CN110359069A - 一种液相多金属混合增材制造装置及方法 - Google Patents

一种液相多金属混合增材制造装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液相多金属混合增材制造装置及方法，属于金属材料电化学3D打印技术领域。多金属混合3D打印装置、沉积室安装于气浮隔震台上，气浮隔震台固定于底座箱上，金属盐溶液供给‑废液收集系统置于底座箱上。本发明通过将溶液中的金属离子用电化学方法还原到导电基材上来制造金属零件，切换不同金属溶液实现多种金属的混合打印，采用2组垂直放置的打印头配合五轴高精密平台的运动，可打印球状结构、悬臂结构、桁架结构等复杂零件，无需常规打印时逐层累积所需的支撑材料及后续除过程，具有打印成本低、复杂零件成形、无需支撑材料等优势。

Description

一种液相多金属混合增材制造装置及方法
技术领域
本发明属于金属材料电化学3D打印技术领域，具体涉及一种液相多金属混合增材制造装置。
背景技术
金属电化学3D打印技术通过还原溶液中的金属阳离子，定向可控的沉积还原后的金属原子到对应位置的阴极基板上，在可控的多种环境条件下，定量的控制电压大小，放电距离，达到沉积不同金属材料和控制沉积质量的目的，而不会造成传动机械加工的力学损伤，且金属电化学3D打印无需昂贵的激光发生器或特定的惰性气体环境，成本较低。电化学沉积技术在溶液中进行氧化还原反应，在外电场作用下通过电解质溶液中正负离子的迁移而在电极上发生氧化还原反应形成镀层的。
发明内容
本发明提供一种液相多金属混合增材制造装置及方法。
本发明采取的技术方案是，液相多金属混合增材制造装置，包括多金属混合3D打印装置、气浮隔震台、沉积室、金属盐溶液供给-废液收集系统、底座箱，其中多金属混合3D打印装置、沉积室安装于气浮隔震台上，气浮隔震台固定于底座箱上，金属盐溶液供给-废液收集系统置于底座箱上。
本发明所述的多金属混合3D打印装置，包括X轴驱动平台、Z轴驱动平台、Y轴驱动平台、X轴支撑架、多金属液相打印头、a轴旋转驱动平台、铂电极打印头、b轴直线驱动平台、X轴支撑架；其中X轴支撑架、X轴支撑架安装于气浮隔震台上，X轴驱动平台置于X轴支撑架一、X轴支撑架二顶部，Y轴驱动平台安装于X轴驱动平台顶部，Z轴驱动平台安装于Y轴驱动平台侧面；a轴旋转驱动平台安装于Z轴驱动平台侧面，多金属液相打印头与a轴旋转驱动平台固定连接，b轴直线驱动平台与a轴旋转驱动平台的底部固定连接，铂电极打印头与b轴直线驱动平台固定连接。
本发明所述的多金属液相打印头，由储液管L上盖、储液管L、储液管支架、储液管M上盖、储液管M、储液管N上盖、储液管N、电磁阀N、储液管N锁止块、储液管M锁止块、储液管L锁止块、储液管锁止块螺栓、四通管、电磁阀L、电磁阀M、储液管N阳极金属棒、储液管N参比电极导向件、储液管N参比电极金属棒、储液管L阳极金属棒、储液管L参比电极金属棒、储液管L参比电极导向件、延长管、液相打印喷头；其中储液管L阳极金属棒安装于储液管L上盖中，储液管L参比电极金属棒穿过储液管L参比电极导向件共同安装于储液管L上盖中，储液管L上盖安装于储液管L顶部，储液管M上盖安装于储液管M顶部，储液管N阳极金属棒安装于储液管N上盖中，储液管N参比电极金属棒穿过储液管N参比电极导向件共同安装于储液管N上盖中，储液管N上盖中安装于储液管N顶部；储液管L、储液管M、储液管N分别置于储液管支架侧面，通过储液管N锁止块、储液管M锁止块、储液管L锁止块与储液管锁止块螺栓锁紧；电磁阀N安装于储液管N底部、电磁阀M安装于储液管M底部、电磁阀L安装于储液管L底部，电磁阀N、电磁阀M、电磁阀L分别于四通管顶部三入水口相连，四通管底部出水口与延长管连接，液相打印喷头安装于延长管底端。
本发明所述的a轴旋转驱动平台，包括Z轴平台连接支架锁紧螺栓、Z轴平台连接支架、平台框架、环形导轨、环形导轨锁紧螺栓、驱动电机、滑块、导向轮、齿轮、平台框架锁紧螺栓、储液管支架锁紧螺栓，其中Z轴平台连接支架置于平台框架顶部通过平台框架锁紧螺栓锁紧，Z轴平台连接支架通过Z轴平台连接支架锁紧螺栓锁紧于Z轴驱动平台侧面，环形导轨通过环形导轨锁紧螺栓安装于平台框架底部，驱动电机安装于滑块底部，导向轮、齿轮安装于滑块顶部并与环形导轨装配在一起组成环形驱动系统，储液管支架锁紧螺栓用于将储液管支架与Z轴平台连接支架连接。
本发明所述的铂电极打印头，包括导线、密封盖、玻璃丝绝缘套、石墨烯粉末、铂丝电极，其中铂丝电极封装于玻璃丝绝缘套内与玻璃丝一端对齐，导线穿过密封盖插入玻璃丝绝缘套另一端，倒入石墨烯粉末于玻璃丝绝缘套内填满间隙，用密封盖密封玻璃丝绝缘套一端。
本发明所述的b轴直线驱动平台，包括直线驱动平台、支架、电极锁止块、锁止块螺栓、支架螺栓，其中直线驱动平台安装于滑块底部，支架通过支架螺栓紧固于直线驱动平台底部，铂电极打印头安装于支架底部开槽处，通过电极锁止块、锁止块螺栓锁紧与架底端。
本发明所述沉积室，包括沉积室箱体、阴极基板、入水流道、排液口一、排液口二、排液口三，其中阴极基板安装于沉积室箱体内，入水流道位于沉积室箱体后端，排液口一、排液口二、排液口三位于沉积室箱体内部底面。
本发明所述的金属盐溶液供给-废液收集系统，包括储液罐一、储液罐二，储液罐三、蠕动泵一、蠕动泵二、蠕动泵三、供液管一、供液管二、供液管三、排液管一、排液管二、排液管三、废液回收罐一、废液回收罐二、废液回收罐三、蠕动泵四、供液管四，其中储液罐一、储液罐二，储液罐三叠放于底座箱上表面，蠕动泵一安装于储液罐一后部出水口，蠕动泵安装于储液罐一顶部出口，供液管四一端与蠕动泵四相连，另一端与储液管M上盖相连，供液管一一端与蠕动泵一相连，另一端插入沉积室箱体一后部入水孔内，蠕动泵二安装于储液罐二后部出水口，供液管二一端与蠕动泵二相连，另一端插入沉积室箱体一后部入水孔内，蠕动泵三安装于储液罐三后部出水口，供液管三一端与蠕动泵三连接，另一端插入沉积室箱体后部入水孔内；排液管一一端与排液口三相连，另一端插入废液回收罐一内，排液管二一端与排液口二相连，另一端插入废液回收罐二内，排液管三一端与排液口一相连，另一端插入废液回收罐三内。
本发明所述的气浮隔震台，要求负载能力200kg，水平及垂直固有频率2.5～2.7Hz±0.3。
本发明所述X轴驱动平台、Z轴驱动平台、Y轴驱动平台、a轴旋转驱动平台、b轴直线驱动平台运动精度为1μm/s。
本发明所述储液管L上盖、储液管L、储液管M上盖、储液管M、储液管N上盖、储液管N、电磁阀N、四通管、电磁阀L、电磁阀M、延长管、液相打印喷头、排液口一、排液口二、排液口三、供液管一、供液管二、供液管三、排液管一、排液管二、排液管三、废液回收罐一、废液回收罐二、废液回收罐三、供液管四均为不参与金属电化学反应的PVC材质。
一种液相多金属混合增材制造方法，包括下列步骤：
(1)金属离子溶液配制
金属离子溶液的配制的主要材料为Cu、Zn单一金属离子的盐溶液，将粉末状Cu、Zn硫酸盐溶于去离子水，溶液pH值根据使用金属的不同由H2SO4(40g/L)调节，可根据需要配制5％、10％、15％至饱和的Cu、Zn硫酸盐溶液，阳极的去极化剂为5％的NaCl(10g/L)溶剂，用于稳定溶液pH值，减缓阴极区溶液pH值的增加，以便提高阴极电流密度，延缓阴极上氢氧化物的析出，减少氢气在沉积表面吸附，改善沉积表面减少孔状结构，加入2％有机添加剂糖精(7g/L)用于延缓晶体的生长速率，起到晶粒细化的作用；
(2)阳极用材料制备
多金属液相打印头内储液管N阳极金属棒与储液管N参比电极金属棒为直径3mm99.9％纯Cu金属棒，储液管L阳极金属棒与储液管L参比电极金属棒为直径3mm 99.9％纯Zn金属棒；
铂电极打印头内采用直径100μm铂丝电极封装于直径5mm玻璃丝绝缘套内与玻璃丝一端对齐，导线穿过密封盖插入玻璃丝绝缘套另一端，倒入石墨烯粉末于玻璃丝绝缘套内填满间隙，用密封盖密封玻璃丝绝缘套一端，高温熔化铂丝电极端玻璃丝绝缘套至玻璃丝完全融化贴合在铂丝电极表面，待完全冷却后，打磨玻璃丝绝缘套至铂丝电极端头裸露；
(3)阴极用材料制备
阴极基板使用厚度为5mm单面PCB板电镀1～1.5mm厚纯银，依次进行机械研磨、化学除油、化学抛光、酸洗活化、吹干预处理后，固定阴极基板于沉积室箱体内；
(4)零件模型数据制作
用Catia软件构建零件模型，转换为STL格式并切片处理，将切片完的数据导入到多金属混合3D打印装置中，通过输出控制，按扫描路径逐层累积成形；
(5)金属离子溶液封装
储液罐一内装入去离子水，并将配置好的Cu离子盐溶液装入储液罐二和储液管L中，Zn离子盐溶液装入储液罐三中和储液管N，通过蠕动泵二、蠕动泵三抽取，经供液管二、供液管三进入沉积室内；
(6)金属材料打印
通过X轴驱动平台、Y轴驱动平台运动至打印位置，Z轴驱动平台驱动多金属液相打印头、a轴旋转驱动平台、铂电极打印头、b轴直线驱动平台同步Z轴精密下降至距阴极基板5-10mm处，将储液罐二中预存金属溶液注入沉积室内，溶液深度为大于20mm，保证液相打印喷头与铂丝电极位于液面下，接通阴极和阳极电源，打开电磁阀N，Z轴驱动平台驱动多金属液相打印头打印出三维金属结构，同时a轴旋转驱动平台、b轴直线驱动平台同步精密驱动铂电极打印头靠近沉积零件侧壁，混合打印结构件；
根据实际需要更换打印金属时，关闭阴极、阳极电源以及电磁阀N，将沉积室中液体，通过排液口三排出至回收罐一内，关闭排液口三；将去离子水泵入储液管M，打开电磁阀M，冲洗残留于四通管、延长管、液相打印喷头内部金属溶液，去离子水同时泵入沉积室箱体内，冲洗沉积室箱体内残留金属溶液，通过排液口二排出至废液回收罐二中；待沉积表面去离子水完全蒸发后，切换打印金属溶液，将储液罐三中预存金属溶液注入沉积室内，打开电池阀L，形成连通回路，同时接通阴极和阳极电源，打印出具有多种金属材质和复杂自由曲面构型的金属零件；
打印结束后，关闭阴极、阳极电源及电磁阀L，排出沉积室中液体，经排液口一至回收罐三内，关闭排液口一；冲洗零件及管路，将去离子水泵入储液管M，打开电磁阀M，冲洗残留于四通管、延长管、液相打印喷头内部金属溶液，去离子水同时泵入沉积室箱体内，冲洗沉积室箱体内残留金属溶液，通过排液口二排出至废液回收罐二中；
综合处理废液回收罐一、废液回收罐二、废液回收罐三中废液，减少环境污染。
本发明优点如下：
本发明将液相约束打印技术与定点沉积技术相结合，开发了液相内混合打印的新方法；
本发明将直线精密驱动技术、环形精密驱动技术与增材制造技术相结合，可以在液相条件下成形微观复杂自由曲面零件；
本发明在一次打印过程中定量可控打印含有2种金属材料的零件，扩展了电化学增材制造的复杂零件的应用范围，适应范围广，应用能力强；
本发明可用于微米级金属零件材料制造，在航空航天、医疗、电子等精密机械制造领域具有潜力；
本发明极大降低了金属材料的生产成本，具有巨大经济潜力。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明多金属混合3D打印装置的结构示意图；
图3是本发明多金属液相打印头、a轴旋转驱动平台、b轴直线驱动平台的结构示意图；
图4是本发明多金属液相打印头、a轴旋转驱动平台的结构示意图；
图5是本发明多金属液相打印头的局部剖视图；
图6是本发明铂电极打印头的结构示意图；
图7是本发明铂电极打印头的剖视图；
图8是本发明沉积及金属盐溶液供给-废液收集系统结构示意图；
图9是图8的后视图；
图10是本发明增材制造方法的原理图。
具体实施方式
液相多金属混合增材制造装置，包括多金属混合3D打印装置1、气浮隔震台2、沉积室3、金属盐溶液供给-废液收集系统4、底座箱5，其中多金属混合3D打印装置1、沉积室3安装于气浮隔震台2上，气浮隔震台2固定于底座箱5上，金属盐溶液供给-废液收集系统4置于底座箱5上。
本发明所述的多金属混合3D打印装置1，包括X轴驱动平台101、Z轴驱动平台102、Y轴驱动平台103、X轴支撑架104、多金属液相打印头105、a轴旋转驱动平台106、铂电极打印头107、b轴直线驱动平台108、X轴支撑架109；其中X轴支撑架104、X轴支撑架109安装于气浮隔震台2上，X轴驱动平台101置于X轴支撑架一104、X轴支撑架二109顶部，Y轴驱动平台103安装于X轴驱动平台101顶部，Z轴驱动平台102安装于Y轴驱动平台103侧面；a轴旋转驱动平台106安装于Z轴驱动平台102侧面，多金属液相打印头105与a轴旋转驱动平台106固定连接，b轴直线驱动平台108与a轴旋转驱动平台106的底部固定连接，铂电极打印头107与b轴直线驱动平台108固定连接。
本发明所述的多金属液相打印头105，包括储液管L上盖1051、储液管L 1052、储液管支架1053、储液管M上盖1054、储液管M 1055、储液管N上盖1056、储液管N 1057、电磁阀N1058、储液管N锁止块1059、储液管M锁止块10510、储液管L锁止块10511、储液管锁止块螺栓10512、四通管10513、电磁阀L 10514、电磁阀M 10515、储液管N阳极金属棒10516、储液管N参比电极导向件10517、储液管N参比电极金属棒10518、储液管L阳极金属棒10519、储液管L参比电极金属棒10520、储液管L参比电极导向件10521、延长管10522、液相打印喷头10523；其中储液管L阳极金属棒10519安装于储液管L上盖1051中，储液管L参比电极金属棒10520穿过储液管L参比电极导向件10521共同安装于储液管L上盖1051中，储液管L上盖1051安装于储液管L 1052顶部，储液管M上盖1054安装于储液管M 1055顶部，储液管N阳极金属棒10516安装于储液管N上盖1056中，储液管N参比电极金属棒10518穿过储液管N参比电极导向件10517共同安装于储液管N上盖1056中，储液管N上盖1056中安装于储液管N 1057顶部；储液管L 1052、储液管M 1055、储液管N 1057分别置于储液管支架1053侧面，通过储液管N锁止块1059、储液管M锁止块10510、储液管L锁止块10511与储液管锁止块螺栓10512锁紧；电磁阀N 1058安装于储液管N 1057底部、电磁阀M 10515安装于储液管M 1055底部、电磁阀L 10514安装于储液管L 1052底部，电磁阀N 1058、电磁阀M 10515、电磁阀L 10514分别于四通管10513顶部三入水口相连，四通管10513底部出水口与延长管10522连接，液相打印喷头10523安装于延长管10522底端。
本发明所述的a轴旋转驱动平台106，包括Z轴平台连接支架锁紧螺栓1061、Z轴平台连接支架1062、平台框架1063、环形导轨1064、环形导轨锁紧螺栓1065、驱动电机1066、滑块1067、导向轮1068、齿轮1069、平台框架锁紧螺栓10610、储液管支架锁紧螺栓10611，其中Z轴平台连接支架1062置于平台框架1063顶部通过平台框架锁紧螺栓10610锁紧，Z轴平台连接支架1062通过Z轴平台连接支架锁紧螺栓1061锁紧于Z轴驱动平台102侧面，环形导轨1064通过环形导轨锁紧螺栓1065安装于平台框架1063底部，驱动电机1066安装于滑块1067底部，导向轮1068、齿轮1069安装于滑块1067顶部并与环形导轨1064装配在一起组成环形驱动系统，储液管支架锁紧螺栓10611用于将储液管支架1053与Z轴平台连接支架1062连接。
本发明所述的铂电极打印头107，包括导线1071、密封盖1072、玻璃丝绝缘套1073、石墨烯粉末1074、铂丝电极1075，其中铂丝电极1075封装于玻璃丝绝缘套1073内与玻璃丝一端对齐，导线1071穿过密封盖1072插入玻璃丝绝缘套1073另一端，倒入石墨烯粉末1074于玻璃丝绝缘套1073内填满间隙，用密封盖1072密封玻璃丝绝缘套1073一端。
本发明所述的b轴直线驱动平台108，包括直线驱动平台1081、支架1082、电极锁止块1083、锁止块螺栓1084、支架螺栓1085，其中直线驱动平台1081安装于滑块1067底部，支架1082通过支架螺栓1085紧固于直线驱动平台1081底部，铂电极打印头107安装于支架1082底部开槽处，通过电极锁止块1083、锁止块螺栓1084锁紧与架1082底端。
本发明所述沉积室3，包括沉积室箱体301、阴极基板302、入水流道303、排液口一304、排液口二305、排液口三306，其中阴极基板302安装于沉积室箱体301内，入水流道303位于沉积室箱体301后端，排液口一304、排液口二305、排液口三306位于沉积室箱体301内部底面。
本发明所述的金属盐溶液供给-废液收集系统4，包括储液罐一401、储液罐二402，储液罐三403、蠕动泵一404、蠕动泵二405、蠕动泵三406、供液管一407、供液管二408、供液管三409、排液管一410、排液管二411、排液管三412、废液回收罐一413、废液回收罐二414、废液回收罐三415、蠕动泵四416、供液管四417，其中储液罐一401、储液罐二402，储液罐三403叠放于底座箱5上表面，蠕动泵一404安装于储液罐一401后部出水口，蠕动泵416安装于储液罐一401顶部出口，供液管四417一端与蠕动泵四416相连，另一端与储液管M上盖1054相连，供液管一407一端与蠕动泵一404相连，另一端插入沉积室箱体一301后部入水孔内，蠕动泵二405安装于储液罐二402后部出水口，供液管二408一端与蠕动泵二405相连，另一端插入沉积室箱体一301后部入水孔内，蠕动泵三406安装于储液罐三403后部出水口，供液管三409一端与蠕动泵三406连接，另一端插入沉积室箱体301后部入水孔内；排液管一410一端与排液口306三相连，另一端插入废液回收罐一413内，排液管411二一端与排液口二305相连，另一端插入废液回收罐二414内，排液管412三一端与排液口一304相连，另一端插入废液回收罐三415内。
本发明所述的气浮隔震台2，要求负载能力200kg，水平及垂直固有频率2.5～2.7Hz±0.3，整机尺寸1200*1100*30mm。
X轴驱动平台101、Z轴驱动平台102、Y轴驱动平台103、a轴旋转驱动平台106、b轴直线驱动平台108运动精度为1μm/s。
储液管L上盖1051、储液管L 1052、储液管M上盖1054、储液管M 1055、储液管N上盖1056、储液管N 1057、电磁阀N 1058、四通管10513、电磁阀L 10514、电磁阀M 10515、延长管10522、液相打印喷头10523、排液口一304、排液口二305、排液口三306、供液管一407、供液管二408、供液管三409、排液管一410、排液管二411、排液管三412、废液回收罐一413、废液回收罐二414、废液回收罐三415、供液管四417均为不参与金属电化学反应的PVC材质。
一种液相多金属混合增材制造方法，包括下列步骤：
(1)金属离子溶液配制
金属离子溶液的配制的主要材料为Cu、Zn单一金属离子的盐溶液，将粉末状Cu、Zn硫酸盐溶于去离子水，溶液pH值根据使用金属的不同由H2SO4(40g/L)调节，可根据需要配制5％、10％、15％至饱和的Cu、Zn硫酸盐溶液，阳极的去极化剂为5％的NaCl(10g/L)溶剂，用于稳定溶液pH值，减缓阴极区溶液pH值的增加，以便提高阴极电流密度，延缓阴极上氢氧化物的析出，减少氢气在沉积表面吸附，改善沉积表面减少孔状结构，加入2％有机添加剂糖精(7g/L)用于延缓晶体的生长速率，起到晶粒细化的作用；
(2)阳极用材料制备
多金属液相打印头105内储液管N阳极金属棒10516与储液管N参比电极金属棒10518为直径3mm 99.9％纯Cu金属棒，储液管L阳极金属棒10519与储液管L参比电极金属棒10520为直径3mm 99.9％纯Zn金属棒；
铂电极打印头107内采用直径100μm铂丝电极1075封装于直径5mm玻璃丝绝缘套1073内与玻璃丝一端对齐，导线1071穿过密封盖1072插入玻璃丝绝缘套1073另一端，倒入石墨烯粉末1074于玻璃丝绝缘套1073内填满间隙，用密封盖1072密封玻璃丝绝缘套1073一端，高温熔化铂丝电极1075端玻璃丝绝缘套1073至玻璃丝完全融化贴合在铂丝电极1075表面，待完全冷却后，打磨玻璃丝绝缘套1073至铂丝电极1075端头裸露；
(3)阴极用材料制备
阴极基板302使用厚度为5mm单面PCB板电镀1～1.5mm厚纯银，依次进行机械研磨、化学除油、化学抛光、酸洗活化、吹干预处理后，固定阴极基板302于沉积室箱体301内；
(4)零件模型数据制作
用Catia软件构建零件模型，转换为STL格式并切片处理，将切片完的数据导入到多金属混合3D打印装置1中，通过输出控制，按扫描路径逐层累积成形；
(5)金属离子溶液封装
储液罐一401内装入去离子水，并将配置好的Cu离子盐溶液装入储液罐二402和储液管L 1052中，Zn离子盐溶液装入储液罐三403中和储液管N 1057，通过蠕动泵二405、蠕动泵三406抽取，经供液管二408、供液管三409进入沉积室3内；
(6)金属材料打印
通过X轴驱动平台101、Y轴驱动平台103运动至打印位置，Z轴驱动平台102驱动多金属液相打印头105、a轴旋转驱动平台106、铂电极打印头107、b轴直线驱动平台108同步Z轴精密下降至距阴极基板302 5-10mm处，将储液罐二402中预存金属溶液注入沉积室3内，溶液深度为大于20mm，保证液相打印喷头10523与铂丝电极1075位于液面下，接通阴极和阳极电源，打开电磁阀N 1058，Z轴驱动平台102驱动多金属液相打印头105打印出三维金属结构，同时a轴旋转驱动平台106、b轴直线驱动平台108同步精密驱动铂电极打印头107靠近沉积零件侧壁，混合打印结构件；
根据实际需要更换打印金属时，关闭阴极、阳极电源以及电磁阀N 1058，将沉积室3中液体，通过排液口三306排出至回收罐一413内，关闭排液口三306；将去离子水泵入储液管M 1055，打开电磁阀M 10515，冲洗残留于四通管10513、延长管10522、液相打印喷头10523内部金属溶液，去离子水同时泵入沉积室箱体301内，冲洗沉积室箱体301内残留金属溶液，通过排液口二305排出至废液回收罐二414中；待沉积表面去离子水完全蒸发后，切换打印金属溶液，将储液罐三403中预存金属溶液注入沉积室3内，打开电池阀L 10514，形成连通回路，同时接通阴极和阳极电源，打印出具有多种金属材质和复杂自由曲面构型的金属零件；
打印结束后，关闭阴极、阳极电源及电磁阀L 10514，排出沉积室3中液体，经排液口一304至回收罐三415内，关闭排液口一304；冲洗零件及管路，将去离子水泵入储液管M1055，打开电磁阀M 10515，冲洗残留于四通管10513、延长管10522、液相打印喷头10523内部金属溶液，去离子水同时泵入沉积室箱体301内，冲洗沉积室箱体301内残留金属溶液，通过排液口二305排出至废液回收罐二414中；
综合处理废液回收罐一413、废液回收罐二414、废液回收罐三415中废液，减少环境污染。

Claims (10)

1.一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：包括多金属混合3D打印装置、气浮隔震台、沉积室、金属盐溶液供给-废液收集系统、底座箱，其中多金属混合3D打印装置、沉积室安装于气浮隔震台上，气浮隔震台固定于底座箱上，金属盐溶液供给-废液收集系统置于底座箱上。
2.根据权利要求1所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述的多金属混合3D打印装置包括X轴驱动平台、Z轴驱动平台、Y轴驱动平台、X轴支撑架、多金属液相打印头、a轴旋转驱动平台、铂电极打印头、b轴直线驱动平台、X轴支撑架；其中X轴支撑架、X轴支撑架安装于气浮隔震台上，X轴驱动平台置于X轴支撑架一、X轴支撑架二顶部，Y轴驱动平台安装于X轴驱动平台顶部，Z轴驱动平台安装于Y轴驱动平台侧面；a轴旋转驱动平台安装于Z轴驱动平台侧面，多金属液相打印头与a轴旋转驱动平台固定连接，b轴直线驱动平台与a轴旋转驱动平台的底部固定连接，铂电极打印头与b轴直线驱动平台固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述的多金属液相打印头包括储液管L上盖、储液管L、储液管支架、储液管M上盖、储液管M、储液管N上盖、储液管N、电磁阀N、储液管N锁止块、储液管M锁止块、储液管L锁止块、储液管锁止块螺栓、四通管、电磁阀L、电磁阀M、储液管N阳极金属棒、储液管N参比电极导向件、储液管N参比电极金属棒、储液管L阳极金属棒、储液管L参比电极金属棒、储液管L参比电极导向件、延长管、液相打印喷头；其中储液管L阳极金属棒安装于储液管L上盖中，储液管L参比电极金属棒穿过储液管L参比电极导向件共同安装于储液管L上盖中，储液管L上盖安装于储液管L顶部，储液管M上盖安装于储液管M顶部，储液管N阳极金属棒安装于储液管N上盖中，储液管N参比电极金属棒穿过储液管N参比电极导向件共同安装于储液管N上盖中，储液管N上盖中安装于储液管N顶部；储液管L、储液管M、储液管N分别置于储液管支架侧面，通过储液管N锁止块、储液管M锁止块、储液管L锁止块与储液管锁止块螺栓锁紧；电磁阀N安装于储液管N底部、电磁阀M安装于储液管M底部、电磁阀L安装于储液管L底部，电磁阀N、电磁阀M、电磁阀L分别于四通管顶部三入水口相连，四通管底部出水口与延长管连接，液相打印喷头安装于延长管底端。
4.根据权利要求2所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述的a轴旋转驱动平台包括Z轴平台连接支架锁紧螺栓、Z轴平台连接支架、平台框架、环形导轨、环形导轨锁紧螺栓、驱动电机、滑块、导向轮、齿轮、平台框架锁紧螺栓、储液管支架锁紧螺栓，其中Z轴平台连接支架置于平台框架顶部通过平台框架锁紧螺栓锁紧，Z轴平台连接支架通过Z轴平台连接支架锁紧螺栓锁紧于Z轴驱动平台侧面，环形导轨通过环形导轨锁紧螺栓安装于平台框架底部，驱动电机安装于滑块底部，导向轮、齿轮安装于滑块顶部并与环形导轨装配在一起组成环形驱动系统，储液管支架锁紧螺栓用于将储液管支架与Z轴平台连接支架连接。
5.根据权利要求2所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述的铂电极打印头包括导线、密封盖、玻璃丝绝缘套、石墨烯粉末、铂丝电极，其中铂丝电极封装于玻璃丝绝缘套内与玻璃丝一端对齐，导线穿过密封盖插入玻璃丝绝缘套另一端，倒入石墨烯粉末于玻璃丝绝缘套内填满间隙，用密封盖密封玻璃丝绝缘套一端。
6.根据权利要求2所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述的b轴直线驱动平台包括直线驱动平台、支架、电极锁止块、锁止块螺栓、支架螺栓，其中直线驱动平台安装于滑块底部，支架通过支架螺栓紧固于直线驱动平台底部，铂电极打印头安装于支架底部开槽处，通过电极锁止块、锁止块螺栓锁紧与架底端。
7.根据权利要求1所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述沉积室包括沉积室箱体、阴极基板、入水流道、排液口一、排液口二、排液口三，其中阴极基板安装于沉积室箱体内，入水流道位于沉积室箱体后端，排液口一、排液口二、排液口三位于沉积室箱体内部底面。
8.根据权利要求1所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：所述的金属盐溶液供给-废液收集系统包括储液罐一、储液罐二，储液罐三、蠕动泵一、蠕动泵二、蠕动泵三、供液管一、供液管二、供液管三、排液管一、排液管二、排液管三、废液回收罐一、废液回收罐二、废液回收罐三、蠕动泵四、供液管四，其中储液罐一、储液罐二，储液罐三叠放于底座箱上表面，蠕动泵一安装于储液罐一后部出水口，蠕动泵安装于储液罐一顶部出口，供液管四一端与蠕动泵四相连，另一端与储液管M上盖相连，供液管一一端与蠕动泵一相连，另一端插入沉积室箱体一后部入水孔内，蠕动泵二安装于储液罐二后部出水口，供液管二一端与蠕动泵二相连，另一端插入沉积室箱体一后部入水孔内，蠕动泵三安装于储液罐三后部出水口，供液管三一端与蠕动泵三连接，另一端插入沉积室箱体后部入水孔内；排液管一一端与排液口三相连，另一端插入废液回收罐一内，排液管二一端与排液口二相连，另一端插入废液回收罐二内，排液管三一端与排液口一相连，另一端插入废液回收罐三内。
9.根据权利要求1所述的一种液相多金属混合增材制造装置，其特征在于：X轴驱动平台、Z轴驱动平台、Y轴驱动平台运动精度为1μm/s。
10.一种液相多金属混合增材制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)金属离子溶液配制
金属离子溶液的配制的主要材料为Cu、Zn单一金属离子的盐溶液，将粉末状Cu、Zn硫酸盐溶于去离子水，溶液pH值根据使用金属的不同由H2SO4(40g/L)调节，可根据需要配制5％、10％、15％至饱和的Cu、Zn硫酸盐溶液，阳极的去极化剂为5％的NaCl(10g/L)溶剂，用于稳定溶液pH值，减缓阴极区溶液pH值的增加，以便提高阴极电流密度，延缓阴极上氢氧化物的析出，减少氢气在沉积表面吸附，改善沉积表面减少孔状结构，加入2％有机添加剂糖精(7g/L)用于延缓晶体的生长速率，起到晶粒细化的作用；
(2)阳极用材料制备
多金属液相打印头内储液管N阳极金属棒与储液管N参比电极金属棒为直径3mm99.9％纯Cu金属棒，储液管L阳极金属棒与储液管L参比电极金属棒为直径3mm99.9％纯Zn金属棒；
铂电极打印头内采用直径100μm铂丝电极封装于直径5mm玻璃丝绝缘套内与玻璃丝一端对齐，导线穿过密封盖插入玻璃丝绝缘套另一端，倒入石墨烯粉末于玻璃丝绝缘套内填满间隙，用密封盖密封玻璃丝绝缘套一端，高温熔化铂丝电极端玻璃丝绝缘套至玻璃丝完全融化贴合在铂丝电极表面，待完全冷却后，打磨玻璃丝绝缘套至铂丝电极端头裸露；
(3)阴极用材料制备
阴极基板使用厚度为5mm单面PCB板电镀1～1.5mm厚纯银，依次进行机械研磨、化学除油、化学抛光、酸洗活化、吹干预处理后，固定阴极基板于沉积室箱体内；
(4)零件模型数据制作
用Catia软件构建零件模型，转换为STL格式并切片处理，将切片完的数据导入到多金属混合3D打印装置中，通过输出控制，按扫描路径逐层累积成形；
(5)金属离子溶液封装
储液罐一内装入去离子水，并将配置好的Cu离子盐溶液装入储液罐二和储液管L中，Zn离子盐溶液装入储液罐三中和储液管N，通过蠕动泵二、蠕动泵三抽取，经供液管二、供液管三进入沉积室内；
(6)金属材料打印
通过X轴驱动平台、Y轴驱动平台运动至打印位置，Z轴驱动平台驱动多金属液相打印头、a轴旋转驱动平台、铂电极打印头、b轴直线驱动平台同步Z轴精密下降至距阴极基板5-10mm处，将储液罐二中预存金属溶液注入沉积室内，溶液深度为大于20mm，保证液相打印喷头与铂丝电极位于液面下，接通阴极和阳极电源，打开电磁阀N，Z轴驱动平台驱动多金属液相打印头打印出三维金属结构，同时a轴旋转驱动平台、b轴直线驱动平台同步精密驱动铂电极打印头靠近沉积零件侧壁，混合打印结构件；
根据实际需要更换打印金属时，关闭阴极、阳极电源以及电磁阀N，将沉积室中液体，通过排液口三排出至回收罐一内，关闭排液口三；将去离子水泵入储液管M，打开电磁阀M，冲洗残留于四通管、延长管、液相打印喷头内部金属溶液，去离子水同时泵入沉积室箱体内，冲洗沉积室箱体内残留金属溶液，通过排液口二排出至废液回收罐二中；待沉积表面去离子水完全蒸发后，切换打印金属溶液，将储液罐三中预存金属溶液注入沉积室内，打开电池阀L，形成连通回路，同时接通阴极和阳极电源，打印出具有多种金属材质和复杂自由曲面构型的金属零件；
打印结束后，关闭阴极、阳极电源及电磁阀L，排出沉积室中液体，经排液口一至回收罐三内，关闭排液口一；冲洗零件及管路，将去离子水泵入储液管M，打开电磁阀M，冲洗残留于四通管、延长管、液相打印喷头内部金属溶液，去离子水同时泵入沉积室箱体内，冲洗沉积室箱体内残留金属溶液，通过排液口二排出至废液回收罐二中。
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