本发明专利技术涉及一种金基材料超声微球固结增材制造装置及方法，属于金属增材制造技术领域。包括工作台组件、焊头组件、线轴组件、放线组件和线夹组件，将超声固结技术与增材制造方法相结合，基于超声固结原理，采用电火花放电进行金丝烧球，通过打印头对金丝微球进行超声固结，结合XYZ三轴运动平台移动，实现黄金零件微球逐点累积成形。本发明专利技术克服了现有金属增材制造成形需要高温热源的缺陷，实现了在不引入高温热源的同时，可逐点编程成形工艺参数与材料，成形精度高于粉末床熔融增材制造工艺，且无需考虑成形过程中金属材料对激光等高能束的反射，将普通金属的机械物理性能与金的物理化学性能相结合，提高了金基材料的综合性能。提高了金基材料的综合性能。提高了金基材料的综合性能。
【技术实现步骤摘要】
一种金基材料超声微球固结增材制造装置及方法
[0001]本专利技术属于金属增材制造
，具体涉及一种基于超声固结技术的金基材料增材制造装置及方法。
技术介绍
[0002]金具有高温稳定性优异，具有抗氧化、抗腐蚀、红外反射能力强、导热导电性能优异等独特的物理化学性能，已被广泛应用于航天航空、海洋船舶、通讯电子、生物医疗等多个领域。目前，黄金在工程领域应用大多采用在普通金属表面电镀金的方法，电镀工艺简单，但加工需要金材料成本高，其在工程领域应用大多采用在普通金属表面电镀金的方法，电镀工艺简单，但加工需要使用氰化物等危险化学品，细小复杂内孔无法镀金，且镀金层容易与基体金属脱离。
[0003]增材制造是快速成形技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式来构造零部件。金属零件的增材制造方法，主要有激光选区烧结、激光选区熔化、电子速选区熔化、金属沉积成形、喷墨3D打印、微滴喷射技术等。金属增材制造技术具有成型精度高，可编程样件成型过程中空间任一点工艺参数等优点；但成型过程中需引入高温热源，成型工艺大多比较复杂，制造成本高，实际工程应用中需要考虑成型过程中的热应力、微裂纹以及样件收缩变形等问题。
[0004]现有增材制造技术难以成形出高质量的大块黄金零件。选区激光增材制造技术成形黄金零件，但因金的反射率高，激光加工成形困难，成形样件发生严重翘曲变形，表面质量较差，且铺粉式增材制造工艺容易造成原材料的浪费。电液快速纳米滴法制备的样件，其导电率接近大块黄金，但因需要融化黄金，工作温度较高，成形品晶粒粗大。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种金基材料超声微球固结增材制造装置及方法，以克服现有金属增材制造成形工艺的弊端，将超声固结技术与增材制造方法相结合，采用电火花放电进行金丝烧球，通过打印头进行超声固结，结合XYZ三轴运动平台移动，在不引入高温热源同时，实现可逐点编程工艺参数黄金零件微球选区固结累积成型。
[0006]本专利技术采取的技术方案是，包括工作台组件、焊头组件、线轴组件、放线组件和线夹组件，所述焊头组件包括换能器、变幅杆、劈刀和焊头接口板，其中换能器由螺栓固定在焊头接口板，变幅杆通过螺栓固定连接到换能器，劈刀固定连接到变幅杆，焊头接口板固定三轴运动平台的Z轴上，所述线夹组件通过螺栓连接至三轴运动平台，能实现Z轴方向的运动，所述线轴组件包括线轴、丝筒座板、玻璃罩，线轴通过螺栓固定在丝筒座板用来放置金丝，玻璃罩套在线轴外部保护金丝,丝筒座板通过螺栓与三轴运动平台的Z轴进行固定连接，放线组件通过螺栓固定安装在丝筒坐板下方，在打印过程中张紧和放松金线，所述工作台组件包括三轴运动平台、工作台、夹片一、基板、夹片二、电机蜗杆、Z轴支座、底座，其中夹片一、夹片二通过螺栓固定连接到工作台用来夹紧基板，工作台通过螺栓固定连接到三轴
运动平台，实现XY方向的运动，三轴运动平台的Z轴通过螺栓固定在Z轴支座上，电机蜗杆固定连接在Z轴支座，带动装置Z向运动，三轴运动平台与Z轴支座通过螺栓连接到底座以固定整个装置。
[0007]本专利技术所述线夹组件包括线夹悬臂、左线夹、右线夹、线夹弹片、线夹间隙调节螺钉和宝石片，其中线夹弹片通过螺栓固定于左线夹、右线夹之间，线夹间隙调节螺钉与右线夹相连来控制两线夹的间隙，宝石片通过螺栓固定连接到左线夹，左线夹和右线夹经线夹悬臂连接至三轴运动平台。
[0008]本专利技术所述放线组件包括放线摆杆、托丝板、托丝片、导丝管和连接架，其中托丝片通过螺栓固定连接托丝板，托丝板通过螺栓固定连接在连接架，导丝管安装在丝筒座板，尾部位于托丝板，放线摆杆固定连接到连接架，连接架与丝筒座板固定连接。
[0009]一种基于超声固结技术的金基材料增材制造方法，包括下列步骤：
[0010](1)、将金丝置于托丝座板上，取出起始端，穿过导丝管、托丝片、放线摆杆、宝石片，展开左线夹和右线夹，使金丝穿过左线夹和右线夹缝隙以及劈刀，设定好各种打印参数，焊头处于初始位置，左线夹和右线夹处于闭合状态，电火花放电将金丝露出劈刀部分烧结成球，即可开始打印；
[0011](2)、建立要打印的黄金零件的模型，通过控制XYZ三轴运动平台移动，按路径逐点超声固结成形；
[0012](3)、打印黄金零件上打印点时，左线夹和右线夹张开，放线摆杆向外摆出，焊头组件向下运动，劈刀触及到打印点达到设定的预压力，触点张开，焊头组件停止向下运动，同时按照设定的参数输出焊接压力、焊接时间及功率释放超声；超声释放完毕后，焊头组件上升到拱丝位置，放线摆杆摆回，左线夹和右线夹闭合夹紧金丝，焊头组件快速向上运动扯断金丝，焊头组件再回到初始位置，电火花放电将金丝烧结成球，左线夹和右线夹快速张开闭合的同时劈刀复位，完成该打印点打印；
[0013](4)当完成一点打印时，三轴运动平台XY方向移动，使焊头相对基板位于新的打印点，重复上述步骤(3)；
[0014](5)按轨迹以同样方式完成一层超声固结打印后，焊头上升一个打印层厚度，重复上述步骤(3)
‑
(4)，最终完成黄金零件的制备及成形过程。
[0015]本专利技术所述金丝直径为20
‑
50μm，金丝成球直径为金丝直径的2
‑
4倍。
[0016]本专利技术的优点是：在打印过程中，无需高温热源，可实现微米级异质金属材料以及成形工艺参数逐点编程，成形精度高于粉末床熔融增材制造工艺，且无需考虑成形过程中金属材料对激光等高能束的反射。解决了现有增材制造技术难以成形出高质量的大块黄金零件的问题，将普通金属的机械物理性能与金优异的物理化学性能相结合，提高了金基材料的综合性能；本专利技术室温下金基材料超声固结增材制造方法，无需保护氛围，实现高性能金基材料复杂零件近净成形。为金属增材制造领域提供了一种增材制造新方法，为跨尺度仿生金基功能梯度材料零件成形提供了一种新途径。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的结构示意图；
[0018]图2是图1的右视图；
[0019]图3是本专利技术线夹组件的结构示意图；
[0020]图4是本专利技术放线装置的结构示意图。
具体实施方式
[0021]包括工作台组件、焊头组件、线轴组件、放线组件7和线夹组件12，所述焊头组件包括换能器13、变幅杆14、劈刀15和焊头接口板16，其中换能器13由螺栓固定在焊头接口板16，变幅杆14通过螺栓固定连接到换能器13，劈刀15固定连接到变幅杆14，焊头接口板16固定三轴运动平台1的Z轴上，线夹组件12通过螺栓连接至三轴运动平台1，能实现Z轴方向的运动,线轴组件包括线轴10、丝筒座板6、玻璃罩8，线轴10通过螺栓固定在丝筒座板6用来放置金丝11，玻璃罩8套在线轴10外部保护金丝11,丝筒座板6通过螺栓与三轴运动平台1的Z轴进行固定连接，放线组件7通过螺栓固定安装在丝筒坐板6下方，在打印过程中张紧和放松金线11，工作台组件包括三轴运动平台1、工作台2、夹片一3、基板4、夹片二5、电机蜗杆9本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金基材料超声微球固结增材制造装置，其特征在于：包括工作台组件、焊头组件、线轴组件、放线组件和线夹组件，所述焊头组件包括换能器、变幅杆、劈刀和焊头接口板，其中换能器由螺栓固定在焊头接口板，变幅杆通过螺栓固定连接到换能器，劈刀固定连接到变幅杆，焊头接口板固定三轴运动平台的Z轴上，所述线夹组件通过螺栓连接至三轴运动平台，能实现Z轴方向的运动,所述线轴组件包括线轴、丝筒座板、玻璃罩，线轴通过螺栓固定在丝筒座板用来放置金丝，玻璃罩套在线轴外部保护金丝,丝筒座板通过螺栓与三轴运动平台的Z轴进行固定连接，放线组件通过螺栓固定安装在丝筒坐板下方，在打印过程中张紧和放松金线，所述工作台组件包括三轴运动平台、工作台、夹片一、基板、夹片二、电机蜗杆、Z轴支座、底座，其中夹片一、夹片二通过螺栓固定连接到工作台用来夹紧基板，工作台通过螺栓固定连接到三轴运动平台，实现XY方向的运动，三轴运动平台的Z轴通过螺栓固定在Z轴支座上，电机蜗杆固定连接在Z轴支座，带动装置Z向运动，三轴运动平台与Z轴支座通过螺栓连接到底座以固定整个装置。2.根据权利要求1所述的一种金基材料超声微球固结增材制造装置，其特征在于：所述线夹组件包括线夹悬臂、左线夹、右线夹、线夹弹片、线夹间隙调节螺钉和宝石片，其中线夹弹片通过螺栓固定于左线夹、右线夹之间，线夹间隙调节螺钉与右线夹相连来控制两线夹的间隙，宝石片通过螺栓固定连接到左线夹，左线夹和右线夹经线夹悬臂连接至三轴运动平台。3.根据权利要求1所述的一种金基材料超声微球固结增材制造装置，其特征在于：所述放线组件包括放线摆杆、托丝板、托丝片、导丝管和连接架，其中托丝片通过螺栓固定连接托丝板，托丝板通过螺栓固定连接在连接架，导丝管安装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李桂伟，孙浩岚，吴文征，张政，聂玉海，郑奥都，田祺，刘庆萍，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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