CN106392066A - 一种利用3d打印制备铝合金型材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用3D打印制备铝合金型材的方法。所述方法根据应用要求，利用计算机设计铝合金各元素的配比、金相组成方式以及铝合金型材的外形，依据设计方案，利用3D打印机控制各元素粉末的投放量、投放顺序和投放位置，打印出既定配方、既定金相结构、既定外形、既定尺寸的铝合金型材。通过所述方法能够根据应用需求灵活设计型材的尺寸、造型，能够精确配置各类合金元素的含量，精准控制合金各元素原子的分布密度和金相形成方式，进而能够精准控制合金的性能。

Description

一种利用3D打印制备铝合金型材的方法

技术领域

本发明属于新型材料和智能制造技术领域，具体涉及一种利用3D打印制备铝合金型材的方法。

背景技术

铝是一种银白色的金属，具有密度低，只有2.79/cm³，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.839/cm³，8.939/cm³) 的1/3。导电性和导热性好、塑性高、抗腐蚀性能好等特点，铝的表面具有高度的反射性，辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。铝的化学性质活泼，在空气中易与氧结合，表面形成一层致密坚固的氧化铝薄膜，可保护内层金属不再继续氧化，故在大气中有极好的稳定性。铝在大自然中的蕴藏量非常丰富，铝在地壳中的含量为7.45％，仅次于氧和硅，我国铝土矿的储量也居世界前列，探明储量有6.3 亿吨，而且它是一种具有很强再生性的金属，它的“绿色生命力”可供持续发挥。

由于纯铝的硬度较小，所以难以作为结构性材料使用，为了充分利用铝的其它优良性能，改善铝的机械强度，通常是通过添加其他金属成分，生成不同种类的铝合金。在现代生活中，铝及铝合金已经广泛地应用在各种行业中。

铝合金具有以下优点：

(1) 密度小：密度小对于航天航空器、船舶、车辆等交通工具及建筑物轻量化非常有益，在交通运输中，能大大减少油耗，同时也可以节省搬运费和加工费，降低成本，在工业、建筑业、民用业等领域的应用越来越广泛。

(2) 良好的耐腐蚀性、耐候性：铝及铝合金在大气中能够形成一层硬而且致密，具有良好抗腐蚀性能的氧化膜，通过阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂等表面处理，可进一步提高铝材的抗腐蚀性。

(3) 良好的机加工性和装饰性：铝合金具有良好的可塑性，可加工成各种规格、形状的产品，通过表面处理可生成不同性质、不同颜色的膜层，具有良好的装饰性。

(4) 良好的导热性：铝合金的导热率大约是铜的50.6％，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器非常有利。

(5) 良好的可锻性：铝合金可以锻造成强度高、形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围非常宽泛。

(6) 良好的可焊性：铝合金可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬焊、软焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。

(7) 极高的回收性：再生铝合金的特性与原生铝合金几乎没有差别，这点使铝合金成为环保人士的宠儿，环保性相当好。

(8) 铝合金有高的比强度、比刚度、断裂韧性和疲劳强度，用其代替钢铁材料可大大减轻零构件的重量，增加结构的稳定性。作为一种工程结构材料，在液体导弹、运载火箭和飞机中得到广泛应用，在其它行业应用也十分广泛。

(9) 特定铝合金具有高电阻率，这些合金可用于如高转矩的电动机中。

根据用途，铝合金通常要被制成各种不同的型材，目前铝合金型材都是采用模具挤压方式支撑的，为了制造不同种类的型材，就需要事先制造出型材的模具，因而制造成本高，制造周期长，对需求的应变能力很弱。另外，现在的铝合金材料都是通过熔融、炼造、淬火、固溶、时效处理等工艺制造出来的，对组成合金的各种元素的分布均匀度无法控制，对合金金相的构成也无法精确控制，因而对制得的合金的性能也就无法做到精准控制。

发明内容

为了克服现有的铝合金型材制造工艺存在的制造成本高，制造周期长，对需求的应变能力弱，以及现有的铝合金制造工艺对合金的性能无法精准控制等缺陷，本发明提供一种利用3D打印制备铝合金型材的方法。所述方法能够根据应用需求灵活设计型材的尺寸、造型，能够精确配置各类合金元素的含量，精准控制合金各元素原子的分布密度和金相形成方式，进而能够精准控制合金的性能。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种利用3D打印制备铝合金型材的方法，其特征在于，所述方法利用计算机设计铝合金各元素的配比、金相组成方式以及铝合金型材的外形，依据设计方案，利用3D打印机控制各元素粉末的投放量、投放顺序和投放位置，打印出既定配方、既定金相结构、既定外形、既定尺寸的铝合金型材。

一种利用3D打印制备铝合金型材的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）设计：根据应用目标，确定铝合金尺寸、形状、性能要求；

2）配方：根据对铝合金的性能要求，确定铝合金的金相结构，包括组成原子及原子间的结构，进而确定铝合金的配方，包括各元素的选择及配比；

3）备料：根据对金相结构的要求，确定各组分金属的粉末颗粒度，然后用相应的研磨将各元素原料研磨成相应的粒度；

4）打印准备：将3D打印机的打印范围设置成铝合金型材的外围投影的尺寸范围，然后将各种原料粉末装入3D打印机的原料盒中；

5）打印：根据设计方案，驱动打印机逐层实施打印任务，包括控制各种原料粉末的投放顺序和投放量，通过逐层地堆叠式打印，最终打印出预设的铝合金型材。

本发明的优点和有益效果为：

1）能够根据应用需求，精确地设计铝合金型材的尺寸、形状和性能要求；

2）通过计算机设计，能够依据性能要求，精确地确定铝合金型材的金相结构和组成成分；

3）通过3D打印，能够精确地实现设计方案，制造出固定尺寸、固定形状和一定性能的铝合金材料。

具体实施方式

一种利用3D打印制备铝合金型材的方法，其特征在于，所述方法根据应用要求，利用计算机设计铝合金各元素的配比、金相组成方式以及铝合金型材的外形，依据设计方案，利用3D打印机控制各元素粉末的投放量、投放顺序和投放位置，打印出既定配方、既定金相结构、既定外形、既定尺寸的铝合金型材。

一种利用3D打印制备铝合金型材的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）设计：根据应用目标，确定铝合金尺寸、形状、性能要求；

2）配方：根据对铝合金的性能要求，确定铝合金的金相结构，包括组成原子及原子间的结构，进而确定铝合金的配方，包括各元素的选择及配比；

3）备料：根据对金相结构的要求，确定各组分金属的粉末颗粒度，然后用相应的研磨将各元素原料研磨成相应的粒度；

4）打印准备：将3D打印机的打印范围设置成铝合金型材的外围投影的尺寸范围，然后将各种原料粉末装入3D打印机的原料盒中；

5）打印：根据设计方案，驱动打印机逐层实施打印任务，包括控制各种原料粉末的投放顺序和投放量，通过逐层地堆叠式打印，最终打印出预设的铝合金型材。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种利用3D打印制备铝合金型材的方法，其特征在于：所述方法根据应用要求，利用计算机设计铝合金各元素的配比、金相组成方式以及铝合金型材的外形，依据设计方案，利用3D打印机控制各元素粉末的投放量、投放顺序和投放位置，打印出既定配方、既定金相结构、既定外形、既定尺寸的铝合金型材。

2.根据权利要求1 所述的一种利用3D打印制备铝合金型材的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）设计：根据应用目标，确定铝合金尺寸、形状、性能要求；

2）配方：根据对铝合金的性能要求，确定铝合金的金相结构，包括组成原子及原子间的结构，进而确定铝合金的配方，包括各元素的选择及配比；

3）备料：根据对金相结构的要求，确定各组分金属的粉末颗粒度，然后用相应的研磨将各元素原料研磨成相应的粒度；

4）打印准备：将3D打印机的打印范围设置成铝合金型材的外围投影的尺寸范围，然后将各种原料粉末装入3D打印机的原料盒中；

5）打印：根据设计方案，驱动打印机逐层实施打印任务，包括控制各种原料粉末的投放顺序和投放量，通过逐层地堆叠式打印，最终打印出预设的铝合金型材。