[发明专利]一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法及装置

权利要求书

1.一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）坩埚外环形加热炉将晶态合金加热至熔融状态，调控半导体制冷装置，设定沉积基板的温度；

（2）建立要打印的非晶合金零件的三维模型，切片分层处理形成STL格式文件，通过控制金属熔滴喷射频率和运动平台速度，按扫描路径逐滴沉积成形；

（3）液氮喷管二和液氮喷管一位于中空旋转平台上，当喷射路径发生改变时，中空旋转平台旋转一定角度，保证金属熔滴喷头、液氮喷管二和液氮喷管一所在直线同运动平台运动方向始终一致，金属熔滴喷头运动到指定位置后，惰性气体压力储存瓶通过惰性气体管将坩埚内熔融金属经送料管压至金属熔滴喷头处，热电偶检测熔融金属温度低于设定温度时，环形加热器启动保证熔融金属较好流动性，气压控制器9启动，带有压力的惰性气体推动活塞实现金属熔滴喷射；

（4）打印非晶合金零件上打印点时，圆形转盘带动金属熔滴喷头、液氮喷管一和液氮喷管二首先下降至距离此打印点0.1-0.5mm处，高压氮气瓶通过液氮管位液氮喷管一和液氮喷管二提供液氮，液氮喷管二在这一点先喷射液氮使沉积基板环境冷却，该打印点移动至金属熔滴喷头下方并喷射熔融金属液滴，然后该打印点移动至液氮喷管一下方并在这一点再喷射液氮使沉积金属液滴快速冷却变至非晶态；

（5）按扫描轨迹以同样方式完成一层喷射打印后，喷头上升一个打印层厚度，重复上述步骤（3）-（4），最终完成非晶合金零件的制备及成形过程。

2.根据权利要求1所述的非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于：非晶合金包括La基、Zr基、Mg基、Al基、Ti基、Pd基、Fe基、Cu基、Ce基非晶合金。

3.根据权利要求1所述的非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于：沉积基板19的移动速度10-100mm/s，所设定的沉积基板温度为零摄氏度到零下30摄氏度。

4.根据权利要求1所述的非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于：步骤（3）设定液氮喷管二和液氮喷管一轴心连线与X轴正方向夹角α，0°<α<180°，α=0°时为初始位置，金属熔滴喷射路径与X轴正方向夹角β，当喷射路径发生改变时，中空旋转平台22旋转一定角度，使得α=β，保证金属熔滴喷头、液氮喷管二和液氮喷管一所在直线，同运动平台运动方向始终一致。

5.根据权利要求1所述的非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于：步骤（3）中惰性气体压力储存瓶的压力为0.8MPa。

6.根据权利要求1所述的非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于：步骤（3）中气压控制器的调压范围为0-0.8MPa。

7.根据权利要求1所述的非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法其特征在于：步骤（4）中所述高压氮气储存瓶的压力为0.3-0.8MPa。

8.一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印装置，其特征在于：高压液氮罐通过液氮管7分别与液氮喷头一、液氮喷头二相连，液氮管上设置有开关一，惰性气体压力储存瓶通过惰性气体管一与坩埚相连，用于盛放熔融金属的坩埚外设置有环形加热炉，坩埚通过送料管与金属熔滴喷头连接，送料管上设置有开关二，惰性气体压力储存瓶通过惰性气体管二经过气压控制器与金属熔滴喷头相连，沉积基板固定在三轴运动平台的底座上，半导体制冷装置安装在沉积基板下方，圆形转盘用螺栓固定在中空旋转平台上方，金属熔滴喷头和液氮喷管一、液氮喷管二通过中空旋转平台和圆形转盘固定在三轴运动平台的Z轴上，金属熔滴喷头设置有隔热装置，环形加热器和热电偶安装在金属熔滴喷头的隔热装置内侧。

9.根据权利要求8所述的一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印装置，其特征在于：所述半导体制冷装置由上电极，散热片、变阻器、风扇、电源、半导体，下电极组成，上电极安装在沉积基板下方，上电极下方依次设置半导体、下电极、散热片和风扇，电源的正负极与下电极左右两侧相连，形成回路，回路上设置有变阻器。