一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置及其成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置及其成型方法，包括用于裝載熔融態(tài)金屬的坩堝、以及設(shè)置于坩堝下方的保護(hù)罩；坩堝的底端開設(shè)有開口，開口上安裝有用于滴出液態(tài)金屬熔滴的噴嘴，噴嘴穿過保護(hù)罩并伸入保護(hù)罩中，噴嘴的下方設(shè)有基板，噴嘴與基板之間安裝有用于破碎液態(tài)金屬熔滴的氣體霧化裝置。能夠?qū)⒁簯B(tài)金屬大熔滴破碎成微小熔滴后進(jìn)行成型，使得成型后表面平整度和殘余應(yīng)力會(huì)有很大的改善，表面形貌由一個(gè)大液滴形成的中間高兩邊低的半橢球狀變?yōu)檩^平整的近似矩形，有利于下一步的累加成型，從而使熔滴成型件的表面質(zhì)量得到提高。
【專利說明】一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置及其成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體霧化金屬熔滴成型技術(shù)方法，涉及機(jī)械零部件的快速成型與修復(fù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置及其成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬熔滴成型是3D打印技術(shù)的一種，可通過逐層堆積直接成形零部件，與傳統(tǒng)加工方法相比，無需特殊模具和昂貴設(shè)備，成型速度更快，極具發(fā)展?jié)摿?。但存在的問題是大顆熔滴滴落在基板上在凝固之前無法完全展平，成型件表面會(huì)形成中間高邊緣低的半橢球型，對(duì)表面質(zhì)量和殘余應(yīng)力影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置及其成型方法。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置，包括用于裝載熔融態(tài)金屬的坩堝、以及設(shè)置于坩堝下方的保護(hù)罩；坩堝的底端開設(shè)有開口，開口上安裝有用于滴出液態(tài)金屬熔滴的噴嘴，噴嘴穿過保護(hù)罩并伸入保護(hù)罩中，噴嘴的下方設(shè)有基板，噴嘴與基板之間安裝有用于破碎液態(tài)金屬熔滴的氣體霧化裝置。
[0006]所述氣體霧化裝置中裝有惰性氣體。
[0007]所述氣體霧化裝置包括:氣體加熱裝置、以及輸氣管，輸氣管安裝于氣體加熱裝置的輸出端，輸氣管穿過保護(hù)罩后伸入保護(hù)罩中，且位于噴嘴的下端，氣體加熱裝置中裝有惰性氣體。
[0008]所述氣體加熱裝置對(duì)惰性氣體進(jìn)行加熱，加熱到與坩堝中金屬熔點(diǎn)相同的溫度，以防止液態(tài)金屬熔滴在下落過程中凝固。
[0009]所述氣體加熱裝置的輸出口上安裝有用于對(duì)氣體加壓的氣泵，氣泵的輸出端與輸氣管相連接。
[0010]所述輸氣管上開設(shè)有多個(gè)出氣口。
[0011]所述出氣口交叉設(shè)置。
[0012]所述保護(hù)罩中填充有惰性氣體。
[0013]一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置的成型方法，包括以下步驟:
[0014]I)將基板放入到保護(hù)罩，并在保護(hù)罩中充入惰性氣體；
[0015]2)采用氣體霧化裝置對(duì)惰性氣體進(jìn)行加熱，然后利用氣體霧化裝置的輸氣管將惰性氣體進(jìn)行噴出，形成高速、穩(wěn)定的惰性氣體流；
[0016]3)打開噴嘴，使得液態(tài)金屬?gòu)膰娮熘械纬?，形成液態(tài)金屬熔滴，惰性氣體流對(duì)液態(tài)金屬熔滴進(jìn)行沖擊、破碎，破碎后的液態(tài)金屬熔滴落到基板上凝固成型。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果為:[0018]本發(fā)明提供了一種氣體霧化金屬熔滴成型放置，由于在金屬熔滴成型中設(shè)置了氣體霧化裝置，能夠?qū)⒁簯B(tài)金屬大熔滴破碎成微小熔滴后進(jìn)行成型，使得成型后表面平整度和殘余應(yīng)力會(huì)有很大的改善，表面形貌由一個(gè)大液滴形成的中間高兩邊低的半橢球狀變?yōu)檩^平整的近似矩形，有利于下一步的累加成型，從而使熔滴成型件的表面質(zhì)量得到提高。
[0019]進(jìn)一步的，本發(fā)明中氣體霧化裝置采用氣體加熱器對(duì)惰性氣體進(jìn)行高溫加熱，形成惰性氣體流沖擊液態(tài)金屬，由于惰性氣體加熱到接近金屬熔點(diǎn)的溫度可以防止熔滴在下落過程中凝固，因此，可以進(jìn)一步使得熔滴成型件的表面質(zhì)量得到提高。
[0020]本發(fā)明還提供了一種氣體霧化金屬熔滴成型方法，利用氣體霧化技術(shù)用高速的氣流沖擊液態(tài)金屬或合金，并將其破碎成微小熔滴，若干小熔滴的凝固形貌比同樣體積的一顆大熔滴更為平整，殘余應(yīng)力更小。因此，氣體霧化金屬熔滴成型方法能夠提高熔滴成型件的表面質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明氣體霧化金屬熔滴成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是大顆粒熔滴凝固后的形貌示意圖；
[0023]圖3是破碎成小熔滴凝固后的形貌示意圖。
[0024]圖中，I為液態(tài)金屬，2為噴嘴,3為保護(hù)罩,4為基板,5為金屬液態(tài)熔滴,6為氣泵，7為氣體加熱裝置，8為輸氣管，9為坩堝。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置，包括用于裝載液態(tài)金屬I的坩堝9、以及設(shè)置于坩堝9下方的保護(hù)罩3 ;保護(hù)罩3充有惰性氣體，坩堝9的底端開設(shè)有開口，開口上安裝有用于滴出液態(tài)金屬熔滴5的噴嘴2，噴嘴2穿過保護(hù)罩3并伸入保護(hù)罩3中，噴嘴2的下方設(shè)有基板4，噴嘴2與基板4之間安裝有用于破碎液態(tài)金屬熔滴的氣體霧化裝置，所述氣體霧化裝置中裝有惰性氣體。具體的，所述氣體霧化裝置包括:氣體加熱裝置7、氣泵6、以及輸氣管8，氣體加熱裝置7的輸出端與氣泵6的輸入端安裝，氣泵6的輸出端與輸氣管8相連接，輸氣管8穿過保護(hù)罩3后伸入保護(hù)罩3中，且位于噴嘴2的下端，輸氣管8上開設(shè)有多個(gè)出氣口，所述出氣口交叉設(shè)置，共同作用于液態(tài)金屬熔滴5上，氣體加熱裝置7對(duì)惰性氣體進(jìn)行加熱，加熱到與坩堝9中金屬熔點(diǎn)相同的溫度，以防止液態(tài)金屬熔滴5在下落過程中凝固。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有裝置相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0028]與現(xiàn)有的裝置比較，由于噴嘴中形成大的液態(tài)金屬熔滴5，如圖2所示，大顆熔滴滴落在基板上在凝固之前無法完全展平，成型件表面會(huì)形成中間高邊緣低的半橢球型；如圖3所示，增加的氣體霧化裝置將大熔滴破碎成微小熔滴后，表面平整度和殘余應(yīng)力會(huì)有很大的改善，表面形貌由一個(gè)大液滴形成的中間高兩邊低的半橢球狀變?yōu)檩^平整的近似矩形，有利于下一步的累加成型，從而使熔滴成型件的表面質(zhì)量得到較大的提高。另外，將惰性氣體加熱到接近金屬熔點(diǎn)的溫度可以防止熔滴在下落過程中凝固。
[0029]本發(fā)明還提供了一種氣體霧化金屬熔滴成型方法包括以下步驟:[0030]I)將基板4放入到保護(hù)罩3，并在保護(hù)罩3中充入惰性氣體；
[0031]2)采用氣體霧化裝置對(duì)惰性氣體進(jìn)行加熱，然后利用氣體霧化裝置的輸氣管8將惰性氣體進(jìn)行噴出，形成高速的惰性氣體流；
[0032]3)打開噴嘴2，使得液態(tài)金屬?gòu)膰娮?中滴出，形成液態(tài)金屬熔滴5，惰性氣體流對(duì)液態(tài)金屬熔滴5進(jìn)行沖擊，并將其破碎成微小熔滴，然后落到基板4上凝固成型。
[0033]本發(fā)明中所述的惰性氣體包括如氮?dú)饣驓鍤?，惰性氣體通過氣體加熱器7進(jìn)行高溫加熱，加熱到與金屬熔點(diǎn)相同的溫度，再利用氣泵6和輸氣管8將滴落下來的液態(tài)金屬熔滴5吹散成小的熔滴顆粒，從而使熔滴成型件的表面質(zhì)量得到較大的提高，將惰性氣體加熱到接近金屬熔點(diǎn)的溫度可以防止熔滴在下落過程中凝固。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，包括用于裝載液態(tài)金屬(I)的坩堝(9)、以及設(shè)置于坩堝(9)下方的保護(hù)罩(3);坩堝(9)的底端開設(shè)有開口，開口上安裝有用于滴出液態(tài)金屬熔滴(5)的噴嘴(2)，噴嘴(2)穿過保護(hù)罩(3)并伸入保護(hù)罩(3)中，噴嘴(2)的下方設(shè)有基板(4)，噴嘴(2)與基板(4)之間安裝有用于破碎液態(tài)金屬熔滴的氣體霧化裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述氣體霧化裝置中裝有惰性氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述氣體霧化裝置包括:氣體加熱裝置(7)、以及輸氣管(8)，輸氣管(8)安裝于氣體加熱裝置(7)的輸出端，輸氣管(8)穿過保護(hù)罩(3)后伸入保護(hù)罩(3)中，且位于噴嘴(2)的下端，氣體加熱裝置(7)中裝有惰性氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述氣體加熱裝置(7)對(duì)惰性氣體進(jìn)行加熱，加熱到與坩堝(9)中金屬熔點(diǎn)相同的溫度，以防止液態(tài)金屬熔滴(5)在下落過程中凝固。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述氣體加熱裝置(7)的輸出口上安裝有用于對(duì)氣體加壓的氣泵(6)，氣泵(6)的輸出端與輸氣管(8)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述輸氣管(8)上開設(shè)有多個(gè)出氣口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述出氣口交叉設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置，其特征在于，所述保護(hù)罩(3)中填充有惰性氣體。
9.一種基于權(quán)利要求1所述的氣體霧化金屬熔滴成型裝置的成型方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將基板⑷放入到保護(hù)罩(3)，并在保護(hù)罩(3)中充入惰性氣體； 2)采用氣體霧化裝置對(duì)惰性氣體進(jìn)行加熱，然后利用氣體霧化裝置的輸氣管將惰性氣體進(jìn)行噴出，形成高速 、穩(wěn)定的惰性氣體流； 3)打開噴嘴(2)，使得液態(tài)金屬?gòu)膰娮?2)中滴出，形成液態(tài)金屬熔滴(5)，惰性氣體流對(duì)液態(tài)金屬熔滴(5)進(jìn)行沖擊、破碎，破碎后的液態(tài)金屬熔滴(5)落到基板(4)上凝固成型。
【文檔編號(hào)】B22F3/115GK103978214SQ201410195765
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】魏正英, 杜軍, 盧秉恒, 趙光喜, 李素麗 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)