一种利用液态金属直接进行3d打印制造的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料加工及制造技术领域，特别是指一种利用液态金属直接进行3D打印制造的方法和装置。
【背景技术】
[0002]复杂构件近终型成型是提高生产效率，降低成本的重要途径，尤其是对于产品加工难度大、设计生产周期要求紧迫的领域、如汽车、航空、模具、工程机械等领域，新的生产工艺正在不断发展。随着智能控制技术的不断发展，其在制造领域的应用越来越普及，作用也越来越重要。智能制造使得产品加工制造过程更快捷、质量更稳定以及升级换代更方便。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，3D打印技术已在医学、航空、建筑等领域取得了应用。但目前3D打印的原料中，金属材料主要为粉末，并通过激光烧结技术将其成型，因此具有效率慢、致密性不足及力学性能低等缺点，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，利用液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。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种利用液态金属直接进行3D打印制造的方法和装置。
[0004]该装置包括恪融金属供应系统和液态金属打印运动及控制系统，恪融金属供应系统包括高温液态金属容器、液态金属导管、中间液态金属包、加热线圈、温度测量热电偶、液态金属流量调节阀、液态金属集流器、气体冷却器、液态金属喷嘴和液态冷却器，液态金属打印运动及控制系统包括水平横向移动平台、水平纵向移动平台和竖向移动装置；液态金属导管安装于高温液态金属容器下方，中间液态金属包通过液态金属导管与高温液态金属容器相连，中间液态金属包下方为液态金属流量调节阀，液态金属流量调节阀通过液态金属导管与中间液态金属包连接，液态金属流量调节阀下方为液态金属喷嘴，液态金属喷嘴外侧为液态金属集流器，液态金属喷嘴下方设置气体冷却器和液态冷却器，液态金属导管和中间液态金属包外侧设置加热线圈，打印运动及控制系统位于熔融金属供应系统下方。
[0005]其中，打印运动及控制系统最上层为水平横向移动平台或水平纵向移动平台，中间层为水平纵向移动平台或水平横向移动平台，下方为竖向移动装置，能够实现3向3自由度控制运动；液态金属导管为陶瓷导管；液态金属流量调节阀为电磁节流阀。
[0006]利用该装置进行工作时，熔融金属供应系统不动，将熔融金属置于可进行温度控制的高温液态金属容器中，液态金属通过液态金属导管由高温液态金属容器引出至中间液态金属包，液态金属导管及中间液态金属包内的液态金属温度由加热线圈(感应加热或电阻加热)和温度测量热电偶组成的温度测量控制系统调节。经温度调节后的液态金属由液态金属导管传至液态金属流量调节阀，液态金属流量调节阀自动控制液态金属流速，适当的液态金属流至液态金属喷嘴。
[0007]打印制造时，液态金属喷嘴固定，打印构件置于液态金属打印运动及控制系统的运动平台上。运动平台可进行电脑程序控制的x、Y、z三个自由度运动。构件逐层打印，每层打印宽度及高度由被打印构件的厚度及液态金属喷嘴的选型控制。打印过程中液态金属在液态金属喷嘴前的形态由液态金属喷嘴形状及液态金属集流器控制，液态金属集流器可分为电磁液态金属集流器与气体金属集流器控制，其作用是使液态金属喷嘴流出的液态金属聚集而不发生飞溅，电磁液态金属集流器的工作原理是利用电磁场使具有磁性的液态金属聚集成束，气体金属集流器是利用集流器中的惰性气体在液态金属打印喷嘴四周进行喷射加载使液态金属聚集成束。液态金属及成型后金属采用气体冷却器中的氮气及液态冷却器中的水进行冷却，避免金属的氧化及反复过热，以保证材质的性能。
[0008]熔融金属供应系统还与一台流态石膏打印头相配合，且流态石膏打印头与熔融金属供应系统共用同一液态金属打印运动及控制系统，对于金属材料需要空间大角度(大于45度)横向延展的打印，先进行石膏支撑体的打印，再在支撑体上进行液态金属的打印。
[0009]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0010]该装置将液态金属直接加工成符合结构尺寸及性能的金属构件，能够提高复杂金属构件的加工效率，优化产品设计，降低生产成本。由于不需要在真空箱环境下进行加工，因此被加工工件尺寸相对较大，可以达到数米范围。与粉体烧结3D打印相比较，工艺成本较低，生产过程更安全环保。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的利用液态金属直接进行3D打印制造的装置结构示意图。
[0012]其中:1_高温液态金属容器；2_液态金属导管；3_中间液态金属包；4_加热线圈；5_温度测量热电偶；6_液态金属流量调节阀；7_液态金属集流器；8_气体冷却器；9-液态金属喷嘴；10_液态冷却器；11_水平横向移动平台；12_水平纵向移动平台；13_竖向移动
目.ο
【具体实施方式】
[0013]为使本发明要解决的技术问题、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。
[0014]本发明针对现有的3D打印装置不能够对液体进行有效打印的问题，提供一种利用液态金属直接进行3D打印制造的方法和装置。
[0015]如图1所示，为该装置的结构示意图。液态金属导管2安装于高温液态金属容器1下方，中间液态金属包3通过液态金属导管2与高温液态金属容器1相连，中间液态金属包3下方为液态金属流量调节阀6，液态金属流量调节阀6通过液态金属导管2与中间液态金属包3连接，液态金属流量调节阀6下方为液态金属喷嘴9，液态金属喷嘴9外侧为液态金属集流器7，液态金属喷嘴9下方设置气体冷却器8和液态冷却器10，液态金属导管2和中间液态金属包3外侧设置加热线圈4，打印运动及控制系统位于熔融金属供应系统下方。且打印运动及控制系统最上层为水平横向移动平台11或水平