[发明专利]可熔化去除支撑的冷喷涂沉积金属3D打印方法与设备

摘要

本发明涉及一种可熔化去除支撑的冷喷涂沉积金属3D打印方法及设备，特点是方法包括的步骤为准备、前处理、预热、冷喷涂沉积打印底垫、冷喷涂沉积打印工件及后处理；其设备包括机箱、打印托盘底板、电热式打印托盘安装座、打印托盘、打印喷头、水平面运动组件、Z向运动组件、第一逆止阀、第二逆止阀、第一送粉器、第一加热套、支撑金属粉末储存罐、第二送粉器、第二加热套、零件金属粉末储存罐、气体加热装置、第一至第三减压阀、第一气动球阀、第二气动球阀、第三气动球阀、供气装置、温度传感器及金属粉末收集装置；在机箱的开口处设有密封门。其具有实现容易、成型速度快、效果好、制造、维护成本低，适用于各种金属材料的3D打印成型等优点。

主权项

1.一种可熔化去除支撑的冷喷涂沉积金属3D打印方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一 准备 将零件金属粉末放入零件金属粉末储存罐（18）中，将支撑金属粉末放入支撑金属粉末储存罐（15）中，将瓶装压缩工作气体装入供气装置（26）中；② 将打印托盘（5）放入机箱（1）内的电热式打印托盘安装座（4）上并锁好，关上并锁紧机箱（1）的密封门（29）；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 前处理 将单向阀（276）开启, 单向阀（276）的压力值设置为0.1～0.15MPa，第三减压阀（24）的压力值设置为0.6～2.0MPa，打开第三气动球阀（25），供气装置（26）中的气体依次通过第三气动球阀（25）、第三减压阀（24）及气体加热装置（19）后往机箱（1）内通入工作气体；②将第一减压阀（20）的压力值设置为0.6～2.0MPa，该压力值设置根据支撑金属粉末材料种类而定，使支撑金属粉末颗粒经打印喷头（9）的加速后的速度为该种支撑金属粉末的喷涂沉积临界速度值的0.4～0.8倍；通过Z向运动组件（28）控制打印托盘（5）的位置使打印喷头（9）的下端面至打印托盘（5）的上表面距离为15～25 mm；③待单向阀（276）开启后，先让气体排出2～3分钟，使机箱（1）内原有的氧气不断被稀释和排出；然后打开第一送粉器（13）及第一气动球阀（21），供气装置（26）中的气体依次通过第一气动球阀（21）、第一减压阀（20）及第一送粉器（13），从而使打印喷头（9）以20～40 mm/s的扫描速度往打印托盘（5）表面成型区域喷涂支撑金属粉末，喷涂速度是该种支撑金属粉末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 预热① 打开电热式打印托盘安装座（4）的电源，对打印托盘（5）进行加热，用温度传感器（10）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，Tp=（0.4‑0.7）Tm，Tm为该支撑金属粉末的熔点，界面预热温度上限≤500℃；启动气体加热装置（19），气体加热装置（19）将工作气体加热至200～500℃；启动第一加热套（14），使第一送粉器（13）中的支撑金属粉末加热至150～500℃；启动第二加热套（17），使第二送粉器（16）中的零件金属粉末加热至200～500℃；步骤四 冷喷涂沉积打印底垫① 将第一减压阀（20）、第二减压阀（22）和第三减压阀（24）的压力设置为1.0～3.5MPa，该压力值设置根据支撑金属粉末或零件金属粉末材料种类而定，使支撑金属粉末或零件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；② 打开第一送粉器（13）及第一气动球阀（21），使打印喷头（9）以20～40 mm/s的扫描速度往打印托盘（5）表面成型区域喷涂支撑金属粉末，此时喷涂速度高于喷涂沉积临界速度值，直至打印出厚度为0.1～0.25mm的底垫；步骤五 冷喷涂沉积打印工件在已打印好的底垫上按分层数据逐层打印工件，当打印工件实体区域时打开第二气动球阀（23）及第二送粉器（16）并关闭第一气动球阀（21），供气装置（26）中的气体依次通过第二气动球阀（23）、第二减压阀（22）及第二送粉器（16）从而使打印喷头（9）以20～40 mm/s的扫描速度往打印托盘（5）的工件实体区域喷涂零件金属粉末；当打印支撑区域时第一气动球阀（21）打开，第二气动球阀（23）关闭从而喷涂支撑金属粉末，扫描速度按v1=k2÷k1×v2，v1为支撑区域扫描速度，v2为零件实体区域扫描速度，k1为支撑金属粉末沉积率，k2为零件金属粉末沉积率；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；步骤六 后处理打印完成后，将打印工件连同打印托盘（5）一起取出，按打印托盘（5）在上打印工件在下的方向放入筛漏槽（30）上，将筛漏槽（30）、打印工件、打印托盘（5）放入热处理炉内加热，热处理炉内的温度高于支撑金属粉末熔点30～50℃以上，保温1～2小时待支撑金属全部熔化并流落到筛漏槽（30）内后，将工件、打印托盘（5）、筛漏槽（30）从热处理炉中取出；②待工件缓慢冷却后，用锉刀和砂纸对工件表面进行修整。