CN103243324A - 一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法和设备，将熔融金属液射流到基层上，热量通过基层和惰性气体对流迅速带走，射流金属液在运动基板行走的同时进行凝固，由于凝固是分散的过程，金属液热量瞬间被耗散掉，从而实现具有较大冷速的凝固。不同于传统的金属喷射沉积快速凝固技术，射流出的金属液为连续柱状液流，而非弥散细小的金属液滴，柱状液流内部无气体。液流在凝固前的瞬间发生横向铺展，可实现致密的冶金结合。由于抽高真空除氧并通入高纯惰性气体保护，金属沉积层间无氧化发生，不生成影响冶金质量的氧化膜。

Description

一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法和设备

技术领域：本发明涉及一种金属零件的制备方法及设备，特别是一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法和设备,属于材料科学领域。

背景技术：金属喷射沉积技术最早是由英国的Singer教授于七十年代提出的，原理是：在惰性气氛保护下，将熔融金属利用特殊设计的喷嘴雾化形成颗粒喷射流，直接喷射在水冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积物。喷射沉积技术是一种新型的制坯方法，广泛用于制备各种合金及其复合材料管坯、板坯、锭坯等。近年来，喷射沉积技术虽然获得了迅猛发展，但本质上都是采用Singer教授提出的原理。然而，目前的喷射沉积方法均为通过在旋转基面上喷射，来获得状沉积坯料。还有一种材料制备方法是直接喷射熔融金属液流到高速旋转的急冷铜盘上，制备非晶、纳米晶带材。但是这些方法都无法直接获得具有复杂异型截面的零件。

近年来，增材制造技术也应用于金属快速成形。目前的金属快速直接成型主要采用激光、电子束熔覆的方法，即利用数控方法将金属粉末预置铺成零件形状，利用高能激光、将电子束金属粉末熔化，冷却凝固后再在该层上铺金属粉末，再用激光、电子束加热熔化、冷却凝固，如此往复不断，就制成具有复杂形状的零件。该方法的特点是成型精确、力学性能较高。但是，该方法必须用金属粉末为原料，由于原料金属粉末颗粒巨大的总表面积难以避免存在氧化层，对凝固组织内部的影响较大。金属粉末颗粒之间存在空隙，所获得的材料组织难以达到直接铸造金属的致密程度，缺陷较多，影响冶金质量。特别是在制备金属功能材料时，巨大表面的氧化层严重影响金属功能材料的纯度，从而影响功能的实现。

另外，上述直接成形工艺，由于加热束斑尺寸限制，效率较低，一个大型零件往往需要几小时甚至几天才能制成。

中国专利“一种平面往复运动喷射沉积多层复合材料的制备方法和设备”(200710010694.7)，该专利沉积基板在水平面上只有一维运动，因此无法进行三维工件的直接成形。

发明内容：针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法和设备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，包括炉体基座、真空双层炉体、炉门、炉门炉体观察窗、真空计、惰性气体强制冷却装置、坩埚升降及射流惰性气体加压装置、测温装置、炉体观察窗、惰性气体进气阀、大气交换阀、沉积基板运动控制器、数控编程计算机、真空泵、熔炼电源、惰性气体瓶、运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板、弯曲沉积工件倾转夹具、熔炼加热装置、熔炼坩埚、送料机构、测温热电偶、红外测温装置、沉积基板倾转机构、基板循环冷却水管道和冷却水系统。真空双层炉体固定在炉体基座上，真空双层炉体上设有炉门，炉门上设有炉门炉体观察窗。真空计、惰性气体强制冷却装置和测温装置固定在真空双层炉体上。炉体观察窗、惰性气体进气阀、大气交换阀设置在真空双层炉体的炉壁上。真空泵对真空双层炉体抽真空。运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板、弯曲沉积工件倾转夹具、熔炼加热装置、熔炼坩埚、送料机构、测温热电偶、红外测温装置和沉积基板倾转机构都处于真空双层炉体内。坩埚升降及射流惰性气体加压装置穿过真空双层炉体并与熔炼坩埚连接。惰性气体瓶与惰性气体强制冷却装置和坩埚升降及射流惰性气体加压装置连接。熔炼坩埚处于冶金射流沉积基板的上方。冶金射流沉积基板上设有弯曲沉积工件倾转夹具。沉积基板倾转机构和垂直一维运动机构固定在冶金射流沉积基板的下端。水平二维纵向运动机构固定在垂直一维运动机构的下端。水平二维纵向运动机构固定在水平二维横向运动机构上。运动机构支架固定在真空双层炉体的内壁上。水平旋转基座为空心结构并固定在运动机构支架上。水平二维横向运动机构通过水平面旋转滑轨固定在水平旋转基座上。沉积基板运动控制器与运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板连接。数控编程计算机与沉积基板运动控制器连接。熔炼电源与熔炼加热装置连接。熔炼加热装置固定在熔炼坩埚外。送料机构设置在熔炼坩埚的上端。测温热电偶插入到熔炼坩埚内。红外测温装置设置在冶金射流沉积基板的上方。熔炼坩埚的底部开有射流孔。冶金射流沉积基板通过基板循环冷却水管道与冷却水系统连接，真空双层炉体也与冷却水系统相连通。

一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法：将金属材料原料放入熔炼坩埚中，用真空泵对熔炼炉进行真空抽气，当炉内大气压达到一定真空度后，充入一定压力的惰性气体，以保护熔炼过程中的金属熔液不被氧化。利用垂直一维运动机构调整熔炼坩埚下部射流孔与沉积基板之间的距离。熔炼加热装置加热金属材料至熔化，用坩埚升降及射流惰性气体加压装置对熔炼坩埚进行加压，使得熔炼坩埚内的熔融状态的金属材料液体顺熔炼坩埚底部的射流孔垂直向下流出，金属材料熔液射流到冶金射流沉积基板上，冶金射流沉积基板按照预先编制的运动控制程序进行运动，射流出的熔液在沉积基板上按照计算机程序编制的图形快速凝固。射流金属熔液在基板循环运动过程中将射流到上一层已经凝固的金属材料层上凝固，循环往复的射流沉积过程中，已经凝固的金属工件坯的高度不断升高。通过计算机编程控制垂直一维运动机构使冶金射流沉积基板不断下降，使熔炼坩埚射流孔与射流沉积点的距离保持不变。冶金射流过程中，利用送料装置不断向熔炼坩埚内补充金属原料，以弥补金属液面的下降。通过循环往复的冶金射流沉积过程，就获得了计算机预先编制基板运动程序的金属材料工件。

对于有弯曲的金属工件，可利用计算机编程控制沉积基板倾转机构31进行一定角度的倾转，以保证射流金属液与沉积面相互垂直，从而获得弯曲工件，沉积基板倾转机构可利用水平面旋转滑轨19变化弯曲走向，从而获得高复杂程度的弯曲结构工件。

通过控制冶金射流基板运动速度和金属液流喷射量，可以控制凝固速度及金属液横向铺展宽度，获得复合设计要求厚度的任意复杂形状的金属零件。

本发明利用计算机编程控制金属射流沉积基板多自由度行走路径，使基板获得多自由度的零件成形所要求的各种复杂形状的行走路径，在抽高真空再通入高纯惰性气体保护下，利用感应加热、电阻加热等手段将带有喷嘴的坩埚中的金属熔化，用惰性气体等对坩埚加压喷射出熔融金属液流。最初的金属液被射流到基板上将快速凝固，由于基板的运动是循环往复过程，其后的金属液被射流到刚刚凝固的基层上再次凝固，该过程循环往复实现砌墙式沉积成形。通过控制基板运动速度和金属液流喷射量，控制凝固速度及金属液横向铺展宽度，来快速直接制备具有任意复杂形状的金属零件。

熔融金属液射流到基层上，热量通过基层和惰性气体对流迅速带走，射流金属液在运动基板行走的同时进行凝固，由于凝固是分散的过程，金属液热量瞬间被耗散掉，从而实现具有较大冷速的凝固。

不同于传统的金属喷射沉积快速凝固技术，射流出的金属液为连续柱状液流，而非弥散细小的金属液滴，柱状液流内部无气体。液流在凝固前的瞬间发生横向铺展，可实现致密的冶金结合。由于抽高真空除氧并通入高纯惰性气体保护，金属沉积层间无氧化发生，不生成影响冶金质量的氧化膜。（属于一种无模具铸造）

图1是多自由度数控冶金射流直接成形设备的结构示意图。

图2是真空双层炉体的结构示意图。

图3是真空双层炉体的俯视图。

具体实施方式：

如图1-图3所示：一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，包括炉体基座1、真空双层炉体2、炉门3、炉门炉体观察窗4、机械真空计5、惰性气体强制冷却装置6、坩埚升降及射流惰性气体加压装置7、测温装置8、炉体观察窗9、惰性气体进气阀10、大气交换阀11、沉积基板运动控制器12、数控编程计算机13、真空泵14、熔炼电源15、惰性气体瓶16、运动机构支架17、水平旋转基座18、水平面旋转滑轨19、水平二维横向运动机构20、水平二维纵向运动机构21、垂直一维运动机构22、冶金射流沉积基板23、弯曲沉积工件倾转夹具24、熔炼加热装置25、熔炼坩埚26、送料机构27、测温热电偶28、红外测温装置29和沉积基板倾转机构31、基板循环冷却水管道32和冷却水系统33。真空双层炉体2固定在炉体基座1上，真空双层炉体2上设有炉门3，炉门3上设有炉门炉体观察窗4。机械真空计5、惰性气体强制冷却装置6和测温装置8固定在真空双层炉体2上。炉体观察窗9、惰性气体进气阀10、大气交换阀11设置在真空双层炉体2的炉壁上。真空泵14对真空双层炉体2抽真空。运动机构支架17、水平旋转基座18、水平面旋转滑轨19、水平二维横向运动机构20、水平二维纵向运动机构21、垂直一维运动机构22、冶金射流沉积基板23、弯曲沉积工件倾转夹具24、熔炼加热装置25、熔炼坩埚26、送料机构27、测温热电偶28、红外测温装置29和沉积基板倾转机构31都处于真空双层炉体2内。坩埚升降及射流惰性气体加压装置7穿过真空双层炉体2并与熔炼坩埚26连接。惰性气体瓶16与惰性气体强制冷却装置6和坩埚升降及射流惰性气体加压装置7连接。熔炼坩埚26处于冶金射流沉积基板23的上方。冶金射流沉积基板23上设有弯曲沉积工件倾转夹具24。沉积基板倾转机构31和垂直一维运动机构22固定在冶金射流沉积基板23的下端。水平二维纵向运动机构21固定在垂直一维运动机构22的下端。水平二维纵向运动机构21固定在水平二维横向运动机构20上。运动机构支架17固定在真空双层炉体2的内壁上。水平旋转基座18为空心结构并固定在运动机构支架17上。水平二维横向运动机构20通过水平面旋转滑轨19固定在水平旋转基座18上。沉积基板运动控制器12与运动机构支架17、水平旋转基座18、水平面旋转滑轨19、水平二维横向运动机构20、水平二维纵向运动机构21、垂直一维运动机构22、冶金射流沉积基板23连接。数控编程计算机13与沉积基板运动控制器12连接。熔炼电源15与熔炼加热装置25连接。熔炼加热装置25固定在熔炼坩埚26外。送料机构27设置在熔炼坩埚26的上端。测温热电偶28插入到熔炼坩埚26内。红外测温装置29设置在冶金射流沉积基板23的上方。熔炼坩埚26的底部开有射流孔。冶金射流沉积基板23通过基板循环冷却水管道32与冷却水系统33连接，真空双层炉体2也与冷却水系统33相连通。

一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法：将金属材料原料放入熔炼坩埚26中，用真空泵14对熔炼炉进行真空抽气，当炉内大气压达到一定真空度后，充入一定压力的惰性气体，以保护熔炼过程中的金属熔液不被氧化。利用垂直一维运动机构22调整熔炼坩埚下部射流孔与冶金射流沉积基板23之间的距离。用感应熔炼装置或电阻加热熔炼加热装置25加热金属材料至熔化，用坩埚升降及射流惰性气体加压装置7对熔炼坩埚26进行加压，使得熔炼坩埚26内的熔融状态的金属材料液体顺熔炼坩埚26底部的射流孔垂直向下流出，金属材料熔液射流到冶金射流沉积基板23上，冶金射流沉积基板23按照预先编制的运动控制程序进行运动，射流出的熔液在冶金射流沉积基板23上按照计算机程序编制的图形快速凝固。射流沉积过程中可以用惰性气体强制冷却装置6对射流沉积点吹惰性气体强制冷却，以提高冷却速度。射流金属熔液在基板循环运动过程中将射流到上一层已经凝固的金属材料层上凝固，循环往复的射流沉积过程中，已经凝固的金属工件坯的高度不断升高。通过计算机编程控制垂直一维运动机构22使冶金射流沉积基板23不断下降，使熔炼坩埚26射流孔与射流沉积点的距离保持基本不变。冶金射流过程中，利用送料装置27不断向熔炼坩埚内补充金属原料，以弥补金属液面的下降。通过循环往复的冶金射流沉积过程，就获得了计算机预先编制基板运动程序的金属材料工件。

对于有弯曲的金属工件，可利用计算机编程控制沉积基板倾转机构31进行一定角度的倾转，以保证射流金属液与沉积面相互垂直，从而获得弯曲工件，沉积基板倾转机构可利用水平面旋转滑轨19变化弯曲走向，从而获得高复杂程度的弯曲结构工件。

通过控制基板运动速度和金属液流喷射量，可以控制凝固速度及金属液横向铺展宽度，获得复合设计要求厚度的任意复杂形状的金属零件。

关键技术：

1.真空双层炉体：

本发明所涉及的真空炉体为双层水冷结构，以保证熔炼放出的过剩热量的散热。炉体和炉门上设有熔炼接口、观察窗、真空计、气体交换阀门、冷却水管接口和电线接口。

为了测量高真空度，设有电子真空计用于测量高真空度。炉体上设有运动控制、电子测温、电子真空计的电线接口盘。

2．坩埚：

本发明所涉及的金属熔炼坩埚可以根据所熔炼的材料和加热方法不同，选用高纯石英、高纯石墨、耐高温陶瓷、钢、钛合金、高温合金等。坩埚要对高温金属熔液具有好的耐侵蚀能力。

例如，熔炼铝合金可用石英、石墨、陶瓷作为坩埚材料；熔炼镁合金可用石墨、陶瓷作为坩埚材料；熔炼钛合金、铜合金、钢等高熔点金属可用石墨、陶瓷作为坩埚材料。

坩埚下部开一定尺寸或直径的喷射金属溶液的小孔。坩埚上部设有固定环，与垂直运动机构相连接，并与惰性气体加压装置相连接。对于要求连续送料熔炼的坩埚，在坩埚顶端或侧壁上部开设有送料孔。

坩埚采用一端开口的圆管状结构，内径为5mm～500mm；壁厚为1mm～200mm；长度为20mm～2000mm。

坩埚喷射孔可为圆形、椭圆形、矩形或多边形。圆形及多边形直径为0.1mm～50mm；矩形短边为0.1mm～20mm，矩形长边为0.1mm～500mm。

坩埚垂直方向行走距离可为10mm～500mm；坩埚上下行走速度范围：0.01mm/s～100mm/s；

坩埚熔炼温度范围：100℃～2000℃

3．熔炼加热：

采用低频，或者中频，或者高频感应加热熔化金属材料；也可采用电阻法直接加热，即将电极直接连接到坩埚内被熔炼金属材料上，利用金属材料自身的电阻发热来加热熔化金属；还可采用电阻炉加热，将坩埚放置于电阻炉内进行加热熔化金属材料。

4．冶金射流金属沉积基板：

沉积基板一般为具有一定厚度的钢、纯铜或铜合金、铝合金、钛合金板制成，在基板内部开设冷却水通道，通入冷却水进行水冷，使基板具有快速散热的能力，且保护基板不熔化、不变形，也可采用与沉积金属材料性质相同或相近的材料，也可以采用陶瓷材料。沉积基板为空心结构，内部通有冷却水，冷却水管与熔炼炉外的循环冷却水系统相连接。由于真空炉体内部的冷却水管为柔性耐压水管，抽高真空不能使水管破裂。

沉积基板可以为圆形或矩形，圆形直径为20mm～2000mm；矩形长、短边为20mm～2000mm。

基板水平二维运动速度：0mm/s～1000mm/s；垂直运动速度：0mm/s～200mm/s；水平圆周旋转速度：0rpm～600rpm；垂直轴向倾转速度：0rpm～200rpm，垂直轴向倾转角度以垂直向下方向为基准：-90°～＋90°。

对于弯曲的工件，需要倾转基板，为了防止倾转过程中工件因重力作用而位移，在基板上设置自动控制的夹具。沉积工件到较小高度后，夹具加紧工件下部，从而防止工件移动。

5．测温：

由于喷射金属熔液的温度决定金属的凝固速度，因此，金属熔液的测量对于控制金属熔液的温度，从而控制冶金质量十分重要。可根据不同加热方式选择测温手段。

采用石英管作为坩埚的熔炼系统，可以用红外测温装置对石英管内的金属熔液进行测温；

采用石墨、陶瓷作为坩埚的熔炼系统，用感应加热源加热时，由于无法使用热电偶，可以用红外测温装置对喷射液流进行测温；

采用电阻丝加热源的熔炼系统，可以用热电偶对坩埚内的金属熔液进行测温；

测温温度范围：室温～2500℃。

6．运动控制：

为了获得所需复杂形状的直接快速成形零件，沉积基板与喷射坩埚之间的运动关系十分关键。相对运动速度和金属熔液喷射温度决定了凝固速度、壁厚、零件侧壁冶金质量等。为了获得好的冶金质量，必须对相对运动行为进行精确控制，通过计算机编程控制整个运动轨迹上各个阶段的速度。基板位移最高精度为0.01mm。

7．真空、惰性气体保护、喷射加压系统：

熔炼前将喷射沉积设备的真空腔体抽真空，极限真空度：0.1Pa～10^-5Pa，熔炼前充入高纯氩气、氦气等惰性气体，气体压力：0.001Pa～1大气压。喷射压力：0.01Pa～10大气压。

8．电源：

对于感应加热熔炼，电源采用中频、工频电源；电阻炉、硅碳棒加热熔炼，电源采用可控硅电源。功率在0.1～1000KW。

实施例一：冶金射流快速凝固制造Ti金属及其合金三维金属工件

采用纯Ti或设计成分为TA系列、TB系列和TC系列合金作为原料，放在熔炼坩埚中。对熔炼炉抽高真空到约1×10^-3Pa，充入0.01～0.5大气压的高纯氩气。利用感应熔炼装置将坩埚中的母合金加热熔化，熔炼温度约为1450°C～1550°C，通过惰性气体加压装置将合金熔液射流到基板上。沉积基板按照预先编制的图形程序循环往复运动，射流出的合金熔液按照图形凝固成形为需要空间形状的管状零件。该合金工具可用于医疗植入材料、航空结构件等用途。

实施例二：冶金射流快速凝固制造TiNi形状记忆合金三维金属工件

采用设计成分为Ti（49-51%）-Ni（49-51%）（原子百分比）的形状记忆合金母合金作为原料，放在熔炼坩埚中。对熔炼炉抽高真空到约1×10^-3Pa，充入0.01～0.5大气压的高纯氩气。利用感应熔炼装置将坩埚中的母合金加热熔化，熔炼温度约为1450°C～1550°C，通过惰性气体加压装置将合金熔液射流到基板上。沉积基板按照预先编制的图形程序循环往复运动，射流出的合金熔液按照图形凝固成形为需要空间形状的零件。该合金工具可用于航空、舰船、石油管路连接接头等。

实施例三：冶金射流快速凝固制造Al合金三维金属工件

采用铝合金作为母合金原料，放在熔炼坩埚中。对熔炼炉抽高真空到约1×10^-3Pa，充入0.01～0.5大气压的高纯氩气。利用感应熔炼装置将坩埚中的母合金加热熔化，熔炼温度约为680°C～750°C，通过惰性气体加压装置将合金熔液射流到基板上。沉积基板按照预先编制的图形程序循环往复运动，射流出的合金熔液按照图形凝固成形为需要空间形状的零件。该合金工具可用于航空、航天的各种受力结构件。

实施例四：冶金射流快速凝固制造高温合金三维金属工件

采用Ni基高温合金作为母合金原料，放在熔炼坩埚中。对熔炼炉抽高真空到约1×10^-3Pa，充入0.01～0.5大气压的高纯氩气。利用感应熔炼装置将坩埚中的母合金加热熔化，熔炼温度约为1550°C～1750°C，通过惰性气体加压装置将合金熔液射流到基板上。沉积基板按照预先编制的图形程序循环往复运动，射流出的合金熔液按照图形凝固成形为需要空间形状的零件。该合金工具可用于航空、航天发动机的各种受力结构件。

Claims (10)

1.一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：包括炉体基座、真空双层炉体、真空计、惰性气体强制冷却装置、坩埚升降及射流惰性气体加压装置、测温装置、炉体观察窗、惰性气体进气阀、大气交换阀、沉积基板运动控制器、数控编程计算机、真空泵、熔炼电源、惰性气体瓶、运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板、弯曲沉积工件倾转夹具、熔炼加热装置、熔炼坩埚、送料机构、测温热电偶、红外测温装置、沉积基板倾转机构基板循环冷却水管道和冷却水系统；真空双层炉体固定在炉体基座上，真空计、惰性气体强制冷却装置和测温装置固定在真空双层炉体上，炉体观察窗、惰性气体进气阀、大气交换阀设置在真空双层炉体的炉壁上，真空泵对真空双层炉体抽真空，运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板、弯曲沉积工件倾转夹具、熔炼加热装置、熔炼坩埚、送料机构、测温热电偶、红外测温装置和沉积基板倾转机构都处于真空双层炉体内，坩埚升降及射流惰性气体加压装置穿过真空双层炉体并与熔炼坩埚连接，惰性气体瓶与惰性气体强制冷却装置和坩埚升降及射流惰性气体加压装置连接，熔炼坩埚处于冶金射流沉积基板的上方，冶金射流沉积基板上设有弯曲沉积工件倾转夹具，沉积基板倾转机构和垂直一维运动机构固定在冶金射流沉积基板的下端，水平二维纵向运动机构固定在垂直一维运动机构的下端，水平二维纵向运动机构固定在水平二维横向运动机构上，运动机构支架固定在真空双层炉体的内壁上，水平旋转基座为空心结构并固定在运动机构支架上，水平二维横向运动机构通过水平面旋转滑轨固定在水平旋转基座上，沉积基板运动控制器与运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板连接，数控编程计算机与沉积基板运动控制器连接，熔炼电源与熔炼加热装置连接，熔炼加热装置固定在熔炼坩埚外，送料机构设置在熔炼坩埚的上端，测温热电偶插入到熔炼坩埚内，红外测温装置设置在冶金射流沉积基板的上方，熔炼坩埚的底部开有射流孔，冶金射流沉积基板通过基板循环冷却水管道与冷却水系统连接，真空双层炉体也与冷却水系统相连通。

2.如权利要求1所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：所述的真空双层炉体上设有炉门，炉门上设有炉门炉体观察窗。

3.一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：将金属材料原料放入熔炼坩埚中，用真空泵对熔炼炉进行真空抽气，当炉内大气压达到一定真空度后，充入一定压力的惰性气体，以保护熔炼过程中的金属熔液不被氧化，利用垂直一维运动机构调整熔炼坩埚下部射流孔与沉积基板之间的距离，熔炼加热装置加热金属材料至熔化，用坩埚升降及射流惰性气体加压装置对熔炼坩埚进行加压，使得熔炼坩埚内的熔融状态的金属材料液体顺熔炼坩埚底部的射流孔垂直向下流出，金属材料熔液射流到冶金射流沉积基板上，冶金射流沉积基板按照预先编制的运动控制程序进行运动，射流出的熔液在沉积基板上按照计算机程序编制的图形快速凝固，射流金属熔液在基板循环运动过程中将射流到上一层已经凝固的金属材料层上凝固，循环往复的射流沉积过程中，已经凝固的金属工件坯的高度不断升高，通过计算机编程控制垂直一维运动机构使冶金射流沉积基板不断下降，使熔炼坩埚射流孔与射流沉积点的距离保持不变，冶金射流过程中，利用送料装置不断向熔炼坩埚内补充金属原料，以弥补金属液面的下降，通过循环往复的冶金射流沉积过程，就获得了计算机预先编制基板运动程序的金属材料工件。

4.如权利要求3所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：用感应熔炼装置或电阻加热熔炼加热装置。

5.如权利要求3所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：所述熔炼坩埚的喷射孔为圆形、椭圆形、矩形或多边形；圆形及多边形直径为0.1mm～50mm；矩形短边为0.1mm～20mm，矩形长边为0.1mm～500mm。

6.如权利要求1所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：在冶金射流沉积基板内设有冷却水通道，沉积基板为圆形或矩形，圆形直径为20mm～2000mm；矩形长、短边为20mm～2000mm。

7.如权利要求3所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：熔炼前将真空双层炉体的腔体抽真空，极限真空度：0.1Pa～10^-5Pa，熔炼前充入高纯氩气、氦气等惰性气体，气体压力：0.001Pa～1大气压，喷射压力：0.01Pa～10大气压。

8.如权利要求1所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：所述的测温装置为红外测温装置或热电偶。

9.如权利要求1所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：所述的熔炼坩埚采用一端开口的圆管状结构，内径为5mm～500mm；壁厚为1mm～200mm；长度为20mm～2000mm。

10.如权利要求3所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：利用计算机编程控制沉积基板倾转机构进行角度的倾转，保证射流金属液与沉积面相互垂直，从而获得弯曲工件；沉积基板倾转机构利用水平面旋转滑轨变化弯曲走向，从而获得高复杂程度的弯曲结构工件。

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