[发明专利]一种制造金属制品的方法、所用设备和系统及其控制方法

说明书

 

技术领域

本发明属于制造技术领域，具体涉及一种制造金属制品的方法、所用设备和系统及其控制方法。

背景技术

在工业制造领域现在多采用3D激光打印技术。用3D激光打印金属，多采用粉末状金属，通过高功率激光/电子束烧结堆积，逐层打印的方式来构造物体。这种方式存在如下缺陷：

1）由于采用逐层打印的方式，打印速度慢；

2）金属粉末在烧结过程中存在微观孔隙，填充率低，打印出来的制品密度低、强度差，有损金属产品的机械性能；

3）金属在烧结成型过程中容易氧化；

    4）打印机结构复杂、价格昂贵。

这些严重影响了金属3D 打印生产技术的运用和普及。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种全新的制造金属制品的方法、所用设备和系统、及其控制方法。本发明完全摒弃了传统的金属粉末烧结-逐层打印技术，制品强度高，成本低。

本发明提供的制造金属制品的方法，该方法采用的制造设备包括：3D打印装置、注浆装置、成型熔化装置、金属熔化装置、金属液注入装置、移动定位机构和液体量检测器。该方法包括如下步骤：

步骤1，3D打印装置使用易熔材料将易熔材料阳模A和易熔材料阴模B打印出来，所述易熔材料阳模A与所要制造的金属制品的模型相同；

所述易熔材料阴模B为任意形状，其将易熔材料阳模A包围在内，并在易熔材料阳模A和易熔材料阴模B之间留下空腔C，空腔C任一处的厚度均不为0；在易熔材料阴模B上留出开口、在空腔C内设堵块，作为后序注入耐高温材料的开口和注入金属液的开口；

步骤2，移动定位机构调整注浆装置的耐高温材料料浆出口和注入耐高温材料的开口相对位置，注浆装置将耐高温材料料浆从开口注入，并恰好填满空腔C；

步骤3，移动定位机构调整模型和成型熔化装置相对位置，通过成型熔化装置加热使耐高温材料料浆干燥成型，堵块熔化，留下注入金属液的开口，易熔材料熔化流出，留下耐高温材料阴模C’；

步骤4，金属熔化装置将金属熔化，移动定位机构调整金属液出口和注入金属液的开口相对位置，金属液注入装置将熔化的金属液从开口注入，并恰好填满耐高温材料阴模C’的内部空腔；

步骤5，将金属液冷却成型后，采用物理或化学方法除去耐高温材料阴模C’，得金属制品的模型；

所述3D打印装置包括升降平台，升降平台能够上下移动定位，易熔材料模型、耐高温材料模型和金属制品模型均在升降平台上形成；所述液体量检测器用于检测注入的耐高温材料料浆和熔化的金属液的量。

本发明提供的制造金属制品的设备，该设备用于先将要制造的金属制品模型用易熔材料打印出来，形成易熔材料阳模，与此同时在易熔材料阳模外围打印易熔材料阴模；在易熔材料阳模和易熔材料阴模之间的空腔内注入耐高温材料料浆；使耐高温材料料浆干燥成型同时易熔材料熔化后，形成耐高温材料阴模；在耐高温材料阴模中注入熔化的金属液，金属液冷却后形成金属制品的模型。该制造设备包括机架1和用于打印易熔材料模型的3D打印装置，所述3D打印装置包括升降平台3，升降平台3能够上下移动定位，该制造设备还包括：

注浆装置，用于将耐高温材料料浆注入易熔材料阳模和易熔材料阳模之间的空腔；

成型熔化装置，用于使耐高温材料料浆干燥成型同时使易熔材料熔化；

金属熔化装置，用于熔化金属；

金属液注入装置，用于将熔化的金属液注入耐高温材料阴模；

移动定位机构，用于将耐高温材料料浆或熔化的金属液的出口分别与所述易熔材料阴模或耐高温材料阴模的开口定位，以便准确注入相应位置；和

液体量检测器，用于检测注入的耐高温材料料浆和熔化的金属液的量；

易熔材料模型、耐高温材料模型和金属制品模型均在升降平台3上形成。

本发明采用了与传统的金属粉末烧结-逐层打印完全不同的思路，先生产出易熔材料模型，再生成耐高温材料阴模，将易熔材料熔掉，最后在耐高温材料阴模中注入金属液，除掉耐高温材料阴模即可。具体来说本发明具有如下优点：

1）采用本发明设备和方法实现了任意形状金属制品的自动化生产，且生产效率高，该设备仍可以打印塑料等易熔材料制品；

2）采用移动定位机构和液体量检测器，生产精度高；

3）采用金属熔化注入的方式，不易被氧化，填充率高，打印出来的制品强度不受影响；