资和原材料成本，可大幅缩短制造流程与周期，可解决常规金属3D打印成本高、工时长、打印不出经久耐用材质的难题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机由传统3D砂模打印机(1)、电磁波快速熔化金属加注装置(4)、微铸液锻加压装置(5)和一体化电子控制器(3)组成。通过一体化电子控制器(3)，首先控制传统3D砂模打印机(1)，打印出目标件砂模(2)。然后控制电磁波快速熔化金属加注装置(4)，快速熔化金属或金属基复合材料，并将液态金属或液态金属基复合材料注入型腔内，加注方式可采用脉冲气压加注方式、压电加注方式、活塞加注方式等(王运赣等的《3D打印技术》，华中科技大学出版社；王运赣等的《三维打印自由成型》，机械工业出版社)。随后控制微铸液锻加压装置(5)，利用压缩气体施加所需的压力，压缩气体可采用氮气、氩气、氦气等。液态金属或液态金属基复合材料在高压下结晶，不至于因体积收缩而产生缩孔。另外，溶于金属的少量气体能在很高的压强下留存在腔体中，不会在工件内形成气孔。对于厚壁体，液态模锻比压铸更显出其优越性。重复以上过程，直到工件全部微注液锻完成。上述的电磁波快速熔化金属加注装置(4)可采用电磁波快速熔化金属方法(如中国技术专利：专利号ZL201720370254.1所描述的方法等)，快速熔化金属或金属基复合材料，所需即熔。由于采用微铸液锻二合一技术，因此所需的压力比传统锻造方法所需的压力要小得多，实验表明，微铸液锻技术所需压力只需达到传统锻造方法所需压力的20万分之一即可！一台设备完成了传统方法需要诸多大型设备才能完成的工作，大大提高了效率。综上，该电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机可实现成型件组织致密均一、晶粒细化、力学性能优良、金属抗疲劳程度高，其机械性能可与锻件相媲美，全面克服了传统3D金属打印存在的致命缺陷。本专利技术的有益效果是，实现了金属细晶化、高致密度、高均匀度、高强韧度的金属成型制造，全面提高了制件的疲劳寿命，降低了设备投资和原材料成本，大幅缩短了制造流程与周期，解决了常规金属3D打印成本高、工时长、打印不出经久耐用材质的难题。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的总体连接图，它组成一套完整的电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机。图2是本专利技术实施例的结构框图。图中1：传统3D砂模打印机，2：目标件砂模，3：一体化电子控制器，4：电磁波快速熔化金属加注装置，5：微铸液锻加压装置。NZ：喷嘴，CR：坩埚，EM：电磁波感应器，LQ：液态金属或液态金属基复合材料，TS：温度传感器，BV：球阀，EX：排气孔，E1：电磁阀1，E2：电磁阀2，A：压缩气体，SR：固态继电器，PG：脉冲发生器，CNTL：温度控制器，TR：转换器，MCU：主控制器。具体实施方式在图1中，电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机由传统3D砂模打印机(1)、电磁波快速熔化金属加注装置(4)、微铸液锻加压装置(5)、一体化电子控制器(3)以及目标件砂模(2)组成。在图2所示的本专利技术实施例的结构框图中，一体化电子控制器(3)由主控制器(MCU)、脉冲发生器(PG)、固态继电器(SR)、温控器(CNTL)、转换器(TR)组成；电磁波快速熔化金属加注装置(4)由喷嘴(NZ)、坩埚(CR)、电磁波感应器(EM)、液态金属或液态金属基复合材料(LQ)、温度传感器(TS)、球阀(BV)、排气孔(EX)、电磁阀1(E1)组成；微铸液锻加压装置(5)由压缩气体(A)、电磁阀2(E2)组成；传统3D砂模打印机(1)可以是通用的3D砂模打印机；目标件砂模(2)是通过一体化电子控制器(3)控制传统3D砂模打印机(1)打印出来的。目标件砂模(2)打印出来后，一体化电子控制器(3)控制电磁波快速熔化金属加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机，它由传统3D砂模打印机(1)、电磁波快速熔化金属加注装置(4)、微铸液锻加压装置(5)、一体化电子控制器(3)以及目标件砂模(2)组成，其特征是：通过一体化电子控制器(3)，首先控制传统3D砂模打印机(1)打印出目标件砂模(2)，再控制电磁波快速熔化金属加注装置(4)，快速熔化金属或金属基复合材料，并将液态金属或液态金属基复合材料注入目标件砂模(2)型腔内，最后控制微铸液锻加压装置(5)，给目标件砂模(2)型腔内的液态金属或液态金属基复合材料施加所需的压力，重复以上过程，直到对目标件砂模(2)型腔内的微注液锻全部完成。

【技术特征摘要】
1.一种电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机，它由传统3D砂模打印机(1)、电磁波快速熔化金属加注装置(4)、微铸液锻加压装置(5)、一体化电子控制器(3)以及目标件砂模(2)组成，其特征是：通过一体化电子控制器(3)，首先控制传统3D砂模打印机(1)打印出目标件砂模(2)，再控制电磁波快速熔化金属加注装置(4)，快速熔化金属或金属基复合材料，并将液态金属或液态金属基复合材料注入目标件砂模(2)型腔内，最后控制微铸液锻加压装置(5)，给目标件砂模(2)型腔内的液态金属或液态金属基复合材料施加所需的压力，重复以上过程，直到对目标件砂模(2)型腔内的微注液锻全部完成。2.根据权利要求1所述的电磁波式微铸液锻一体化3D金属打印机，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑞，曾广兴，
申请(专利权)人：董瑞，
类型：发明
国别省市：广东,44