[发明专利]均匀金属微滴选域择向沉积3D打印方法

说明书

本发明公开了一种均匀金属微滴选域择向沉积3D打印方法，用于解决现有均匀金属微滴沉积3D打印方法打印精度差的技术问题。技术方案是首先以较大间距打印较低温度的金属微滴，使其打印轨迹由一离散的凸点序列组成，然后根据打印件形状要求，在离散凸点间择向沉积高温液滴，利用高温微滴在已锚定凸点间的表面张力毛细扩展机理，实现凸点间隙的完全填充，并保证热应力、热变形及局部沉积缺陷不累积，从而满足高金属件形状尺寸精度以及打印过程的稳定性的要求。

技术领域

本发明涉及一种均匀金属微滴沉积3D打印方法，特别涉及一种均匀金属微滴选域择向沉积3D打印方法。

背景技术

均匀金属微滴按需打印技术在电子线路快速制备、复杂制件增材制造等领域有着广泛的应用前景。该技术基于离散、堆积的成形原理，以金属微滴为基本沉积单元，通过微滴逐滴堆积形成均匀金属导线、感应线圈或实体零件。与其它金属增材制造方法相比，均匀金属微滴按需打印技术具有设备及成形成本低、原材料来源广泛、能耗需求低、成形效率高等优点，有望在微电子线路及器件打印、复杂金属件增材制造、快速3D钎焊等方面取得广泛的应用。

文献“Fang,M.,.Rapid Prototyping By Deposition of Molten MetalDroplets.University of Toronto,2003.42”，“Qi,Lehua.,et al.,novel selectionmethod of scanning step for fabricating metal components based on micro-droplet deposition manufacture.International Journal of Machine Tools andManufacture,2012.56:50-58”介绍了目前均匀金属微滴打印的一般策略：在打印一颗金属微滴后，基板向打印方向偏移一个距离，然后喷射下一颗金属微滴，使之堆积到前一颗已凝固液滴的一侧，并与之形成冶金结合，按此依次逐颗堆积成线，面和体。

现有均匀金属微滴喷射成形过程中微滴连续打印方法存在以下问题：高温金属微滴连续沉积过程易形成热应力、热变形以及定位误差的积累，从而导致打印件变形。同时，高温金属微滴沉积过程中的微小缺陷(如喷嘴杂质引起的微滴误定位、弹跳等缺陷)会影响后续打印的液滴沉积，进而影响打印过程的稳定性。

发明内容

为了克服现有均匀金属微滴沉积3D打印方法打印精度差的不足，本发明提供一种均匀金属微滴选域择向沉积3D打印方法。该方法首先以较大间距打印较低温度的金属微滴，使其打印轨迹由一离散的凸点序列组成，然后根据打印件形状要求，在离散凸点间择向沉积高温液滴，利用高温微滴在已锚定凸点间的表面张力毛细扩展机理，实现凸点间隙的完全填充，并保证热应力、热变形及局部沉积缺陷不累积，从而满足高金属件形状尺寸精度以及打印过程的稳定性的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种均匀金属微滴选域择向沉积3D打印方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、接通基板加热装置5和微滴喷射加热装置2，将基板6和均匀微滴喷射装置1加热至预定温度；

步骤二、调整均匀微滴喷射装置1的温度与基板6的温度，利用均匀微滴喷射装置1打印出均匀金属微滴3，按照预定打印轨迹，在基板6上打印出离散的点阵金属凸点4；

步骤三、调整基板6与均匀微滴喷射装置1之间的相对位置，将打印位置定位于离散的金属凸点4之间空缺的中间处；

步骤四、开始同步均匀微滴喷射装置1与脉冲激光器7，激光光束9通过透镜8聚焦后，作用于沉积的均匀金属微滴3表面，使其加热成为第一层填充高温微滴11；

步骤五、按照预定打印轨迹，高温金属微滴打印于已凝固金属凸点4之间，利用毛细力的作用实现完全铺展，以填充金属凸点4之间的空缺，形成形貌均匀致密的打印件局部；