CN104032302B - 一种利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，包括以下步骤：先给基板的四个侧面安装带有梯形凹槽的非金属片，并对安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板进行预热，然后将金属材料加热至熔融状态，熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴，再在氩气环境中，将所述金属熔滴逐滴滴落到安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板表面，同时根据基板表面的形状移动所述安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板，使金属熔滴逐点逐层进行堆积，同时通过带有梯形凹槽的非金属片对各层金属熔滴的边缘进行阻挡，直至金属熔滴沉积完毕，再经固化收缩后，完成基板表面的金属熔滴沉积。本发明可以实现金属熔滴沉积到基板表面的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属熔滴沉积方法，具体涉及一种利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法。
背景技术
目前，国内外很多科研院所，如美国MicroFab商业公司、加拿大多伦多大学以及国内西北工业大学、华中科技大学等，对于金属熔滴沉积成形技术的研究主要集中在熔滴沉积机理、驱动方式选择和金属熔滴滴落过程的热状态分析等方面。而对于如何保证熔滴沉积成形精度方面研究较少。
零件的精度、原材料的性能和加工效率是制约熔滴成形工艺及其应用的三个重要因素。在熔融沉积过程中，因为必须把复杂的三维加工转化为一系列简单二维成形的叠加，所以，成形产品精度主要取决于二维X-Y平面上的加工精度和高度Z方向上的一系列叠加精度。从熔融沉积成形的系统本身考虑，完全能够把X，Y，Z三个方向的运动位置精度控制在较高的水平，所以，从理论上考虑能够取得高精度的原型。但是，影响成形产品最终精度的因素不只是有熔滴成形装置本身的精度，还有其它的因素，并且这些因素更加的不易控制。熔滴沉积成形是一个涉及机械设计制造、CAD软件、数控、材料、成形工艺参数和产品后处理等因素的集成制造系统，每一环节均可能造成一些误差的产生，这就会严重影响熔融沉积成形零件的精度。本发明主要从沉积工艺方面考虑来提高熔滴零件的精度。
熔滴沉积零件属于微小薄壁零件，而且这类零件广泛地应用于各行各业之中，其体积小、质量轻、组织致密等优点，已经成为今后产品的发展趋势。但是，对于这样的微小薄壁零件的加工在传统的加工工艺中是较有难度的，因为壁薄，刚性差、强度低、变形较大，在加工操作中不易保证加工质量，表面精度较难掌握。对于大批量的生产，我们可以采用数控车床的加工特点，比如机床加工精度高、生产效率高等特点，而在工件的装夹、加工用刀具、程序的编制等方面又会因为零件结构形状不同而遇到困难，找不到有效克服零件变形影响的方法，不能保证加工零件的精度要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，该金属熔滴沉积方法可以实现金属熔滴沉积到基板表面的精度。
为达到上述目的，本发明所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法包括以下步骤：
先给基板的四个侧面安装带有梯形凹槽的非金属片，并对安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板进行预热，然后将金属材料加热至熔融状态，熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴，再在氩气环境中，将所述金属熔滴逐滴滴落到安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板表面，同时根据基板表面的形状移动所述安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板，使金属熔滴逐点逐层进行堆积，同时通过带有梯形凹槽的非金属片对各层金属熔滴的边缘进行阻挡，直至金属熔滴沉积完毕，再经固化收缩后，完成基板表面的金属熔滴沉积。
将预热后的安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板置于真空吸附平台上，然后将所述真空吸附平台固定于3D移动平台上，同时，采集基板表面的形状信息，然后将基板表面的形状信息转发至计算机中，计算机根据所述基板表面的形状信息通过PMAC运动控制卡控制3D移动平台在三维空间的移动，使金属熔滴逐点逐层堆积到安装有带有梯形凹槽的非金属片的基板表面。
还包括在金属熔滴逐点逐层的堆积过程中，通过CCD相机及数据采集卡采集金属熔滴逐点逐层的堆积过程。
通过电磁阀施加脉冲压力使熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴。
所述将金属材料加热至熔融状态的具体操作为：将金属材料放置到坩埚中，然后通过加热装置将金属材料加热至熔融状态。
所述带有梯形凹槽的非金属片通过石墨或陶瓷材料制作而成。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法在给基板表面进行金属熔滴沉积的过程中，先将带有梯形凹槽的非金属片固定在基板的外围，然后将金属材料加热至熔融状态，再经喷嘴使熔融状态的金属材料形成均匀的金属熔滴，再在氩气环境中，将金属熔滴逐滴逐层堆积在基板的表面，由于带有梯形凹槽的非金属片对金属熔滴起到一定的阻挡作用，并且带有梯形凹槽的非金属片与沉积金属零件之间不粘合，根据不同材料的固有收缩率不同，从而有效的提高了基板上金属熔滴的沉积精度，操作方便、使用范围广、易于控制，并且加工成本低。
附图说明
图1为本发明中固化收缩前金属熔滴1的排列图；
图2为本发明中固化收缩后金属熔滴1的排列图。
其中，1为金属熔滴、2为带有梯形凹槽的非金属片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法包括以下步骤：
先给基板的四个侧面安装带有梯形凹槽的非金属片2，并对安装有带有梯形凹槽的非金属片2的基板进行预热，然后将金属材料加热至熔融状态，熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴1，再在氩气环境中，将所述金属熔滴1逐滴滴落到安装有带有梯形凹槽的非金属片2的基板表面，同时根据基板表面的形状移动所述安装有带有梯形凹槽的非金属片2的基板，使金属熔滴1逐点逐层进行堆积，同时通过带有梯形凹槽的非金属片2对各层金属熔滴1的边缘进行阻挡，直至金属熔滴1沉积完毕，再经固化收缩后，完成基板表面的金属熔滴1沉积。
需要说明的是，将预热后的安装有带有梯形凹槽的非金属片2的基板置于真空吸附平台上，然后将所述真空吸附平台固定于3D移动平台上，同时，采集基板表面的形状信息，然后将基板表面的形状信息转发至计算机中，计算机根据所述基板表面的形状信息通过PMAC运动控制卡控制3D移动平台在三维空间的移动，使金属熔滴1逐点逐层堆积到安装有带有梯形凹槽的非金属片2的基板表面；本发明还包括在金属熔滴1逐点逐层的堆积过程中，通过CCD相机及数据采集卡采集金属熔滴1逐点逐层的堆积过程；通过电磁阀施加脉冲压力使熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴1；所述将金属材料加热至熔融状态的具体操作为：将金属材料放置到坩埚中，然后通过加热装置将金属材料加热至熔融状态。
带有梯形凹槽的非金属片2外围阻挡成形是利用不同材料间的固化收缩原理，使沉积金属在梯形凹槽的小斜面上自动脱离，填补沉积时的凹陷区域，从而实现熔滴沉积表面的高精度。这种方法是根据熔融金属在沉积过程中的凝固特性和沉积形貌确定的，不需要大量的工装，只需要控制成形工艺就可以达到。带有梯形凹槽的非金属片2外围阻挡成形因为其结构简单、使用范围广、易于控制、加工柔性好等优点而得到越来越广泛的运用。通过与数字控制系统相结合，带有梯形凹槽的非金属片2具有无限的仿形能力，且阻挡成形轨迹修改方便。
为了保证带有梯形凹槽的非金属片2与沉积金属零件不粘合在一起，所述带有梯形凹槽的非金属片2通过石墨或陶瓷材料制作而成，目前，这种材料用途很广，加工容易，成本较低。
Claims (6)
1.一种利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
先给基板的四个侧面安装带有梯形凹槽的非金属片(2)，并对安装有带有梯形凹槽的非金属片(2)的基板进行预热，然后将金属材料加热至熔融状态，熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴(1)，再在氩气环境中，将所述金属熔滴(1)逐滴滴落到安装有带有梯形凹槽的非金属片(2)的基板表面，同时根据基板表面的形状移动所述安装有带有梯形凹槽的非金属片(2)的基板，使金属熔滴(1)逐点逐层进行堆积，同时通过带有梯形凹槽的非金属片(2)对各层金属熔滴(1)的边缘进行阻挡，直至金属熔滴(1)沉积完毕，再经固化收缩后，完成基板表面的金属熔滴(1)沉积。
2.根据权利要求1所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，其特征在于，将预热后的安装有带有梯形凹槽的非金属片(2)的基板置于真空吸附平台上，然后将所述真空吸附平台固定于3D移动平台上，同时，采集基板表面的形状信息，然后将基板表面的形状信息转发至计算机中，计算机根据所述基板表面的形状信息通过PMAC运动控制卡控制3D移动平台在三维空间的移动，使金属熔滴(1)逐点逐层堆积到安装有带有梯形凹槽的非金属片(2)的基板表面。
3.根据权利要求1所述利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，其特征在于，还包括在金属熔滴(1)逐点逐层的堆积过程中，通过CCD相机及数据采集卡采集金属熔滴(1)逐点逐层的堆积过程。
4.根据权利要求1所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，其特征在于，通过电磁阀施加脉冲压力使熔融状态的金属材料经喷嘴形成均匀的金属熔滴(1)。
5.根据权利要求1所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，其特征在于，所述将金属材料加热至熔融状态的具体操作为：将金属材料放置到坩埚中，然后通过加热装置将金属材料加热至熔融状态。
6.根据权利要求1所述的利用带有梯形凹槽的非金属片的金属熔滴沉积方法，其特征在于，所述带有梯形凹槽的非金属片(2)通过石墨或陶瓷材料制作而成。
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