[发明专利]一种用于生产高均匀性航空材料的液态3D打印供液方法及其供液系统

说明书

本申请实施例提供一种用于生产高均匀性航空材料的液态3D打印供液方法及其供液系统，涉及3D打印技术领域。液态3D打印供液方法主要是将固体金属原料在熔炼室内熔化、除气，得到金属液；使金属液在重力作用下自动流入净化室进行除渣净化处理，并在重力作用下自动流入储存室；采用储存室内的金属熔体在打印室内进行3D打印，控制储存室和打印室的压差为10kpa～30kpa。供液系统包括惰性气体供应站、真空泵，以及设置高度依次降低的熔炼室、净化室、储存室和打印室，惰性气体供应站和真空泵分别与腔室和打印室连通。该液态3D打印供液方法及其供液系统，实现连续稳定的提供高纯净度液态金属，满足大规格、高性能3D打印产品的需求。

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及一种用于生产高均匀性航空材料的液态3D打印供液方法及其供液系统。

背景技术

金属增材制造技术俗称金属3D打印，是将待成形金属零件的复杂三维模型逐层切片为2D截面，然后沿高度方向逐层堆积材料，最终成形出金属零件的金属加工技术。金属增材制造技术改变了传统大体积凝固的铸造模式，通过微元区域的连续熔融和叠加制备最终产品，避免了常规铸造方法的一系列缺点。液态金属3D打印技术属于金属增材制造技术的一种，其工作原理为：金属熔体在真空压力下从喷嘴出口连续喷出，在三维运动平台上凝固，逐层堆积，最终形成金属零件。液态金属3D打印技术采用金属熔体直接成形金属零件，在成形时通过调节三维运动平台的运行速度和三维运动平台到喷嘴口的高度获得金属零件的最佳组织性能。液态金属3D打印可以制备完全等轴晶组织的材料，材料具有良好的综合性能，进一步拓宽了金属材料在航空、电子等高端领域的应用。

供液是液态金属3D打印加工过程中一个非常重要的环节，持续稳定供液至关重要：一方面，稳定的液流可以保障工艺参数稳定，获得最佳产品性能；另一方面，持续供液可以获得较大尺寸的3D打印产品。

目前的供液方式一般是直接将金属熔化形成液态金属，再采用该液态金属进行打印。这种供液方式存在以下问题：一是无法实现液态金属的连续供给，无法满足大规格3D打印产品的需求；二是制备的液态金属纯净度不高，导致3D打印过程受阻或是3D打印产品存在气孔、夹渣、微裂纹等缺陷。

因此，探索一种用于生产高均匀性航空材料的液态3D打印供液方法及系统，以满足大规格、高性能要求的3D打印产品是目前急需解决的问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于生产高均匀性航空材料的液态3D打印供液方法及其供液系统，实现连续稳定的提供高纯净度液态金属，满足大规格、高性能3D打印产品的需求。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于生产高均匀性航空材料的液态3D打印供液方法，包括以下步骤：

将固体金属原料在熔炼室内熔化、除气，得到金属液；

使熔炼室内的金属液至少在重力作用下自动流入净化室进行除渣净化处理，得到金属熔体，并至少在重力作用下自动流入储存室；

利用储存室和打印室之间的压力差，使储存室内的金属熔体向打印室内喷射进行3D打印，在打印过程中，储存室的压力大于打印室的压力，且二者的压差为10kpa～30kpa，打印室内的压力为-90kpa～10kpa。

在上述实现过程中，熔炼室的液态金属可以自动流入净化室，净化室的液体金属可以自动流入储存室，经过熔炼室、净化室和储存室相应的处理，就能得到连续稳定、高纯净度的液态金属；而且通过控制储存室和打印室的压差，就能使储存室内的液态金属稳定、连续喷射至打印室内，实现3D打印，尤其可以满足大规格、高性能3D打印产品的需求。本申请尤其是控制储存室和打印室之间的压差为10kpa～30kpa，得到高均匀性的3D打印产品，尤其是航空材料，如果二者的压差控制得过大，会因金属熔体冲击严重导致3D打印产品成形性差，且组织存在气孔、缩孔及界面效应等问题；如果二者的压差控制的过小，则会发生熔体喷射不到位、供液不足及喷嘴堵塞的问题。