[发明专利]一种提高金属熔滴按需打印沉积成形零件致密度的方法

摘要

一种提高金属熔滴按需打印沉积成形零件致密度的方法，包括单线条金属熔滴沉积成形方法和三维零件逐层堆积成形方法，首先利用计算机软件设计出待成形零件的三维立体模型；然后沿z轴方向对零件模型进行分层离散处理，将零件的三维数据信息转换为一系列二维层面数据信息，并依据每一层面的轮廓几何特征，生成包含熔滴喷射控制和沉积路径信息的联合数控代码；成型系统依据联合数控代码，协调控制熔滴的喷射和三维基板的运动，使熔滴在基板上按照成形轨迹逐点、逐层堆积，最终实现三维零件的制造。该成形技术无需特殊的模具及昂贵设备，可直接成形复杂三维金属结构，具有成本低、成形效率高、材料来源范围广、柔性化、能耗低和无污染等优点。

主权项

一种提高金属熔滴按需打印沉积成形零件致密度的方法，其特征在于，包括单线条金属熔滴沉积成形方法和三维零件逐层堆积成形方法，其中：所述的单线条金属熔滴沉积成形方法包括如下步骤：(1)设定基本工艺参数：环境氧含量Oc，熔滴直径D，熔滴初始温度Td，熔滴沉积频率f，沉积距离h；(2)在设定的基本工艺参数下，分别采用不同的沉积基板温度Tb(Tb‑1，Tb‑2......Tb‑n)进行单个熔滴的沉积实验，观察熔滴在基板上沉积后的形态，并测量出每个基板温度Tb下熔滴固化后的凝固角θ，得出沉积基板温度Tb对熔滴凝固角θ的影响规律，建立两者之间的数值关系为：θ=A+B1Tb+B2Tb2+B3Tb3(Tb‑1＜Tb＜Tb‑n)  (1)(3)依据相邻两颗熔滴搭接融合机理和质量守恒定律建立两颗熔滴获得最佳搭接融合状态时沉积步距的计算模型，推导出熔滴最优沉积步距的计算公式为：得出：Woptim只与熔滴直径D和固化后的凝固角θ有关；(4)根据步骤(2)和步骤(3)中得出的计算公式(1)和(2)，计算出在设定的沉积基板温度Tb‑i(i表示：1......n)下对应的最优沉积步距Woptim‑i(i表示：1......n)；(5)依照步骤(4)中计算出的Woptim‑i，在设定的基本工艺参数下，采用不同的沉积基板温度Tb(Tb‑1，Tb‑2......Tb‑n)和对应的最优沉积步距Woptim‑i(i表示：1......n)，进行单线条金属熔滴沉积成形试验，对比沉积试验结果，得出熔滴获得最佳搭接融合状态和成形线条获得最好质量时的沉积基板温度(Tb)和沉积步距(Woptim)；所述的三维零件逐层堆积成形方法包括如下步骤：(1)设定基本工艺参数：环境氧含量Oc，熔滴直径D，熔滴初始温度Td，熔滴沉积频率f，沉积距离h；(2)依据单线条金属熔滴沉积成形试验中步骤(5)所得出的试验结果，设定最优的沉积基板温度(Tb)和沉积步距(Woptim)；(3)根据三维零件分层离散后的层面轮廓数据信息，采用光栅扫描轨迹模式对每一层面内的实体区域进行填充，并依据设定的最优沉积步距(Woptim)，生成包含金属熔滴喷射控制信息和三维沉积基板运动轨迹信息的联合数控文件；(4)依据步骤(3)中生成的数控文件，成型系统读入第一个层面的成形数据信息，通过协调控制金属熔滴的喷射和三维沉积基板的运动，使金属熔滴按照光栅扫描轨迹在x‑y平面内逐点沉积，成形出第一个层面；(5)沉积基板下降一个层面的高度，成型系统读入第二个层面的成形数据信息，并调整金属熔滴光栅扫描轨迹的方向，使相邻两层光栅扫描轨迹方向的夹角为90°，通过协调控制金属熔滴的喷射和三维沉积基板的运动，使金属熔滴按照调整后的光栅扫描轨迹在x‑y平面内逐点沉积，成形出第二个层面；(6)重复步骤(4)和(5)，成型系统逐次读入后续每一个层面的成形数据信息，逐层沉积，直到最后成形出三维零件；(7)零件成形结束后，在显微镜下观察零件内部截面形貌，并测量成形零件的致密度。