[发明专利]微小铝合金波导件的3D打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印方法，特别涉及一种微小铝合金波导件的3D打印方法。

背景技术

铝波导具有重量轻、无需镀银、成本低等优点，在无人机、浮空飞行器、卫星、深空探测器等航空、航天飞行器的雷达天线中具有广泛应用。随着此类雷达系统朝着“小型化”、“轻量化”和“高度集成化”方向发展，要求雷达天线用铝波导件，如扭波导、方矩变换波导、喇叭等，尺寸更小、壁厚更薄及内腔形状更复杂，这对现有波导件的制备方法提出了挑战。

常规的铝波导件制备工艺有塑性成形、精密铸造和精密拼焊等，用于制备微小铝合金波导件时存在较大困难。以多道次拉制为代表的铝合金波导塑性成形工艺，仅适用于单一截面形状的管状波导的成形，不适用变截面的异形薄壁波导件成形；精密铸造工艺受到成形模具的限制，难以铸造内腔形状复杂、尺寸微小的薄壁铝合金波导件；精密拼焊工艺存在微小薄壁板材装夹定位困难、焊接易变形等问题，也较难用于成形微小铝合金波导件。

近年来兴起的金属3D打印技术为形状复杂的金属零件成形提供了一个全新的方法。文献“Freeform fabrication of aluminum parts by direct deposition of molten aluminum.Journal of Materials Processing Technology173(2006):209–212”公开了一种铝微滴3D打印方法，通过喷射均匀铝微滴进行逐点逐层堆积，可实现铝合金件的自由成形，这为快速制备复杂形状铝制件提供了一条新途径。但现有金属铝熔滴打印技术成形的零件尺寸偏差和表面粗糙度较大，难以满足波导件内腔形状、尺寸精度和表面粗糙度的要求。迄今为止，还没有一种3D打印技术能实现微小铝合金波导件的快速制备。

发明内容

为了克服现有铝微滴3D打印方法精确度差的不足，本发明提供一种微小铝合金波导件的3D打印方法。该方法根据微小铝合金波导件内腔形状和尺寸要求，采用可溶性材料制备微小型芯；控制均匀铝微滴在型芯表面上逐点、逐层地堆积，打印出微小铝合金波导件外形；然后经整体退火、型芯溶解及内表面抛光工艺，得到满足外部形状，内腔形状、尺寸精度及内表面粗糙度要求的铝合金波导件。本发明通过尺寸微小的均匀铝熔滴逐点逐层地堆积，成形出尺寸微小、壁厚薄、外形复杂的铝合金波导件。同时，利用可溶性型芯的形状、尺寸精度可有效提高了微小铝合金波导件内腔形状和尺寸精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种微小铝合金波导件的3D打印方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、根据铝合金波导件内腔形状及尺寸要求，采用可溶性材料制备可溶性型芯8；

步骤二、将可溶性型芯8安装在四轴运动平台的型芯支架6上，通过运动平台的X轴12、Y轴13、Z轴14和R轴9控制可溶性型芯8按照预设轨迹运动；

步骤三、去除铝合金坯料氧化皮后置于坩埚1中，在喷射环境中填充惰性气体，保证低氧环境15中的氧含量低于1PPM；

步骤四、启动系统加热程序，通过感应加热器2逐步将坩埚1加热到铝合金液相线以上100～150℃；

步骤五、通过热电偶7测量坩埚1温度，通过红外测温仪10测量可溶性型芯8的表面温度，控制感应加热器2的功率和可溶性型芯8与坩埚1的距离，实现坩埚1与可溶性型芯8温度控制；

步骤六、启动坩埚1内部的微滴产生装置，通过喷嘴3喷出金属微滴4；

步骤七、定位喷射坩埚1与可溶性型芯8的相对位置，启动打印程序，使金属微滴4在可溶性型芯8表面上按预设轨迹进行逐点逐层堆积形成成形制件5；

步骤八、完成沉积后，取出成形制件5，整体进行回火处理，消除成形制件5的热应力；

步骤九、溶解可溶性型芯8，抛光铝合金波导件的内表面，得到满足外部形状、内腔形状、尺寸精度及表面粗糙度要求的铝合金波导件。

本发明的有益效果是：该方法根据微小铝合金波导件内腔形状和尺寸要求，采用可溶性材料制备微小型芯；控制均匀铝微滴在型芯表面上逐点、逐层地堆积，打印出微小铝合金波导件外形；然后经整体退火、型芯溶解及内表面抛光工艺，得到满足外部形状，内腔形状、尺寸精度及内表面粗糙度要求的铝合金波导件。本发明通过尺寸微小的均匀铝熔滴逐点逐层地堆积，成形出尺寸微小、壁厚薄、外形复杂的铝合金波导件。同时，利用可溶性型芯的形状、尺寸精度，有效地提高了微小铝合金波导件内腔形状和尺寸精度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明