[发明专利]一种金属三维增材制造装置与方法

说明书

本发明专利公开了一种金属三维增材制造装置与方法，该装置包括内设有导电体的射流喷头、与高分子供聚合物应源连通的成膜喷头、与热气源连通的喷气喷头、与去离子水源连通的清洗喷头、阴极基底、电沉积电源、电解液循环过滤系统。基于该装置，伴随喷头的扫描运动，成膜喷头在阴极基底上堆积出两列膜层，喷气喷头和清洗喷头对膜层表面进行快速清洗和干燥，射流喷头将电解液喷射至阴极基底表面的两列膜层中间区域，定域电沉积出金属层。通过提升喷头的高度，不断叠加堆积膜层和金属层，实现三维金属构件的增材制造。本发明结构简单，效率高，能实现致密性好、精度高的三维金属构件成型。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种金属增材制造装置与方法。

背景技术

相对于减材、等材等常用的加工模式，增材制造技术因为具有制程短、不受零件形状限制、辅助操作环节少等优点，近10年来备受制造界青睐。面向金属零件终端制造的金属增材制造技术是目前业界和学术界的关注重点和热点之一。现已开发出激光选区融化（Selective Laser Melting，SLM）、激光金属直接成形（Laser Metal Direct Forming，LMDF）等10余种金属增材制造方法。这些金属增材制造方法大都是基于热熔化-凝固原理来实现零件的逐层叠加式成形的，属于热加工范畴。也因此，现有的大多数金属增材制造方法都不同程度上存在致密性不高、易变形、裂纹和孔等缺陷，还不能很好地满足工程应用要求。提升现有金属增材制造方法的工艺能力和探索新的金属增材制造方法，仍是本领域研究的主旋律。

电化学沉积加工是一种基于材料叠加原理来进行材料制备和零件加工的常用制造工艺。它一般在低温下(70℃以下)工作，易于实现组织结构-表面质量-性能的协同调控，且可获得致密性高、无变形、无针孔裂纹缺陷、表面光整的高性能镀层或零件。射流电沉积是一种特殊形式的电沉积加工技术。它是以高速电解液射流作为电流和物质传递载体，以扫描方式实现金属基材料制备和零件制造的快速成型技术，具有限域性好、沉积速度快、操作自由度高等优点，是一种颇有吸引力的潜在金属增材制造技术。尽管如此，射流电沉积技术也存在诸多不足，如选择性（加工精度）较低、成型件表面质量较差、内部缺陷较多、自我支撑能力弱等，尚不能满足工程应用要求。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种金属成型质量好、一致性高、工艺简单的三维金属增材制造装置与方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种金属三维增材制造装置，包括内部设有导电体的射流喷头、阴极基底、电沉积电源、电解液循环过滤系统，其特征是：它还包括与高分子聚合物供应源相连通的成膜喷头、与热气源相连通的喷气喷头、与去离子水源相连接的清洗喷头；所述的成膜喷头、喷气喷头、清洗喷头依次安设于射流喷头的正后方；所述的成膜喷头、喷气喷头、清洗喷头各均设有2个喷口；所述的射流喷头安设于成膜喷头的2个喷口的正中间；所述的喷气喷头和清洗喷头各自的2喷口间的距离与成膜喷头的2个喷口间的距离相等。

所述的射流喷头的喷口的形状可为圆形、扁形或长方形，优选为长方形，以能获得更好加工精度的制件。

所述的成膜喷头、喷气喷头和清洗喷头的各自的2个喷口间的距离可调，其目的是：一方面，根据应用需要，调节成膜喷头的2个喷口间的距离，以能获得间距不同的两列膜层，进而可在两列膜层间电沉积填充形成所需宽度的金属层；另一方面，根据成膜喷头的2个喷头间的距离大小对应地调整喷气喷头和清洗喷头的2个喷口间的距离，以能实现对膜层表面的清洗和干燥，为后续操作步骤创造环境条件。

所述的射流喷头、成膜喷头、喷气喷头和清洗喷头各自的喷口距阴极基底间的距离可调，以能根据各个操作环节或步骤的不同要求，获得所需的高度。

所述的射流喷头与电解液循环过滤系统相连通。

所述的导电体和阴极基底分别与电沉积电源的正极和负极连接。

一种金属三维增材制造方法，它包含以下步骤：