[发明专利]一种应用于金属的超声波增材制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种应用于金属的超声波增材制备方法及装置，该装置包括进线部件、加热部件和打印平台（8），所述进线部件和加热部件均设置于打印平台（8）上，所述进线部件包括进丝导轮（2），金属丝（1）通过进丝导轮（2）推进至加热部件，所述加热部件包括超声波换能器（4）和变幅杆（9），所述超声波换能器（4）和变幅杆（9）相连接；还包括控制器（5），所述控制器（5）分别与加热部件和打印平台（8）相连接，所述打印平台（8）设置于工作腔（10）内。本发明解决了目前金属3D打印中存在的金属粉末颗粒加工困难及加工精度难以保证的问题，可以实现零部件的高精度、高效率的金属3D打印。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种应用于金属的超声波增材制备方法及装置。

背景技术

3D打印技术是上世纪80年代末到90年代初出现的，至今有30年左右的时间。其打印的原理是：以3D数字模型文件为输入，运用粉末状或丝状等可粘合的材料，通过逐层打印的方式来建构物体。相比于锻造的等材制造和车床加工的减材制造，3D打印其实是一种新型加工制造方式，是快速成型技术的一种，又称增材制造。

3D打印的具体过程是：首先进行建模，把需要加工制造的物体在电脑上用专用的软件进行设计；有了模型之后，开始切片；切片相当于将已经建好的3D数字模型转化为平面图形，3D打印机可沿切片出来的图形行走，这一步非常关键。切片完成后，将文件发送给3D打印机，接下来就是真正将数字文件转变为真实的物体。3D打印无需先行进行模具和机械加工，这样可以加快产品的研发过程，提供个性化和定制产品，增加产品的灵活性。

可以进行3D打印的材料有很多种，包括树脂、金属、陶瓷、塑料或天然材料等，这些材料通过堆积形成实在的功能产品。打印金属零部件一直是研究和应用的重点。打印金属的方式主要有两种：

第一种，粉末床电子束3D打印医用金属材料。首先将所设计零件的三维立体图形按一定的厚度切片分层，得到三维立体零件的所有二维信息；在真空环境下以电子束为加热源，电子束在电磁偏转线圈的励磁作用下由计算机控制，依据零件各个截面的二维数据有选择地对预先铺在工作台上的粉末层进行扫描熔化。当前层加工完成后，工作台下降一个层厚的高度，进行下一层的铺粉和熔化，同时新熔化层与前一层熔合为一体。不断重复上述过程直到零件加工完后从真空箱中取出，得到三维零件。

第二种，选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)。同样，首先将所设计零件的三维立体图形按一定的厚度切片分层，得到三维立体零件的所有二维信息.在SLM过程中，计算机控制激光束进行连续的对金属粉末层进行选择性扫描，激光扫描过的地方，金属粉末熔化并形成熔池，熔化的金属迅速冷却并凝固成实体，打印完一层，与粉末床电子束3D打印相同，工作太下降一固定高度，进行下一层的铺粉和熔化，通过这一过程的重复进行，最终累积成三维立体的金属零件。

这两种方法存在问题是，1、需要的金属材料，为超细、高纯度和高球化率的金属粉末，加工困难，国内加工的金属粉末与德国美国及日本等国家的存在较大差距；2、两种打印方式的切片分层厚度，需要依靠粉末材料铺层厚度决定，精度难以保证；3、两种打印方式，在加工零部件时，需要在真空工作腔中完成，操作复杂，成本较高。

发明内容

为了解决上述技术中存在的均匀颗粒材料制备困难和加工精度有限的问题，本发明一方面提供了一种应用于金属的超声波增材制备装置，包括进线部件、加热部件和打印平台，所述进线部件和加热部件均设置于打印平台上，所述进线部件包括进丝导轮，金属丝通过进丝导轮推进至加热部件，所述加热部件包括超声波换能器和变幅杆，所述超声波换能器和变幅杆相连接；还包括控制器，所述控制器分别与加热部件和打印平台相连接。

具体的，所述加热部件还包括温度传感器A，所述温度传感器A用以测量超声波换能器的加热温度，并将检测结果反馈至控制器。

具体的，所述进丝导轮包括两个反向转动的导轮，所述导轮下设置有圆台形固线装置。