CN113695573A - 一种用于液态金属3d打印的连续供液打印系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统及方法，涉及3D打印技术领域。连续供液打印系统包括：惰性气体供应站、真空泵，以及上下设置的上腔室和下腔室，惰性气体供应站、真空泵分别依次和上腔室、下腔室连通；上腔室内顺次布置有倾倒坩埚、熔体净化池和熔体储存池，倾倒坩埚被配置成能够朝熔体净化池倾转且倾倒嘴位于熔体净化池上方，熔体净化池位于熔体储存池上，且二者之间通过陶瓷过滤板隔开；喷嘴安装于熔体储存池底部，且喷射方向朝向下腔室内；下腔室内设置有三维运动平台。该连续供液打印系统及方法，能够连续提供高纯净度的液态金属，并保证液态金属所处环境气氛，以实现大规格、高性能要求的3D打印产品的制造。

Description

一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统及方法

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统及方法。

背景技术

增材制造技术所涉及到的材料涵盖了金属材料、树脂、石蜡、陶瓷等，在航空航天、船舶海洋、国防交通等领域都有重要的应用前景。金属增材制造技术是将待成形零件的复杂三维模型逐层切片为2D截面，然后沿高度方向逐层堆积材料，最终成形出金属零件的金属加工技术。金属增材制造技术改变了传统大体积凝固的铸造模式，通过微元区域的连续熔融和叠加制备最终产品，避免了常规铸造方法的一系列缺点。液态金属3D打印技术属于金属增材制造的一种，液态打印技术原理为：金属熔体在真空压力下从喷嘴出口连续喷出，在基板上凝固，逐层堆积，最终直接形成金属零件。该技术采用金属熔体直接成形金属零件，在成形时通过基板运行速度调节和基板到喷嘴口的高度调节获得金属零件的最佳组织性能。液态金属3D打印可以制备完全等轴晶组织的材料，材料具有良好的综合性能，进一步拓宽了金属材料在航空、电子等高端领域的应用。

对于液态金属3D打印技术而言，持续稳定供液至关重要，一方面，稳定的液流可以保障工艺参数稳定、获得最佳产品性能；另一方面，持续供液可以获得较大尺寸的3D打印产品。3D打印产品质量受到熔体质量的影响，熔体未经处理就直接进行3D打印，会造成打印失败或产品缺陷严重。另外，熔体所处的环境气氛对3D打印的顺利进行及最终3D打印产品也会有影响显著。

目前的供液方式一般是直接将金属熔化形成液态金属，再采用该液态金属进行打印，这种供液方式存在以下问题：一是无法实现液态金属的连续供给及自动控制，无法满足大规格3D打印产品的需求；二是制备的液态金属纯净度不高，导致3D打印过程受阻或是3D打印产品存在气孔、夹渣、微裂纹等缺陷。

因此，需要探索一种能够连续提供高纯净度的液态金属，并保证所处环境气氛的连续供液打印系统及方法。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统及方法，能够连续提供高纯净度的液态金属，并保证液态金属所处环境气氛，以实现大规格、高性能要求的3D打印产品的制造。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其包括：惰性气体供应站、真空泵，以及上下设置的上腔室和下腔室，惰性气体供应站、真空泵分别依次和上腔室、下腔室连通；上腔室内顺次布置有具有加热、除气功能的倾倒坩埚、熔体净化池和熔体储存池，倾倒坩埚被配置成能够朝熔体净化池倾转且倾倒嘴位于熔体净化池上方，熔体净化池位于熔体储存池上，且二者之间通过陶瓷过滤板隔开；熔体储存池底部安装有喷嘴，且喷射方向朝向下腔室内；下腔室内设置有三维运动平台，三维运动平台位于喷嘴下方。

在上述技术方案中，倾倒坩埚、熔体净化池和熔体储存池位于上腔室内，即内部气压相同。倾倒坩埚能够将金属原料加热熔化、除气，得到液态金属，倾倒坩埚朝熔体净化池倾转，就能将其中的液态金属倒入熔体净化池内，设置倾倒坩埚的目的是为了实现熔体的连续供给，且避免采用其他方式导致熔体泄漏现象，还能防止炉底渣流入到下游；熔体净化池位于熔体储存池上，熔体净化池内的液态金属会自动向熔体储存池流动，必然会经过陶瓷过滤板进行过滤、净化，从而实现连续提供高纯净度的液态金属。另外，惰性气体供应站、真空泵分别依次和上腔室、下腔室连通，通过惰性气体供应站向上腔室内通入惰性气体或通过真空泵对上腔室抽真空，就能保证液态金属所处环境气氛不会对其质量造成影响；通过惰性气体供应站、真空泵独立或配合工作，还能调节上腔室和下腔室内的压力，尤其是调节二者的压力差，使喷嘴能够利用熔体储存池内的液态金属朝三维运动平台喷射打印，实现大规格、高性能要求的3D打印产品的制造。

在一种可能的实现方式中，倾倒坩埚的外围设置有用于加热的加热线圈；

还包括可伸入倾倒坩埚内的旋转吹喷，旋转吹喷能够旋转并喷射氩气或氯气。

在上述技术方案中，倾倒坩埚外围的加热线圈工作，就能加热其中的金属原料，熔化得到液态金属；旋转吹喷伸入倾倒坩埚内向液态金属内喷射氩气或氯气，达到除气的目的，而且旋转吹喷一边旋转一边喷射气体，能够在液态金属液深处形成快速运动的气涡流，使气泡尺寸变得细小、分布均匀，从而实现精炼的目的。

在一种可能的实现方式中，倾倒坩埚的外部设置有用于推动倾倒坩埚倾转的液压缸，上腔室外设置有液压控制系统，熔体储存池内设置有激光液位计，液压控制系统分别与液压缸和激光液位计连接，激光液位计随时监控熔体储存池内的液位高度，并将信号反馈给液压控制系统，液压控制系统控制液压缸推动倾倒坩埚倾转。

在上述技术方案中，激光液位计是利用激光测距技术原理对液态金属进行高度测量，准确测得其中的液位高度，并把信号传递给液压控制系统；设置液压控制系统的目的是实现金属熔体液位高度的自动反馈，并自动控制液压缸推动倾倒坩埚倾翻，保证液态金属的连续供给，熔体储存池内液位高度保持不变。

在一种可能的实现方式中，倾倒坩埚和熔体净化池之间设置有熔体接收池，熔体接收池与熔体净化池连通，熔体接收池为凹槽结构，倾倒坩埚朝熔体净化池倾转至呈45°时，倾倒嘴位于熔体接收池的正上方，且相距10-20mm。

在上述技术方案中，在倾倒坩埚和熔体净化池之间设置熔体接收池，并将熔体接收池设计为凹槽结构，其的目的是减少从倾倒坩埚倒入的液态金属喷溅，实现缓冲，使液态金属液流平稳；控制倾倒坩埚呈45°时，其倾倒嘴距离熔体接收池的高度为10-20mm，其目的一是防止倾倒坩埚与熔体接收池之间的液态金属液位差太高而导致喷溅严重，目的二是减少液态金属扰动，减少气体卷入，目的三是减少热量散失。

在一种可能的实现方式中，熔体净化池呈溜槽结构，熔体净化池与熔体接收池连通部分的底面与熔体接收池的底面齐平，且位于陶瓷过滤板上方。

在上述技术方案中，将熔体净化池设计为溜槽结构，能够进一步缓冲由倾倒坩埚倒入的液态金属，并使熔体接收池的液态金属在重力作用下自动经过陶瓷过滤板，流入熔体储存池。

在一种可能的实现方式中，陶瓷过滤板为上下设置的双层陶瓷过滤板，上层陶瓷过滤板的型号为50ppi，下层陶瓷过滤板的型号为30ppi。

在上述技术方案中，设置双层陶瓷过滤板能够有效过滤去除液态金属内杂质，从而降低杂质含量，得到纯净的液态金属，另外，通过采用型号30ppi和50ppi的陶瓷过滤板配合过滤能够获得稳定、优异的过滤效果。

在一种可能的实现方式中，熔体储存池与喷嘴采用卡槽结构固定连接，并用耐火材料实现粘结密封；

和/或，喷嘴呈矩阵排列。

在上述技术方案中，熔体储存池与喷嘴固定连接，从而使喷嘴利用熔体储存池的液态金属进行连续3D打印，采用卡槽结构连接并用耐火材料密封，能够保证上腔室和下腔室之间相对隔绝，一方面能够防止熔体储存池内的高温的液态金属由喷嘴之外的地方渗漏，另一方面能够精确调节上腔室和下腔室之间的压力差，制造不同工艺参数下的3D打印产品。

喷嘴设计成呈矩形排列，能够在相应区域内实现快速打印大规格液态金属3D打印产品，减少打印道次及冷隔缺陷等。

在一种可能的实现方式中，倾倒坩埚、熔体净化池和熔体储存池的外表面均包裹有保温层；

和/或，熔体净化池、熔体储存池及喷嘴的外围均设置有加热元件。

在上述技术方案中，倾倒坩埚、熔体净化池和熔体储存池的外围设置加热线圈和加热元件，并配合保温层，能够保证液态金属在熔化、转移和储存过程保持一定的温度。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于第一方面提供的连续供液打印系统的连续供液打印系统方法，其包括以下步骤：

通过真空泵对上腔室内抽真空或通过惰性气体站往上腔室内通入惰性气体；

将块状金属原料装入倾倒坩埚内，并加热至熔化，再进行除气处理，得到金属液；

使倾倒坩埚朝熔体净化池倾转，直至金属液从倾倒嘴流入熔体净化池，并在重力作用下向熔体储存池流动，经过陶瓷过滤板进行除渣净化处理，直至流入熔体储存池；

通过真空泵对上腔室内抽真空和/或通过惰性气体站往上腔室内通入惰性气体，以调整上腔室和下腔室的压力，使上腔室的压力大于下腔室的压力，且二者的压差为10kpa-35kpa，喷嘴采用熔体储存池内的金属熔体朝三维运动平台上进行3D打印。

在上述技术方案中，首先通过真空泵对上腔室内抽真空或通过惰性气体站往上腔室内通入惰性气体，再进行液态金属后续的一系列处理，能够保证上腔室内的液态金属所处环境气氛；块状金属原料经过倾倒坩埚、熔体净化池、熔体储存池的相应处理，实现连续提供高纯净度的液态金属。再通过真空泵对上腔室内抽真空和/或通过惰性气体站往上腔室内通入惰性气体，以调整上腔室和下腔室的压力差在特定范围内，就能使喷嘴将上腔室内的液态金属稳定、连续喷射至下腔室内的三维运动平台上，实现3D打印，尤其可以满足大规格、高性能3D打印产品的需求。本申请控制上腔室和下腔室之间的压差为10kpa-35kpa，如果二者的压差控制得过大，会因液态金属冲击严重导致3D打印产品成形性差，且组织存在气孔、缩孔及界面效应等问题；如果二者的压差控制的过小，则会发生液态金属喷射不到位、供液不足及喷嘴堵塞的问题。

在一种可能的实现方式中，除气的方法为：利用可伸入倾倒坩埚内的旋转吹喷进行除气处理，旋转吹喷旋转并喷射氩气或氯气除气。

在上述技术方案中，旋转吹喷伸入倾倒坩埚内向液态金属内喷射氩气或氯气，达到除气的目的，而且旋转吹喷一边旋转一边喷射气体，实现精炼的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统的结构示意图。

图标：100-连续供液打印系统；110-上腔室；120-倾倒坩埚；121-加热线圈；122-保温层；123-液压缸；124-旋转喷吹；125-倾倒嘴；130-熔体接收池；140-熔体净化池；141-陶瓷过滤板；150-熔体储存池；151-激光液位计；152-热电偶；153-液压控制系统；160-喷嘴；170-下腔室；171-三维运动平台；181-真空泵；182-惰性气体供应站；183-支撑架。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下将就本申请示例中的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统及方法进行详尽的描述。

参见图1所示，本申请示例提供一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统100，其包括：惰性气体供应站182、真空泵181，以及上下设置的上腔室110和下腔室170，惰性气体供应站182、真空泵181分别依次和上腔室110、下腔室170连通。上腔室110内顺次布置有具有加热、除气功能的倾倒坩埚120、熔体净化池140和熔体储存池150，倾倒坩埚120被配置成能够朝熔体净化池140倾转且倾倒嘴125位于熔体净化池140上方，熔体净化池140位于熔体储存池150上，且二者之间通过陶瓷过滤板141隔开；喷嘴160安装于熔体储存池150底部，且喷射方向朝向下腔室170内，熔体储存池150与喷嘴160采用卡槽结构固定连接，并用耐火材料实现粘结密封，喷嘴160呈矩阵排列；下腔室170内设置有三维运动平台171，三维运动平台171位于喷嘴160下方。

本申请示例中，为了实现倾倒坩埚120的加热、除气功能，倾倒坩埚120的外围设置有用于加热的加热线圈121；还包括可伸入倾倒坩埚120内的旋转吹喷，旋转吹喷能够旋转并喷射氩气或氯气。为了使旋转吹喷在工作时能够伸入倾倒坩埚120内，不工作时不会干扰倾倒坩埚120倾转，旋转吹喷安装于大腔室的顶盖上，并伸入上腔室110内，旋转吹喷通过电机实现升降，当需要工作时，电机驱动旋转吹喷下降并伸入下方的倾倒坩埚120内，当不需要工作时，电机驱动旋转吹喷升起，远离倾倒坩埚120。

本申请示例中，为了实现熔体储存池150内液面高度保持一致，倾倒坩埚120的外部设置有用于推动倾倒坩埚120倾转的液压缸123，上腔室110外设置有液压控制系统153，液压控制系统153包括信号处理器，熔体储存池150内设置有激光液位计151，液压控制系统153分别与液压缸123和激光液位计151连接，激光液位计151随时监控熔体储存池150内的液位高度，并将信号反馈给液压控制系统153的信号处理器，液压控制系统153根据信号处理器的结果控制液压缸123推动倾倒坩埚120：当熔体储存池150内的液位高度低于预设高度，液压缸123推动倾倒坩埚120发生一定角度的倾转，使其中的液态金属流入熔体净化池140，再流入熔体储存池150，保证熔体储存池150内液面高度保持一致。熔体储存池150内还设置有用于监测液态金属温度的热电偶152。

本申请示例中，倾倒坩埚120和熔体净化池140之间设置有熔体接收池130，熔体接收池130与熔体净化池140连通，熔体接收池130为凹槽结构，倾倒坩埚120朝熔体净化池140倾转至相对液面呈45°时，倾倒嘴125位于熔体接收池130的正上方，且相距10-20mm。熔体净化池140呈溜槽结构，熔体净化池140与熔体接收池130连通部分的底面与熔体接收池130的底面齐平，且位于陶瓷过滤板141上方，即熔体接收池130的边沿自然过渡至熔体净化池140，以减少液态金属溅射。

本申请示例中，倾倒坩埚120、熔体接收池130、熔体净化池140和熔体储存池150的外表面均包裹有保温层122；熔体净化池140、熔体储存池150及喷嘴160的外围均设置有加热元件，比如熔体净化池140的顶部设置加热管。

本申请示例中，陶瓷过滤板141为上下设置的双层陶瓷过滤板141，上层陶瓷过滤板141的型号为50ppi，下层陶瓷过滤板141的型号为30ppi。根据中华人民共和国有色金属行业标准，30ppi对应的孔密度为27-33，即任意25.4mm长度上的孔数为27-33，50ppi对应的孔密度为47-53，即任意25.4mm长度上的孔数为47-53。陶瓷过滤板141具体采用的是氧化铝质泡沫陶瓷过滤板141，其能够有效去除液态金属中的各种细度达到微米级的夹杂物，使液态金属变为平稳层流，而且氧化铝质泡沫陶瓷过滤板141具有独特的莫来石-刚玉结构，具有良好的机械强度和化学稳定性，优越的耐铝水冲刷性能。使用时泡沫陶瓷过滤板141周围设置密封陶瓷纤维衬垫，这样有助于过滤板在熔体净化池140内的安装密封，确保没有液态金属旁流。

本申请示例的连续供液打印系统100结构简单，流程短，效率高，通过设计短流程的液态金属处理系统，实现连续供液、熔体纯净度高及自动控制液态金属3D打印。该连续供液打印系统100分为上腔室110和下腔室170，上腔室110内从左至右依次布置倾倒坩埚120、熔体接收池130、熔体净化池140、熔体储存池150，上腔室110整体安装于支撑架183上，从而与下腔室170连接成一个整体。其中，熔体接收池130位于倾倒坩埚120的倾倒嘴125的下方，倾倒坩埚120内主要用来熔化金属，如本实施例中熔化的7150铝合金，可以根据3D打印需要熔化所需的铝熔体；熔体净化池140位于熔体接收池130的右侧，作用是接收从倾倒坩埚120流出的熔体；熔体储存池150位于熔体净化池140的右侧，并通过双层陶瓷过滤板141隔开，熔体净化池140的作用是去除金属熔体内的杂质，包括金属杂质和非金属杂质等，杂质主要来源于块状原料及熔化炉内表面及顶盖耐火材料的脱落，另外，倾倒坩埚120内旋转喷吹124后造渣，这些渣或杂质会随着流体进入到熔体净化池140，经净化处理后的纯净熔体流入到熔体储存池150，熔体储存池150设置目的是为了保持稳定的液态金属液面，保证工艺参数的稳定，实现液态金属的连续供给，供3D打印所用，确保打印过程液流稳定；喷嘴160位于熔体储存池150的下方，与下腔室170连接，整个系统由真空泵181和惰性气体供应站182提供3D打印气氛。通过调控上腔室110和下腔室170的压力差实现各种条件的3D打印。该连续供液打印系统100可以有效实现液态金属3D打印过程连续稳定供液、提供高纯净度液态金属，防止喷嘴160堵塞等问题，满足大规格、高性能3D打印产品的需求。

另外，本申请示例还提供一种基于上述的连续供液打印系统100的连续供液打印系统100方法，其包括以下步骤：

S1：通过真空泵181对上腔室110内抽真空或通过惰性气体站往上腔室110内通入惰性气体，以提供环境气氛。

S2：按照一定的配比将块状金属原料装入倾倒坩埚120内，打开加热线圈121的开关，将块状金属原料加热到相应温度至熔化，待块状金属原料全部熔化后，达到指定稳定后开始进行除气处理，将旋转吹喷伸入倾倒坩埚120内，打开旋转喷吹124，旋转吹喷旋转并喷射氩气或氯气除气一段时间，比如去除7150铝合金熔体中的气体就是通过通入氩气而实现的，得到金属液。

本申请示例中，金属一般包括钢、铝合金、镁合金、钛合金及高熵合金中的至少一种，具体根据3D打印产品的种类和性能要求选择块状金属原料并按照相应的配比组合。

S3：启动液压控制系统153，控制液压缸123使倾倒坩埚120朝熔体净化池140倾转，直至金属液从倾倒嘴125流入熔体接收池130，再通过熔体净化池140，并在重力作用下向熔体储存池150流动，经过陶瓷过滤板进行除渣净化处理，直至流入熔体储存池150内备用。

S4：通过真空泵181对所述上腔室110内抽真空和/或通过惰性气体站往所述上腔室110内通入惰性气体，以调整上腔室110和下腔室170的压力，使上腔室110的压力大于下腔室170的压力，且二者的压差为10kpa-35kpa，控制下腔室170内的压力为-90kpa-10kpa，喷嘴160利用压力差采用熔体储存池150内的金属熔体朝三维运动平台171上喷射进行3D打印。

S4的关键在于通过真空泵181和惰性气体站调整上腔室110和下腔室170内的压力差，调控压力差有三种方式：第一种是上腔室110抽真空，下腔室170也抽真空，且下腔室170的真空度大于上腔室110的真空度；第二种是调节上腔室110为惰性气体(一般是先抽真空，再通入惰性气体，气压可以为大气压)，下腔室170抽真空；第三种是上腔室110通入惰性气体，下腔室170也通入惰性气体，且上腔室110压力大于下腔室170压力，具体是根据产品性能要求选择不同的压力供给方式。通常情况下，优选控制下腔室170为真空环境，能避免气体进入3D打印产品中，确保产品具有较高的致密度。

S5：随着3D打印的进行，熔体储存池150内的金属液面开始下降，激光液位计151将信号反馈给液压控制系统153的信号处理器，自动控制液压缸123推动倾倒坩埚120处于倾翻状态，一般是倾翻至呈45°，液态金属从倾倒坩埚120内自动流入熔体接收池130内，通过熔体净化池140，最终流入熔体储存池150，保持熔体储存的液面高度稳定。

在3D打印过程中，监控倾倒坩埚120、熔体净化池140和熔体储存池150内的液态金属的温度，比如通过热电偶152监控熔体储存池150内的温度，当温度低于设定值时，启动相应的加热装置进行加热，当温度高于设定值时，通过向相应的室内吹入低温惰性气体以降低液态金属的温度，从而使液态金属在熔化、转移和储存过程保持一定的温度。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种基于连续供液打印系统100的连续供液打印，其包括以下步骤：

S1：通过真空泵181从上腔室110抽真空，按照7150铝合金成分配比配置铝合金，即Si 0.12％、Fe 0.15％、Cu 1.9-2.5％、Mn 0.1％、Mg 2.0-2.7％、Cr 0.04％、Zn 5.9-6.9％、Zr 0.08-0.15、Ti 0.15、其他杂质总量0.15％，将块状或粉状物料装入倾倒坩埚120内，打开加热线圈121的开关，将金属加热到750℃熔化金属。

S2：待铝合金全部熔化后开始进行除气处理，打开旋转喷吹124，通入氩气除气30min。

S3：启动液压控制系统153使倾倒坩埚120倾转，金属液从倾倒嘴125流入熔体接收池130，依次通过熔体净化池140内的双层陶瓷过滤板141进行除渣净化处理。

S4：金属熔体从熔体净化池140内流入熔体储存池150内备用，通过真空泵181调整上腔室110和下腔室170内压差开始进行3D打印，压差控制在20kpa，下腔体真空度为40kpa。

S5：随着3D打印的进行，熔体储存池150内的金属液面开始下降，激光液位计151将信号反馈给液压控制系统153，液压控制系统153联动液压缸123控制倾倒坩埚120处于倾翻状态，液态金属从倾倒坩埚120内自动流入熔体接收池130内，最终流入熔体储存池150，保持液面高度稳定20cm。

实施例2

本实施例提供一种基于连续供液打印系统100的连续供液打印，除了供液方法的S4步骤不同于实施例1外，供液系统及供液方法的S1、S2、S3均同实施例1。

本实施例中采用下腔室170真空度为25kpa，上腔室110为氩气，压差控制在35kpa。

实施例3

本实施例提供一种基于连续供液打印系统100的连续供液打印，除了供液方法的S4步骤不同于实施例1外，供液系统及供液方法的S1、S2、S3均同实施例1。

本实施例中采用下腔室170通入氩气，压力为10kpa，上腔室110通入氩气，压力为35kpa，压差控制在10kpa。

对比例1

本对比例提供一种基于连续供液打印系统100的连续供液打印，该方法与实施例3大致相同，不同之处在于：压差控制在50kpa。

以下对实施例1-3和对比例1的3D打印样品进行检测分析，结果如下表1所示。

表1不同样品检测结果

	气孔率(每m<sup>2</sup>的个数)	样品密度(g/cm<sup>3</sup>)
			实施例1	5	2.651
实施例2	1	2.682
			实施例3	8	2.645
对比例1	56	2.543

由表1的结果可以发现，实施例1-3可以打印得到质量优异的3D打印产品，但是对比例1制得的产品气孔率明显较多，密度较低。

综上所述，本申请实施例的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统及方法，能够连续提供高纯净度的液态金属，并保证液态金属所处环境气氛，以实现大规格、高性能要求的3D打印产品的制造。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，其包括：惰性气体供应站、真空泵，以及上下设置的上腔室和下腔室，所述惰性气体供应站、所述真空泵分别依次和所述上腔室、所述下腔室连通；所述上腔室内顺次布置有具有加热、除气功能的倾倒坩埚、熔体净化池和熔体储存池，所述倾倒坩埚被配置成能够朝所述熔体净化池倾转且倾倒嘴位于所述熔体净化池上方，所述熔体净化池位于所述熔体储存池上，且二者之间通过陶瓷过滤板隔开；所述熔体储存池底部安装有喷嘴，且喷射方向朝向所述下腔室内；所述下腔室内设置有三维运动平台，所述三维运动平台位于所述喷嘴下方。

2.根据权利要求1所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述倾倒坩埚的外围设置有用于加热的加热线圈；

还包括可伸入所述倾倒坩埚内的旋转吹喷，所述旋转吹喷能够旋转并喷射氩气或氯气。

3.根据权利要求2所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述倾倒坩埚的外部设置有用于推动所述倾倒坩埚倾转的液压缸，所述上腔室外设置有液压控制系统，所述熔体储存池内设置有激光液位计，所述液压控制系统分别与所述液压缸和所述激光液位计连接，所述激光液位计随时监控所述熔体储存池内的液位高度，并将信号反馈给所述液压控制系统，所述液压控制系统控制所述液压缸推动所述倾倒坩埚倾转。

4.根据权利要求1所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述倾倒坩埚和所述熔体净化池之间设置有熔体接收池，所述熔体接收池与所述熔体净化池连通，所述熔体接收池为凹槽结构，所述倾倒坩埚朝所述熔体净化池倾转至呈45°时，所述倾倒嘴位于所述熔体接收池的正上方，且相距10-20mm。

5.根据权利要求4所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述熔体净化池呈溜槽结构，所述熔体净化池与所述熔体接收池连通部分的底面与所述熔体接收池的底面齐平，且位于所述陶瓷过滤板上方。

6.根据权利要求1所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述陶瓷过滤板为上下设置的双层陶瓷过滤板，上层陶瓷过滤板的型号为50ppi，下层陶瓷过滤板的型号为30ppi。

7.根据权利要求1所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述熔体储存池与所述喷嘴采用卡槽结构固定连接，并用耐火材料实现粘结密封；

和/或，所述喷嘴呈矩阵排列。

8.根据权利要求1所述的用于液态金属3D打印的连续供液打印系统，其特征在于，所述倾倒坩埚、所述熔体净化池和所述熔体储存池的外表面均包裹有保温层；

和/或，所述熔体净化池、所述熔体储存池及所述喷嘴的外围均设置有加热元件。

9.一种基于如权利要求1所述的连续供液打印系统的连续供液打印系统方法，其特征在于，其包括以下步骤：

通过真空泵对所述上腔室内抽真空或通过惰性气体站往所述上腔室内通入惰性气体；

将块状金属原料装入倾倒坩埚内，并加热至熔化，再进行除气处理，得到金属液；

使所述倾倒坩埚朝所述熔体净化池倾转，直至金属液从倾倒嘴流入所述熔体净化池，并在重力作用下向所述熔体储存池流动，经过所述陶瓷过滤板进行除渣净化处理，直至流入所述熔体储存池；

通过真空泵对所述上腔室内抽真空和/或通过惰性气体站往所述上腔室内通入惰性气体，以调整上腔室和下腔室的压力，使所述上腔室的压力大于所述下腔室的压力，且二者的压差为10kpa-35kpa，所述喷嘴采用所述熔体储存池内的金属熔体朝所述三维运动平台上进行3D打印。

10.根据权利要求9所述的连续供液打印系统方法，其特征在于，除气的方法为：利用可伸入所述倾倒坩埚内的旋转吹喷进行除气处理，所述旋转吹喷旋转并喷射氩气或氯气除气。

Images