CN103978214A - 一种气体雾化金属熔滴成型装置及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体雾化金属熔滴成型装置及其成型方法，包括用于装载熔融态金属的坩埚、以及设置于坩埚下方的保护罩；坩埚的底端开设有开口，开口上安装有用于滴出液态金属熔滴的喷嘴，喷嘴穿过保护罩并伸入保护罩中，喷嘴的下方设有基板，喷嘴与基板之间安装有用于破碎液态金属熔滴的气体雾化装置。能够将液态金属大熔滴破碎成微小熔滴后进行成型，使得成型后表面平整度和残余应力会有很大的改善，表面形貌由一个大液滴形成的中间高两边低的半椭球状变为较平整的近似矩形，有利于下一步的累加成型，从而使熔滴成型件的表面质量得到提高。

Description

一种气体雾化金属熔滴成型装置及其成型方法
技术领域
本发明属于气体雾化金属熔滴成型技术方法，涉及机械零部件的快速成型与修复领域，尤其涉及一种气体雾化金属熔滴成型装置及其成型方法。
背景技术
金属熔滴成型是3D打印技术的一种，可通过逐层堆积直接成形零部件，与传统加工方法相比，无需特殊模具和昂贵设备，成型速度更快，极具发展潜力。但存在的问题是大颗熔滴滴落在基板上在凝固之前无法完全展平，成型件表面会形成中间高边缘低的半椭球型，对表面质量和残余应力影响较大。
发明内容
针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种气体雾化金属熔滴成型装置及其成型方法。
为达到以上目的，本发明的技术方案为：
一种气体雾化金属熔滴成型装置，包括用于装载熔融态金属的坩埚、以及设置于坩埚下方的保护罩；坩埚的底端开设有开口，开口上安装有用于滴出液态金属熔滴的喷嘴，喷嘴穿过保护罩并伸入保护罩中，喷嘴的下方设有基板，喷嘴与基板之间安装有用于破碎液态金属熔滴的气体雾化装置。
所述气体雾化装置中装有惰性气体。
所述气体雾化装置包括：气体加热装置、以及输气管，输气管安装于气体加热装置的输出端，输气管穿过保护罩后伸入保护罩中，且位于喷嘴的下端，气体加热装置中装有惰性气体。
所述气体加热装置对惰性气体进行加热，加热到与坩埚中金属熔点相同的温度，以防止液态金属熔滴在下落过程中凝固。
所述气体加热装置的输出口上安装有用于对气体加压的气泵，气泵的输出端与输气管相连接。
所述输气管上开设有多个出气口。
所述出气口交叉设置。
所述保护罩中填充有惰性气体。
一种气体雾化金属熔滴成型装置的成型方法，包括以下步骤：
1)将基板放入到保护罩，并在保护罩中充入惰性气体；
2)采用气体雾化装置对惰性气体进行加热，然后利用气体雾化装置的输气管将惰性气体进行喷出，形成高速、稳定的惰性气体流；
3)打开喷嘴，使得液态金属从喷嘴中滴出，形成液态金属熔滴，惰性气体流对液态金属熔滴进行冲击、破碎，破碎后的液态金属熔滴落到基板上凝固成型。
与现有技术比较，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种气体雾化金属熔滴成型放置，由于在金属熔滴成型中设置了气体雾化装置，能够将液态金属大熔滴破碎成微小熔滴后进行成型，使得成型后表面平整度和残余应力会有很大的改善，表面形貌由一个大液滴形成的中间高两边低的半椭球状变为较平整的近似矩形，有利于下一步的累加成型，从而使熔滴成型件的表面质量得到提高。
进一步的，本发明中气体雾化装置采用气体加热器对惰性气体进行高温加热，形成惰性气体流冲击液态金属，由于惰性气体加热到接近金属熔点的温度可以防止熔滴在下落过程中凝固，因此，可以进一步使得熔滴成型件的表面质量得到提高。
本发明还提供了一种气体雾化金属熔滴成型方法，利用气体雾化技术用高速的气流冲击液态金属或合金，并将其破碎成微小熔滴，若干小熔滴的凝固形貌比同样体积的一颗大熔滴更为平整，残余应力更小。因此，气体雾化金属熔滴成型方法能够提高熔滴成型件的表面质量。
附图说明
图1是本发明气体雾化金属熔滴成型装置结构示意图；
图2是大颗粒熔滴凝固后的形貌示意图；
图3是破碎成小熔滴凝固后的形貌示意图。
图中，1为液态金属，2为喷嘴，3为保护罩，4为基板，5为金属液态熔滴，6为气泵，7为气体加热装置，8为输气管，9为坩埚。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种气体雾化金属熔滴成型装置，包括用于装载液态金属1的坩埚9、以及设置于坩埚9下方的保护罩3；保护罩3充有惰性气体，坩埚9的底端开设有开口，开口上安装有用于滴出液态金属熔滴5的喷嘴2，喷嘴2穿过保护罩3并伸入保护罩3中，喷嘴2的下方设有基板4，喷嘴2与基板4之间安装有用于破碎液态金属熔滴的气体雾化装置，所述气体雾化装置中装有惰性气体。具体的，所述气体雾化装置包括：气体加热装置7、气泵6、以及输气管8，气体加热装置7的输出端与气泵6的输入端安装，气泵6的输出端与输气管8相连接，输气管8穿过保护罩3后伸入保护罩3中，且位于喷嘴2的下端，输气管8上开设有多个出气口，所述出气口交叉设置，共同作用于液态金属熔滴5上，气体加热装置7对惰性气体进行加热，加热到与坩埚9中金属熔点相同的温度，以防止液态金属熔滴5在下落过程中凝固。
本发明与现有装置相比的优点在于：
与现有的装置比较，由于喷嘴中形成大的液态金属熔滴5，如图2所示，大颗熔滴滴落在基板上在凝固之前无法完全展平，成型件表面会形成中间高边缘低的半椭球型；如图3所示，增加的气体雾化装置将大熔滴破碎成微小熔滴后，表面平整度和残余应力会有很大的改善，表面形貌由一个大液滴形成的中间高两边低的半椭球状变为较平整的近似矩形，有利于下一步的累加成型，从而使熔滴成型件的表面质量得到较大的提高。另外，将惰性气体加热到接近金属熔点的温度可以防止熔滴在下落过程中凝固。
本发明还提供了一种气体雾化金属熔滴成型方法包括以下步骤：
1)将基板4放入到保护罩3，并在保护罩3中充入惰性气体；
2)采用气体雾化装置对惰性气体进行加热，然后利用气体雾化装置的输气管8将惰性气体进行喷出，形成高速的惰性气体流；
3)打开喷嘴2，使得液态金属从喷嘴2中滴出，形成液态金属熔滴5，惰性气体流对液态金属熔滴5进行冲击，并将其破碎成微小熔滴，然后落到基板4上凝固成型。
本发明中所述的惰性气体包括如氮气或氩气，惰性气体通过气体加热器7进行高温加热，加热到与金属熔点相同的温度，再利用气泵6和输气管8将滴落下来的液态金属熔滴5吹散成小的熔滴颗粒，从而使熔滴成型件的表面质量得到较大的提高，将惰性气体加热到接近金属熔点的温度可以防止熔滴在下落过程中凝固。

Claims (9)

1.一种气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，包括用于装载液态金属(1)的坩埚(9)、以及设置于坩埚(9)下方的保护罩(3)；坩埚(9)的底端开设有开口，开口上安装有用于滴出液态金属熔滴(5)的喷嘴(2)，喷嘴(2)穿过保护罩(3)并伸入保护罩(3)中，喷嘴(2)的下方设有基板(4)，喷嘴(2)与基板(4)之间安装有用于破碎液态金属熔滴的气体雾化装置。
2.根据权利要求1所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述气体雾化装置中装有惰性气体。
3.根据权利要求1或2所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述气体雾化装置包括：气体加热装置(7)、以及输气管(8)，输气管(8)安装于气体加热装置(7)的输出端，输气管(8)穿过保护罩(3)后伸入保护罩(3)中，且位于喷嘴(2)的下端，气体加热装置(7)中装有惰性气体。
4.根据权利要求3所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述气体加热装置(7)对惰性气体进行加热，加热到与坩埚(9)中金属熔点相同的温度，以防止液态金属熔滴(5)在下落过程中凝固。
5.根据权利要求3所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述气体加热装置(7)的输出口上安装有用于对气体加压的气泵(6)，气泵(6)的输出端与输气管(8)相连接。
6.根据权利要求3所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述输气管(8)上开设有多个出气口。
7.根据权利要求6所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述出气口交叉设置。
8.根据权利要求1所述的气体雾化金属熔滴成型装置，其特征在于，所述保护罩(3)中填充有惰性气体。
9.一种基于权利要求1所述的气体雾化金属熔滴成型装置的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将基板(4)放入到保护罩(3)，并在保护罩(3)中充入惰性气体；
2)采用气体雾化装置对惰性气体进行加热，然后利用气体雾化装置的输气管将惰性气体进行喷出，形成高速、稳定的惰性气体流；
3)打开喷嘴(2)，使得液态金属从喷嘴(2)中滴出，形成液态金属熔滴(5)，惰性气体流对液态金属熔滴(5)进行冲击、破碎，破碎后的液态金属熔滴(5)落到基板(4)上凝固成型。
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