[实用新型]用于液态金属3D打印的冷却装置及3D打印装置

说明书

本实用新型提供了用于液态金属3D打印的冷却装置及3D打印装置，涉及3D打印技术领域。用于液态金属3D打印的冷却装置包括用于固定在三维运动平台上从3D打印制品底部进行冷却的主冷却机构和在打印时位于3D打印制品上方的辅助冷却机构。液态金属3D打印装置包括上述用于液态金属3D打印的冷却装置，通过主冷却机构配合辅助冷却机构，在打印过程中主冷却机构随三维运动平台运动对3D打印制品进行冷却，起到主要的冷却作用；当打印层数较多时，利用辅助冷却机构从3D打印制品上方进行冷却，防止顶层制品出现冷却效果不佳的问题，能够提升3D打印制品上下层冷却的均匀度，有利于制备得到更大尺寸的3D打印制品。

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及用于液态金属3D打印的冷却装置及3D打印装置。

背景技术

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。增材制造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。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。液态金属3D打印技术属于金属增材制造的一种，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，在三维运动平台上凝固，逐层堆积，最终直接形成金属零件。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。

3D打印加工过程均无法回避冷却的问题，对于液态金属3D打印，为了避免随打印层数的增加，因温度过高导致金属流淌进而造成精度变差的问题，要么减少打印高度，要么等待层间温度降低后再继续下一次打印。减少打印高度限制了3D打印产品的应用，增大层间冷却温差不仅降低了制造效率，而且影响层间结合力。另外，3D打印过程较低的冷却速度一方面限制了高温熔体(如钢、铝合金等)的3D 打印应用，另一方温度过高会造成晶粒长大，影响材料力学性能。

现有技术对3D打印过程冷却的方式主要是在打印基底上焊接管道或加工孔洞，通水进行冷却，或是在底部或侧部增设风扇或通风等方式冷却，亦或是对喷嘴增设冷凝管冷却。这些技术存在两个问题：一是无法获得较大的冷却速度，无法满足高温熔体及大尺寸样品的快速冷却；二是存在3D打印制品底层与上层冷却不均匀的问题。因此，探索一种用于液态金属3D打印的快速冷却装置及其冷却方法，以满足具有高冷却要求的3D打印产品及提高3D打印产品性能是目前急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于液态金属3D打印的冷却装置，旨在提高3D打印制品底层与上层冷却的均匀度，满足对大尺寸样品的快速冷却。

本实用新型的另一目的在于提供一种液态金属3D打印装置，其能够在打印过程中提升3D打印制品底层与上层冷却的均匀度，防止顶层冷却效果不佳导致的对3D打印制品尺寸的限制。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种用于液态金属3D打印的冷却装置，包括用于固定在三维运动平台上从3D打印制品底部进行冷却的主冷却机构和在打印时位于3D打印制品上方的辅助冷却机构。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，主冷却机构包括导热平台、多个导热部和用于容置多个导热部的冷却腔体；导热平台具有与3D打印制品的底部接触的第一端面和与第一端面相对的第二端面，多个导热部均连接于导热平台的第二端面上。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，冷却腔体包括与导热平台相对设置的冷却底壁和围绕冷却底壁设置的冷却侧壁，冷却底壁和冷却侧壁之间形成供冷却介质流通的冷却通道；

每个导热部的一端均与导热平台的第二端面相连，另一端延伸至冷却底壁。