[发明专利]基于连续纤维牵引的低熔点金属熔融沉积3D打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属3D打印技术领域，具体涉及一种基于连续纤维牵引的低熔点金属熔融沉积3D打印方法。

背景技术

低熔点金属3D打印方法一般是指，采用熔融状态下的液态低熔点金属墨水为3D打印材料，通过特制的3D打印喷头，在三维运动机械系统的精确控制下，挤出喷射在底板或前一层金属材料上，在空气或者液态冷却剂的作用下冷却凝固沉积，从而层层累积成型进行金属零件的3D打印(一种低熔点金属3D打印装置，中国专利CN203992400U[P].2014.)。该3D打印方法是一种低成本、高效的能够直接制造金属零件、电子线路或金属功能零件的增材制造方法，对于传统电气元件、金属结构/功能零件的制造有着极大的意义，已经逐渐成为研究的热点和未来3D打印的发展方向之一(王磊,刘静.低熔点金属3D打印技术研究与应用[J].新材料产业,2015(1):27-31.)。

然而，目前的低熔点金属3D打印方法存在着两个极其关键的技术问题，大大地约束了其发展的空间：

一、在室温下，大部分液体的表面张力在100达因/厘米以下，而液态金属的表面张力可达几百乃至上千达因/厘米，其较大的表面张力使金属液体在喷头挤出口处所形成的液滴体积将非常的大，这样才可以使其重力能够克服张力从而自由落体沉积于底面上，因此，3D打印的精度将会被这些较大的液滴所限制，难以形成精细的结构体；

二、不同于用于熔融沉积3D打印的热塑性塑料材料存在粘流态，低熔点金属材料熔融状态下为流动性较好的液态，因此，液体金属在沉积过程中更容易流动扩散，会使3D打印的可控性大大下降，同时，又由于较大的表面张力，液体金属在沉积时更容易形成液体的团聚现象。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种基于连续纤维牵引的低熔点金属熔融沉积3D打印方法，提高了低熔点金属3D打印的打印分辨率以及精度，提高了零件的力学性能和功能性。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

基于连续纤维牵引的低熔点金属熔融沉积3D打印方法，包括下列步骤：

1)送丝轮1将低熔点金属丝2从金属丝料盘3中牵引出，送入到连接在XY机械运动机构11上的3D打印头4中，在3D打印头4的熔融腔5中熔融成液态金属6；同时，连续纤维丝7通过3D打印头4的微孔通道8进入到熔融腔5中；

2)熔融腔5中的连续纤维丝7与液态金属6相浸润，一起从3D打印头4的喷嘴9中挤出，在连续纤维丝7的牵引下，液态金属6不形成大液滴即附着在连续纤维丝7上并连续流出；

3)流出的液态金属6在连续纤维丝7的束缚下，以均匀纤细的状态，在和Z机械运动机构12连接的打印底板10上冷却凝固沉积；

4)XY机械运动机构11与Z机械运动机构12按照模型数据精确运动，控制3D打印头4和打印底板10相配合，最终完成熔融沉积3D打印金属零件13的打印。

所述的低熔点金属丝2为Bi、Sn、Pb或In基合金。

所述的连续纤维丝7是碳纤维、玻璃纤维、金属纤维或有机合成纤维。

本发明的有益效果：本发明创造性地采用连续纤维丝7来牵引和束缚液态金属6，从而克服液态金属6由于其大表面张力和高流动性所带来的大液滴和团聚现象，大大地提高了低熔点金属3D打印的打印分辨率以及精度，也避免了大量内部缺陷的产生，在一定程度上提高了零件的力学性能和功能性。

附图说明

图1是本发明方法的打印示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

1)参照图1，送丝轮1将低熔点金属丝2从金属丝料盘3中牵引出，送入到连接在XY机械运动机构11上的3D打印头4中，在3D打印头4的熔融腔5中熔融成液态金属6，所述的低熔点金属丝2为Bi、Sn、Pb或In基合金；同时，连续纤维丝7通过3D打印头4的微孔通道8进入到熔融腔5中，所述的连续纤维丝7是碳纤维、玻璃纤维、金属纤维或有机合成纤维；

2)熔融腔5中的连续纤维丝7与液态金属6相浸润，一起从3D打印头4的喷嘴9中挤出，在连续纤维丝7的牵引下，液态金属6不形成大液滴即附着在连续纤维丝7上并连续流出；

3)流出的液态金属6在连续纤维丝7的束缚下，以较为均匀纤细的状态，在和Z机械运动机构12连接的打印底板10上冷却凝固沉积；

4)XY机械运动机构11与Z机械运动机构12按照模型数据精确运动，控制3D打印头4和打印底板10相配合，最终完成熔融沉积3D打印金属零件13的打印。

本发明采用连续纤维丝7作为液态金属6挤出沉积时的牵引线，使液态金属6附着在连续纤维丝7上并跟随连续纤维丝7连续挤出，避免了金属大液滴的形成，大大提高打印分辨率；同时，在沉积凝固过程中，连续纤维丝7可以束缚液态金属6的扩散，从而提高零件的精度，避免出现过多的结构缺陷。本发明大大地提高了低熔点金属3D打印的打印分辨率以及精度，也避免了大量内部缺陷的产生，在一定程度上提高了零件的力学性能和功能性，从而促进金属3D打印技术的发展和应用。