[发明专利]均匀金属微滴喷射3D打印孔洞缺陷的抑制方法

权利要求书

1.均匀金属微滴喷射3D打印孔洞缺陷的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取金属或合金作为打印原材料，并对打印原材料表面的氧化皮和杂质进行处理；

2)将处理后的打印原材料供给至按需式均匀金属微滴发生器；其中，所述按需式均匀金属微滴发生器(1)布置在低氧低水环境(11)中；所述低氧低水环境(11)采用惰性气体手套箱；箱体内氧气与水蒸气含量均在5PPM以下；所述按需式均匀金属微滴发生器(1)的外壁上设置有感应加热器(2)；所述按需式均匀金属微滴发生器(1)的底部设置有喷嘴(3)；所述按需式均匀金属微滴发生器(1)布置在沉积基板上方；所述按需式均匀金属微滴发生器(1)接地处理；

3)启动感应加热器(2)；所述感应加热器(2)产生热量对打印原材料进行加温，打印原材料熔化为熔融液态金属或合金；

4)打印初始化；将三维工作台(10)移动至打印位置，调整沉积基板(7)距喷嘴(3)至设定距离；其中，所述三维工作台(10)接地处理；所述三维工作台(10)的上表面从下到上依次铺设绝缘板(9)、加热板(8)和沉积基板(7)；所述沉积基板(7)与高压直流电源Ⅰ的正极接通；所述高压直流电源Ⅰ的电压在0～1000V范围内连续可调；所述三维工作台(10)具有X方向移动轴、Y方向移动轴和Z方向移动轴，实现XYZ三个方向的运动；所述沉积基板(7)、加热板(8)、绝缘板(9)和三维工作台(10)均布置在低氧低水环境(11)中；

5)启动加热板(8)对沉积基板(7)进行预热处理；

6)启动按需式均匀金属微滴发生器(1)，激发熔融态金属或合金原材料在喷嘴(3)处挤出，形成液流；

7)在充电电极(4)的诱导作用下，负电荷聚集到液流上；当液流长度达到一定阈值时，液流断裂形成带负电荷的充电金属微滴(5)；其中，所述充电电极(4)布置在喷嘴(3)与沉积基板(7)之间；所述充电电极(4)下方设置有电场屏蔽板；所述充电电极(4)和电场屏蔽板均为环形片状结构；所述充电电极(4)和电场屏蔽板上设置有供充电金属微滴(5)穿过的孔洞；所述电场屏蔽板的外径大于充电电极(4)的外径，内径小于充电电极(4)的内径；所述充电电极(4)与高压直流电源Ⅱ的正极接通；所述电场屏蔽板接地处理；所述高压直流电源Ⅱ的电压在500～5000V范围内连续可调；

8)带负电荷的充电金属微滴(5)穿过充电电极(4)上的孔洞向通电沉积基板(7)飞行；带负电荷的充电金属微滴(5)与沉积基板(7)之间逐渐形成电场；电场强度随着两者的距离减小而增大；在电场诱导作用下，电荷在充电金属微滴(5)内部重新分布，负电荷聚集到微滴的底部，从而增大麦克斯韦应力；当电场强度达到一定水平时，充电金属微滴(5)的电荷水平升高到临界电荷水平以上，充电金属微滴(5)在麦克斯韦应力作用下克服表面张力与周围环境气体压力而变形，在充电金属微滴(5)底部生成泰勒锥(13)；

9)带负电荷的充电金属微滴(5)向沉积基板(7)沉积；带负电荷的充电金属微滴(5)底部的泰勒锥(13)与沉积基板(7)表面率先接触，在随后的流动铺展过程中，微滴沉积区域内的环境气体被顺势排出；

10)根据成形制件数字模型，反复控制按需式均匀金属微滴发生器(1)产生充电金属微滴(5)，并控制充电金属微滴(5)的打印沉积与三维工作台(10)运动间的协调匹配，实现第一个沉积层逐滴打印；

11)上一个沉积层成形完成后，三维工作台(10)的Z轴方向下降一个沉积层高度；以已沉积凝固层(14)将作为新的打印沉积基体；充电金属微滴(5)沉积在已沉积凝固层(14)上；其中，新入射的充电金属微滴(5)与已沉积凝固层(14)发生微域互熔，形成重熔区(15)；电场的导向吸引作用促进充电金属微滴(5)的流动填充，进而促进充电金属微滴(5)对凝固层(14)表面的微小空隙(16)的完全填充；

12)重复步骤11)，实现逐滴逐层打印直至成形结束，最终形成成形制件(6)；

13)关闭整个打印沉积系统，将成形制件(6)从低氧低水环境(11)内取出，并对成形制件(6)进行回火处理。

2.根据权利要求1所述的均匀金属微滴喷射3D打印孔洞缺陷的抑制方法，其特征在于：步骤1)中，采用表面机械磨削及酸碱腐蚀相结合的方法去除打印原材料表面的氧化皮和杂质。