[发明专利]高频感应加热辅助冷喷涂沉积金属3D打印方法与设备

摘要

本发明涉及一种高频感应加热辅助冷喷涂沉积金属3D打印方法及设备，特点是方法步骤依次为准备、预处理、冷喷涂沉积打印及后处理；其设备包括机箱、打印托盘底板、打印托盘安装座、打印托盘、打印喷头、水平面运动组件、Z向运动组件、高频加热部件安装板、磁通集中装置、感应线圈、绝缘材料、温度传感器、气体加热装置、第一减压阀、第一气动球阀、第二减压阀、第二气动球阀、供气装置、金属粉末储存罐、送粉器、加热套及金属粉末收集装置，机箱的开口处设有密封门。其具有显著提高金属粉末冷喷涂沉积成型能力、设备制造和维护成本低，适用于各种金属材料等优点。

主权项

1.一种高频感应加热辅助冷喷涂沉积金属3D打印方法，其特征在于包括：步骤一准备①将用于3D打印的金属粉末放入3D打印机金属粉末储存罐（16）中；将瓶装压缩工作气体装入供气装置(21)中；②将打印托盘（5）放入机箱（1）中的打印托盘安装座（3）上并锁好，打印托盘安装座（3）设在Z向运动组件上且位于机箱（1）中，关上并锁紧机箱密封门（24），机箱（1）的排气口与金属粉末收集装置（22）的单向阀（226）连通；③调入需要打印零件的3D模型数据，对模型进行分层切片处理；步骤二预处理单向阀（226）开启，单向阀（226）压力值设置为0.1～0.15MPa，将第二减压阀（19）的压力值设置为0.6～2.0MPa，打开第二气动球阀（20），供气装置（21）中的气体依次通过第二气动球阀（20）、第二减压阀（19）及气体加热装置（13）往机箱（1）内充入工作气体；②将第一减压阀（17）的压力值设置为0.6～2.0MPa，该压力值设置根据金属粉末材料种类而定，使金属粉末颗粒经打印喷头（9）加速后的速度为该种金属粉末颗粒的喷涂沉积临界速度值的0.4～0.8倍，控制Z向运动组件（23）从而调整打印托盘（5）的Z向位置，此时打印喷头（9）的下端面至打印托盘（5）的上表面距离为15～25mm；③待单向阀（226）开启后，先将机箱（1）内的气体排出2～3分钟，使机箱（1）内原有的氧气不断被稀释和排出；然后打开送粉器（15）及第一气动球阀（18），供气装置（21）中的气体依次通过第一气动球阀（18）、第一减压阀（17）及送粉器（15）从而使打印喷头（9）以20～40 mm/s的扫描速度往打印托盘（5）表面成型区域喷涂金属粉末，喷涂速度是该种金属粉末颗粒喷涂沉积临界速度值的0.4～0.8倍，从而对打印托盘（5）的成型区域进行喷丸清洁；步骤三 冷喷涂沉积打印①打开机箱（1）内的感应线圈（7）的电源，感应线圈（7）的磁力线对打印托盘（5）及随后在其表面上逐层沉积的金属工件表面进行加热，用温度传感器（12）检测喷射沉积成型区域的温度，当温度达到界面预热温度上限即Tp+15℃时停止加热，当温度低于预热温度下限即Tp‑15℃时则启动加热，所述Tp=（0.4～0.7）Tm，Tm为该金属的熔点，界面预热温度上限≤600℃；启动气体加热装置（13），气体加热装置将气体加至热200～600℃；启动送粉器（15）上的加热套（14），加热套（14）将送粉器（15）中的金属粉末加热至200～600℃；第一减压阀（17）和第二减压阀（19）的压力设置为1.0～3.5MPa，第一减压阀（17）和第二减压阀（19）两压力值设置根据金属粉末材料种类而定，使金属粉末颗粒经打印喷头加速后的速度大于其喷涂沉积临界速度值；此时打印喷头（9）的扫描速度为20～40 mm/s，按分层数据逐层打印零件，每打印完一层，打印托盘（5）下降一个层距，从而使打印过程中喷涂距离保持不变；步骤四 后处理①工件打印完成后，关闭第一气动球阀（18）、第二气动球阀（20）、气体加热装置（13）、加热套（14）；②通过对感应线圈（7）通或断电，将打印托盘（5）上的工件温度调整至工件金属材料的去应力退火温度，保温1～2小时后停止加热，待工件冷却至200～250℃后，连同打印托盘（5）一起取出；通过线切割将工件与打印托盘（5）分开，从而得到所需的金属3D打印件；③ 对金属粉末收集装置（22）中的金属粉末进行清理。