[发明专利]一种冷气动力喷涂实现增材制造的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及增材制造(AM)俗称3D打印技术领域，具体为一种冷气动力喷涂实现增材制造(3D打印)的方法——CGDS-AM(非热输入型3D打印技术)，采用冷气动力喷涂，依靠颗粒高速运动事所具有的动能进行快速沉积，实现非熔化3D打印的新技术。

背景技术：

3D打印技术，即快速制造(RM)技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，再将建成的3D模型“分区”成逐层的截面，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

传统3D打印技术的成型原理均是通过热输入将原料粉末熔融，并结合CAE(计算机辅助工程Computer Aided Engineering)技术来实现增材制造。而对热和氧化敏感的材料，由于熔化后其组织、成分、各类物性参数都将产生变化，难以通过该种方法来实现增材制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷气动力喷涂实现增材制造(3D打印)的方法，通过采用冷气动力喷涂工艺结合计算机辅助制造实现3D打印，开辟一种制备具有一定精度且形状复杂的热敏感性材料工件的方法。

本发明的技术方案如下：

一种冷气动力喷涂实现增材制造的方法，该方法采用冷气动力喷涂工艺，并结合先进计算机辅助制造技术，实现CGDS-AM非热3D打印增材制造工件。

所述的冷气动力喷涂实现增材制造的方法，该方法通过3D打印的快速成型技术和冷气动力喷涂技术有机结合，以粉末为加工原料，采用压缩气体为加速介质，带动金属颗粒在固态下以1～4Mach的超音速碰撞基板，导致颗粒发生强烈的塑性变形，从而使粉末逐层沉积在金属基板上，叠加形成金属工件。

所述的冷气动力喷涂实现增材制造的方法，制造工件的过程中，冷气动力喷涂工艺的具体参数如下：加速介质使用压缩气体，种类为空气、氮气、氦气或上述两种以上的混合气体，喷涂时气体加热温度为100～1000℃，以提高压缩气体速度；喷涂压力为0.6～5MPa，喷涂距离为10～80mm，入射角度50°～90°。

所述的冷气动力喷涂实现增材制造的方法，选用的粉末粒径分布为5～50μm，以及团聚至微米级5～50μm的纳米颗粒。

所述的冷气动力喷涂实现增材制造的方法，采用专业CAD工具结合高精度自动机器人持枪实现3D打印。

所述的冷气动力喷涂实现增材制造的方法，制备的工件成分与使用粉末相同，并保留粉末初始组织且局部更加细化。

本发明的设计思想是：

冷气动力喷涂是近年来发展起来的一门新技术，受到国内外学者广泛关注。普遍被应用于表面改性，制备功能涂层以及工件修复技术。与传统的热喷涂不同，冷气动力喷涂是在低温状态下，通过高速粉末颗粒撞击基体时产生剧烈的塑性变形而实现沉积成型。在成型过程中不改变原料的组织及成分，因此冷气动力喷涂特别适合应用于对热和氧化敏感的粉末增材制造。经检索，将冷气动力喷涂结合CAE技术实现3D打印在国内外还未见有专利报导。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明开辟一种热敏感性材料的3D打印技术，解决了传统3D打印技术无法应用于热敏感性材料，如：高温易相变、易挥发合金及非晶、准晶、纳米晶等材料的难题，实现CGDS-AM非热3D打印制备具有较高精度的复杂工件。

2、采用本发明制备的工件成分与使用粉末相同，并保留粉末初始组织且更为细化，解决了制备纳米晶块体材料和部件的难题。

3、采用本发明制备的工件具有良好的机械性能。

4、采用本发明制备的工件具有较高的精度，实现近净成形。

附图说明

图1为冷气动力喷涂3D打印示意图。

图2为采用冷气动力喷涂3D打印技术制备管材。

图3为采用冷气动力喷涂3D打印技术制备Al12Si工件的截面组织形貌。

具体实施方式