CN110306210A - 金属基复合材料零件的电化学3d打印装置及打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置及打印方法，属于金属电化学3D打印领域。溶液供给装置固定安装在打印机外壳外部，三轴移动装置和溶液排出及收集装置均安装在打印机外壳底板上，储液槽安装在溶液排出及收集装置上，导电基板和温度控制装置安装在储液槽内部，电源阴极连接装置在导电基板的右侧，激光器安装在三轴移动装置上，透镜安装在激光器下方；喷嘴运动及固定装置安装在三轴移动装置上，一号喷嘴、二号喷嘴、三号喷嘴分别安装在喷嘴运动及固定装置中的三个丝杠上。优点是结构新颖，改善了单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、等诸多性能，用于微米级金属复合材料，降低了金属复合材料零件的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属电化学3D打印技术与金属复合材料领域，具体涉及一种制造金属复合材料零件的电化学3D打印装置。
背景技术
金属电化学3D打印技术通过还原溶液中的金属离子，将金属原子沉积到导电基板上，在环境条件下沉积多种材料和合金，而不会造成热损伤，因不需要昂贵的激光器或惰性气体环境，成本更低。
金属复合材料是指利用复合技术或多种、化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的复合材料，其极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，因而被广泛应用到产品广泛应用于石油、化工、船舶、冶金、矿山、机械制造、电力、等工业领域。
发明内容
本发明提供一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置及打印方法，以解决目前传统的金属复合材料生产方式存在的成本高、能耗大、占用空间大的问题。与传统的金属复合材料的生产方式(固相间结合法、堆焊热轧法等)相比，简化金属复合材料零件制造的生产流程以及提出制造金属基复合材料零件的新方式，能够避免轧制等物理方法对金属的内部残余应力。
本发明采取的技术方案是，金属基复合材料零件的电化学3D打印装置：溶液供给装置固定安装在打印机外壳外部，三轴移动装置和溶液排出及收集装置均安装在打印机外壳底板上，储液槽安装在溶液排出及收集装置上，导电基板和温度控制装置安装在储液槽内部，电源阴极连接装置在导电基板的右侧，激光器安装在三轴移动装置上，透镜安装在激光器下方；喷嘴运动及固定装置安装在三轴移动装置上，一号喷嘴、二号喷嘴、三号喷嘴分别安装在喷嘴运动及固定装置中的三个丝杠上。
本发明所述溶液供给装置包括三个储液桶、三个阀门和导管，每个储液桶通过阀门分别与导管连接。
本发明所述三轴移动装置包括：Z轴移动装置，Y轴移动装置，固定装置，激光器安装板，X轴移动平台，其中喷嘴运动及固定装置安装在固定装置上，在X轴移动平台、Y轴移动装置和Z轴移动装置协同配合下实现三维运动。
本发明所述喷嘴运动及固定装置包括偏转电机、机架、三个升降电机、限位槽、三个丝杠和固定板，其中机架安装在固定装置上，偏转电机带动机架转动，升降电机带动丝杠转动，三个丝杠、限位槽下端安装在固定板上。
本发明所述一号喷嘴、二号喷嘴、三号喷嘴的结构相同，其中三号喷嘴包括微米级打印头、储液器、密封塞、阳极连接装置、小压直轮、主动轮、电机、皮带、五个大压直轮、金属丝供料装置、喷嘴外壳和喷嘴夹，其中密封塞安装在储液器顶部，阳极连接装置位于密封塞上方，储液器内部装有金属电解液，喷嘴夹套接在喷嘴外壳的外部，喷嘴夹的一端凸起与喷嘴运动及固定装置的限位槽滑动连接，微米级打印头安装在储液器的底部，锐化金属丝缠绕在金属丝供料装置上，通过大压直轮、小压直轮和密封塞插入微米级打印头中，电机带动主动轮通过皮带带动大压直轮，在摩擦力作用下对锐化金属丝的进给及压直，阳极连接装置用于与直流电源的阳极电极夹连接。
本发明所述溶液排出及收集装置包括三个收集容器，三个阀门和三个导管，导管分别与储液槽联通，每个导管通过阀门和收集容器连接。
一种金属基复合材料零件的电化学3D打印方法，包括下列步骤：
(1)溶液供给装置中分别装有三种不同的、用于电化学增材制造的金属电解液，分别是溶液a、溶液b、溶液c，一号喷嘴中装有溶液a、二号喷嘴中装有溶液b、三号喷嘴中装有溶液c，且每个喷嘴中含有与要打印金属相同材料的锐化金属丝；
(2)建立要打印的金属零件的三维模型，切片层处理形成STL格式文件，通过控制输出电压和运动平台速度，按扫描路径逐层沉积成形；
(3)锐化金属丝通过阳极连接装置，与直流电源的阳极电极夹连接，电源阴极连接装置与直流电源的阴极电极夹连接，根据阳极锐化金属丝的溶解速率，调整锐化金属丝进给及压直装置带动金属丝供料装置使锐化金属丝尖端与微米级打印头末端距离5mm；
(4)激光器安装在激光器安装板上，与喷嘴系统协调运动，使激光器发出的激光经透镜后，聚焦点始终在工作位置喷嘴的微米级打印头正下方，当打印进程开始时，激光器打开；当打印进程暂停或结束时，激光器关闭；
(5)打印金属零件时，喷嘴系统位于零点位置，溶液供给装置将一定量的溶液a注入储液槽中，温度控制装置加热储液槽中的金属电解液温度为50℃后，三轴移动装置将一号喷嘴移至等待位置，喷嘴运动及固定装置的偏转电机将一号喷嘴的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机将一号喷嘴的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该一号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第一种金属；
(6)当打印到第二种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置的阀门打开，将储液槽中溶液a排出到溶液a收集容器中，闭合阀门；溶液供给装置将一定量的溶液b注入储液槽中；三轴移动装置将二号喷嘴移至等待位置，喷嘴运动及固定装置的偏转电机将二号喷嘴的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机将二号喷嘴的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该二号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第二种金属；
(7)当打印到第三种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置的阀门打开，将储液槽中溶液b排出到溶液b收集容器中，闭合阀门；溶液供给装置将一定量的溶液c注入储液槽中；三轴移动装置将三号喷嘴移至等待位置，喷嘴运动及固定装置的偏转电机将三号喷嘴的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机将三号喷嘴的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该三号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第三种金属；
(8)根据零件的成分组成，选择重复步骤(5)～(7)，打印出一层所需形状的所要求的金属；逐步完成打印进程。
本发明所述的金属种类包括Cu、Ag、Sn、Mn、Ni；
本发明微米级打印头的移动速度0.5-1.0mm/s，所设定的打印温度环境为50℃，恒压直流电源所提供的电压为5-10V。
本发明的优点是结构新颖，利用电化学3D打印技术能够制造金属基复合材料极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、等诸多性能；本发明可以在环境条件下沉积多种材料和合金对比其他电化学3D打印装置，功能更丰富；本发明也可用于微米级金属复合材料，在军工、医疗、电子等精密机械制造领域具有潜力；本发明大大降低了金属复合材料零件的生产成本，在制造领域具有巨大潜力。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是图1去掉外壳和溶液供给装置的结构示意图；
图3是本发明溶液供给装置的结构示意图；
图4是本发明三轴移动装置的结构示意图；
图5是本发明喷嘴运动及固定装置的结构示意图；
图6是本发明三号喷嘴的结构示意图；
图7是本发明三号喷嘴的内部结构示意图；
图8是溶液排出及收集装置装置结构图；
图9是本发明三个喷嘴工作位置、等待位置的示意图。
具体实施方式
参见图1、2，溶液供给装置2固定安装在打印机外壳1外部；三轴移动装置3和溶液排出及收集装置10均安装在打印机外壳1底板上；储液槽12安装在溶液排出及收集装置10上，导电基板11和温度控制装置14安装在储液槽12内部；电源阴极连接装置13在导电基板11的右侧；激光器8安装在三轴移动装置3上，透镜9安装在激光器8下方；喷嘴运动及固定装置4安装在三轴移动装置3上，一号喷嘴7、二号喷嘴6、三号喷嘴5分别安装在喷嘴运动及固定装置4中的三个丝杠上；
参见图3，本发明所述溶液供给装置2包括三个储液桶0201、三个阀门0202和导管0203；每个储液桶0201通过阀门0202分别与导管0203连接；
溶液分别储存在储液桶0201中，当单个阀门0202打开时，对应的溶液在重力作用下，经导管0203流入储液槽12中，且溶液液面高度高于打印件的高度；
参见图4，本发明所述三轴移动装置3包括：Z轴移动装置0301，Y轴移动装置0302，固定装置0303，激光器安装板0304，X轴移动平台0305，其中喷嘴运动及固定装置4安装在固定装置0303上，在X轴移动平台、Y轴移动装置和Z轴移动装置协同配合下实现三维运动；
参见图5，本发明所述喷嘴运动及固定装置4包括偏转电机0401、机架0402、三个升降电机0403、限位槽0404、三个丝杠0405和固定板0406，机架0402安装在固定装置0303上，偏转电机0401带动机架0402转动，升降电机0403带动丝杠0405转动，三个丝杠0405、限位槽0404下端安装在固定板0406上；
该装置能够控制每个喷嘴与该装置的相对高度，并且能够在偏转电机0401的带动下，绕中心轴旋转。在正常工作状态下，所需类型的喷嘴通过升降电机0403带动丝杠，移动到工作位置进行打印，其余喷嘴在等待位置等待；当需要切换喷嘴时，将工作位置的喷嘴系统提升到等待位置，中心轴旋转120°切换到下一喷嘴，同时由等待位置经丝杠移动到工作位置，继续打印进度；
参见图6、7，本发明所述一号喷嘴7、二号喷嘴6、三号喷嘴5的结构相同，其中三号喷嘴5包括微米级打印头0501、储液器0504、密封塞0505、阳极连接装置0506、小压直轮0507、主动轮0508、电机0509、皮带0510、五个大压直轮0511、金属丝供料装置0512、喷嘴外壳0513和喷嘴夹0514，其中密封塞0505安装在储液器0504顶部，阳极连接装置0506位于密封塞0505上方，储液器0504内部装有金属电解液0502，喷嘴夹0514套接在喷嘴外壳0513的外部，喷嘴夹0514的一端凸起与喷嘴运动及固定装置4的限位槽0404滑动连接，微米级打印头0501安装在储液器0504的底部，锐化金属丝0503缠绕在金属丝供料装置0512上，通过大压直轮0511、小压直轮0507和密封塞0505插入微米级打印头0501中，电机0509带动主动轮0508通过皮带0510带动大压直轮0511，在摩擦力作用下对锐化金属丝0503的进给及压直，阳极连接装置0506用于与直流电源的阳极电极夹连接；
参见图8，本发明所述溶液排出及收集装置10包括三个收集容器1001，三个阀门1002和三个导管1003，导管1003分别与储液槽12联通，每个导管1003通过阀门1002和收集容器1001连接；
当阀门1002打开时，溶液在重力下，经导管1002流入收集容器1001中，该装置包含三个收集容器，分别用以回收溶液a、溶液b、溶液c；
一种金属基复合材料零件的电化学3D打印方法，包括下列步骤：
(1)溶液供给装置2中分别装有三种不同的、用于电化学增材制造的金属电解液，分别是溶液a、溶液b、溶液c，一号喷嘴7中装有溶液a、二号喷嘴6中装有溶液b、三号喷嘴5中装有溶液c，且每个喷嘴中含有与要打印金属相同材料的锐化金属丝；
(2)建立要打印的金属零件的三维模型，切片层处理形成STL格式文件，通过控制输出电压和运动平台速度，按扫描路径逐层沉积成形；
(3)锐化金属丝通过阳极连接装置，与直流电源的阳极电极夹连接，电源阴极连接装置13与直流电源的阴极电极夹连接，根据阳极锐化金属丝的溶解速率，调整锐化金属丝进给及压直装置带动金属丝供料装置使锐化金属丝尖端与微米级打印头末端距离5mm；
(4)激光器8安装在激光器安装板0304上，与喷嘴系统协调运动，使激光器发出的激光经透镜9后，聚焦点始终在工作位置喷嘴的微米级打印头正下方，激光辐照可以减少阴极杂质的吸附，改善打印件的表面质量；当打印进程开始时，激光器打开；当打印进程暂停或结束时，激光器关闭；
(5)打印金属零件时，喷嘴系统位于零点位置，溶液供给装置将一定量的溶液a注入储液槽中，温度控制装置14加热储液槽12中的金属电解液温度为50℃后，加热能加快金属电解液中离子的扩散速度，提高打印速度，三轴移动装置3将一号喷嘴7移至等待位置，喷嘴运动及固定装置4的偏转电机0401将一号喷嘴7的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机0403将一号喷嘴7的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，参见图9，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该一号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第一种金属；
(6)当打印到第二种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置3将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置10的阀门1002打开，将储液槽12中溶液a排出到溶液a收集容器1001中，闭合阀1002；溶液供给装置2将一定量的溶液b注入储液槽12中；三轴移动装置3将二号喷嘴6移至等待位置，喷嘴运动及固定装置4的偏转电机0401将二号喷嘴6的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机0403将二号喷嘴6的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该二号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第二种金属；
(7)当打印到第三种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置3将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置10的阀门1002由程序控制打开，将储液槽12中溶液b排出到溶液b收集容器1001中，闭合阀门1002；溶液供给装置2将一定量的溶液c注入储液槽3中；三轴移动装置3将三号喷嘴5移至等待位置，喷嘴运动及固定装置4的偏转电机0401将三号喷嘴5的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机0403将三号喷嘴5的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该三号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第三种金属；
(8)根据零件的成分组成，选择重复步骤(5)～(7)，打印出一层所需形状的所要求的金属；逐步完成打印进程。
本发明所述的金属种类包括Cu、Ag、Sn、Mn、Ni；
本发明微米级打印头的移动速度0.5-1.0mm/s，所设定的打印温度环境为50℃，恒压直流电源所提供的电压为5-10V。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明：
包括下列步骤：
(1)溶液供给装置2中分别装有三种不同的、用于电化学增材制造的金属电解液，分别是溶液a、溶液b、溶液c，其中：溶液a为在去离子水中配制的硫酸铜80g/L、硫酸80g/L、盐酸60mg/L的混合溶液；溶液b在去离子水中配制的六水硫酸镍113g/L、六水氯化镍30g/L、硼酸23g/L的混合溶液；溶液c为去离子水中配制的氯化锰400g/L、盐酸36.5g/L的混合溶液；一号喷嘴7中装有溶液a、二号喷嘴6中装有溶液b、三号喷嘴5中装有溶液c，且每个喷嘴中含有与要打印金属相同材料的锐化金属丝：铜丝、镍丝、锰丝；
(2)用Catia软件建立要打印的金属零件的三维模型，切片层处理形成STL格式文件，通过控制输出电压和运动平台速度，按扫描路径逐层沉积成形；
(3)锐化金属丝通过阳极连接装置，与直流电源的阳极电极夹连接，电源阴极连接装置13与直流电源的阴极电极夹连接，根据阳极锐化金属丝的溶解速率，调整锐化金属丝进给及压直装置带动金属丝供料装置使锐化金属丝尖端与微米级打印头末端距离5mm；
(4)激光器8安装在激光器安装板0304上，与喷嘴系统协调运动，使激光器发出的激光经透镜9后，聚焦点始终在工作位置喷嘴的微米级打印头正下方，激光辐照可以减少阴极杂质的吸附，改善打印件的表面质量；当打印进程开始时，激光器打开；当打印进程暂停或结束时，激光器关闭；
(5)打印金属零件时，喷嘴系统位于零点位置，溶液供给装置将一定量的溶液a注入储液槽中，温度控制装置14加热储液槽12中的金属电解液温度为50℃后，加热能加快金属电解液中离子的扩散速度，提高打印速度，三轴移动装置3将一号喷嘴7移至等待位置，喷嘴运动及固定装置4的偏转电机0401将一号喷嘴7的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机0403将一号喷嘴7的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该一号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的铜金属；
(6)当打印到第二种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置3将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置10的阀门1002打开，将储液槽12中溶液a排出到溶液a收集容器1001中，闭合阀1002；溶液供给装置2将一定量的溶液b注入储液槽12中；三轴移动装置3将二号喷嘴6移至等待位置，喷嘴运动及固定装置4的偏转电机0401将二号喷嘴6的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机0403将二号喷嘴6的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该二号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的镍金属；
(7)当打印到第三种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置3将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置10的阀门1002由程序控制打开，将储液槽12中溶液b排出到溶液b收集容器1001中，闭合阀门1002；溶液供给装置2将一定量的溶液c注入储液槽3中；三轴移动装置3将三号喷嘴5移至等待位置，喷嘴运动及固定装置4的偏转电机0401将三号喷嘴5的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机0403将三号喷嘴5的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该三号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的锰金属；
(8)根据零件的成分组成，选择重复步骤(5)～(7)，打印出一层所需形状的所要求的金属；逐步完成打印进程。
Claims (9)
1.一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置，其特征在于：溶液供给装置固定安装在打印机外壳外部，三轴移动装置和溶液排出及收集装置均安装在打印机外壳底板上，储液槽安装在溶液排出及收集装置上，导电基板和温度控制装置安装在储液槽内部，电源阴极连接装置在导电基板的右侧，激光器安装在三轴移动装置上，透镜安装在激光器下方；喷嘴运动及固定装置安装在三轴移动装置上，一号喷嘴、二号喷嘴、三号喷嘴分别安装在喷嘴运动及固定装置中的三个丝杠上。
2.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置，其特征在于：所述溶液供给装置包括三个储液桶、三个阀门和导管，每个储液桶通过阀门分别与导管连接。
3.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置，其特征在于：所述三轴移动装置包括：Z轴移动装置，Y轴移动装置，固定装置，激光器安装板，X轴移动平台，其中喷嘴运动及固定装置安装在固定装置上，在X轴移动平台、Y轴移动装置和Z轴移动装置协同配合下实现三维运动。
4.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置，其特征在于：所述喷嘴运动及固定装置包括偏转电机、机架、三个升降电机、限位槽、三个丝杠和固定板，其中机架安装在固定装置上，偏转电机带动机架转动，升降电机带动丝杠转动，三个丝杠、限位槽下端安装在固定板上。
5.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置，其特征在于：所述一号喷嘴、二号喷嘴、三号喷嘴的结构相同，其中三号喷嘴包括微米级打印头、储液器、密封塞、阳极连接装置、小压直轮、主动轮、电机、皮带、五个大压直轮、金属丝供料装置、喷嘴外壳和喷嘴夹，其中密封塞安装在储液器顶部，阳极连接装置位于密封塞上方，储液器内部装有金属电解液，喷嘴夹套接在喷嘴外壳的外部，喷嘴夹的一端凸起与喷嘴运动及固定装置的限位槽滑动连接，微米级打印头安装在储液器的底部，锐化金属丝缠绕在金属丝供料装置上，通过大压直轮、小压直轮和密封塞插入微米级打印头中，电机带动主动轮通过皮带带动大压直轮，在摩擦力作用下对锐化金属丝的进给及压直，阳极连接装置用于与直流电源的阳极电极夹连接。
6.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印装置，其特征在于：所述溶液排出及收集装置包括三个收集容器，三个阀门和三个导管，导管分别与储液槽联通，每个导管通过阀门和收集容器连接。
7.一种金属基复合材料零件的电化学3D打印方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)溶液供给装置中分别装有三种不同的、用于电化学增材制造的金属电解液，分别是溶液a、溶液b、溶液c，一号喷嘴中装有溶液a、二号喷嘴中装有溶液b、三号喷嘴中装有溶液c，且每个喷嘴中含有与要打印金属相同材料的锐化金属丝；
(2)建立要打印的金属零件的三维模型，切片层处理形成STL格式文件，通过控制输出电压和运动平台速度，按扫描路径逐层沉积成形；
(3)锐化金属丝通过阳极连接装置，与直流电源的阳极电极夹连接，电源阴极连接装置与直流电源的阴极电极夹连接，根据阳极锐化金属丝的溶解速率，调整锐化金属丝进给及压直装置带动金属丝供料装置使锐化金属丝尖端与微米级打印头末端距离5mm；
(4)激光器安装在激光器安装板上，与喷嘴系统协调运动，使激光器发出的激光经透镜后，聚焦点始终在工作位置喷嘴的微米级打印头正下方，当打印进程开始时，激光器打开；当打印进程暂停或结束时，激光器关闭；
(5)打印金属零件时，喷嘴系统位于零点位置，溶液供给装置将一定量的溶液a注入储液槽中，温度控制装置加热储液槽中的金属电解液温度为50℃后，三轴移动装置将一号喷嘴移至等待位置，喷嘴运动及固定装置的偏转电机将一号喷嘴的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机将一号喷嘴的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该一号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第一种金属；
(6)当打印到第二种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置的阀门打开，将储液槽中溶液a排出到溶液a收集容器中，闭合阀门；溶液供给装置将一定量的溶液b注入储液槽中；三轴移动装置将二号喷嘴移至等待位置，喷嘴运动及固定装置的偏转电机将二号喷嘴的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机将二号喷嘴的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该二号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第二种金属；
(7)当打印到第三种金属的起始位置时，暂停打印进程，三轴移动装置将喷嘴系统移至零点位置；溶液排出及收集装置的阀门打开，将储液槽中溶液b排出到溶液b收集容器中，闭合阀门；溶液供给装置将一定量的溶液c注入储液槽中；三轴移动装置将三号喷嘴移至等待位置，喷嘴运动及固定装置的偏转电机将三号喷嘴的微米级打印头转到工作位置上方，再通过升降电机将三号喷嘴的微米级打印头移至距导电金属基板为50微米工作位置、该工作位置位于储液槽的液面之下，使之形成闭合回路，在微米级打印头下方金属离子被还原成金属原子沉积在阴极板的相应位置，随着该三号喷嘴的逐步移动，打印出一层所需形状的第三种金属；
(8)根据零件的成分组成，选择重复步骤(5)～(7)，打印出一层所需形状的所要求的金属；逐步完成打印进程。
8.根据权利要求7所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印方法，其特征在于，所述的金属种类包括Cu、Ag、Sn、Mn、Ni。
9.根据权利要求7所述的一种金属基复合材料零件的电化学3D打印方法，其特征在于：微米级打印头的移动速度0.5-1.0mm/s，所设定的打印温度环境为50℃，恒压直流电源所提供的电压为5-10V。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111041529A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-21 | 厦门理工学院 | 一种电沉积3d打印头及装置 |
| CN111575768A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-25 | 吉林大学 | 一种陶瓷金属复合材料双模式增材制造装置及打印方法 |
| CN111850617A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-30 | 沃尔创新（深圳）科技有限公司 | 一种金属3d打印方法及打印机 |
| CN112317766A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-05 | 合肥新杉宇航三维科技有限公司 | 一种亚微米级打印设备及其打印方法 |
| CN113215625A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-06 | 大连理工大学 | 一种加工串联式变直径金属柱结构的电化学金属3d打印方法 |
| KR20210141172A (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-23 | 한국생산기술연구원 | 액상 다이렉트 적층이 가능한 3d 프린터 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| CN114232058A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 吉林大学 | 基于空心afm悬臂梁探针的电化学3d打印装置及方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103590080A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 铜陵学院 | 一种激光强化喷射电沉积快速成形加工装置及方法 |
| CN103590076A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 铜陵学院 | 一种激光强化电沉积快速成形加工装置及方法 |
| CN204939634U (zh) * | 2015-09-16 | 2016-01-06 | 上海圣匡机电科技有限公司 | 金属件快速成型用打印头和打印装置 |
| CN105648491A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-08 | 河南理工大学 | 一种电化学加工三维金属微结构的系统与方法 |
| KR101774339B1 (ko) * | 2015-11-18 | 2017-09-21 | 한국과학기술원 | 3d 나노프린팅 펜 |
| CN107400913A (zh) * | 2016-05-19 | 2017-11-28 | 高·哈里·凡 | 电化学金属针尖3d打印机及打印方法 |
| US20180178461A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Anycasting Co., Ltd. | 3d printing apparatus using selective electrochemical deposition |
| KR101913171B1 (ko) * | 2017-03-10 | 2018-11-26 | (주)애니캐스팅 | 선택적 전기화학 전착을 이용한 3ｄ 프린팅 장치 |
| CN109750327A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-05-14 | 西安科技大学 | 一种多金属电化学3d打印装置及其打印方法 |
| CN109913919A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-06-21 | 江苏大学 | 一种在工件表面制备微纳二维结构的加工方法及装置 |
-
2019
- 2019-07-16 CN CN201910643332.4A patent/CN110306210B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103590080A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 铜陵学院 | 一种激光强化喷射电沉积快速成形加工装置及方法 |
| CN103590076A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 铜陵学院 | 一种激光强化电沉积快速成形加工装置及方法 |
| CN204939634U (zh) * | 2015-09-16 | 2016-01-06 | 上海圣匡机电科技有限公司 | 金属件快速成型用打印头和打印装置 |
| KR101774339B1 (ko) * | 2015-11-18 | 2017-09-21 | 한국과학기술원 | 3d 나노프린팅 펜 |
| CN105648491A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-08 | 河南理工大学 | 一种电化学加工三维金属微结构的系统与方法 |
| CN107400913A (zh) * | 2016-05-19 | 2017-11-28 | 高·哈里·凡 | 电化学金属针尖3d打印机及打印方法 |
| US20180178461A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Anycasting Co., Ltd. | 3d printing apparatus using selective electrochemical deposition |
| KR101913171B1 (ko) * | 2017-03-10 | 2018-11-26 | (주)애니캐스팅 | 선택적 전기화학 전착을 이용한 3ｄ 프린팅 장치 |
| CN109913919A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-06-21 | 江苏大学 | 一种在工件表面制备微纳二维结构的加工方法及装置 |
| CN109750327A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-05-14 | 西安科技大学 | 一种多金属电化学3d打印装置及其打印方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 梁志杰 等: "激光强化电沉积技术研究", 《电镀与精饰》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111041529A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-21 | 厦门理工学院 | 一种电沉积3d打印头及装置 |
| CN111041529B (zh) * | 2019-12-24 | 2021-12-07 | 厦门理工学院 | 一种电沉积3d打印装置 |
| KR20210141172A (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-23 | 한국생산기술연구원 | 액상 다이렉트 적층이 가능한 3d 프린터 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| KR102331977B1 (ko) | 2020-05-15 | 2021-11-29 | 한국생산기술연구원 | 액상 다이렉트 적층이 가능한 3d 프린터 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| CN111575768A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-25 | 吉林大学 | 一种陶瓷金属复合材料双模式增材制造装置及打印方法 |
| CN111575768B (zh) * | 2020-05-25 | 2022-02-01 | 吉林大学 | 一种陶瓷金属复合材料双模式增材制造装置及打印方法 |
| CN111850617A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-30 | 沃尔创新（深圳）科技有限公司 | 一种金属3d打印方法及打印机 |
| CN111850617B (zh) * | 2020-08-04 | 2021-12-28 | 沃尔创新（深圳）科技有限公司 | 一种金属3d打印方法及打印机 |
| CN112317766A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-05 | 合肥新杉宇航三维科技有限公司 | 一种亚微米级打印设备及其打印方法 |
| CN113215625A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-06 | 大连理工大学 | 一种加工串联式变直径金属柱结构的电化学金属3d打印方法 |
| CN114232058A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 吉林大学 | 基于空心afm悬臂梁探针的电化学3d打印装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110306210B (zh) | 2021-07-02 |
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