液粉同軸噴射增材制造
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種成形制造方法，具體地說，是涉及一種新的增材制造方法。
【背景技術】
[0002]增材制造(3D打印)依據物體3D模型，在計算機控制下用塑料或金屬等材料先在一個平面上成形物體的一層，然后在其上繼續成形后續各層，這些層一層一層地結合起來，通過各層“圖形”的累積，最后就形成了一個三維實體。
[0003]增材制造并非是新鮮的技術，在20世紀80年代出現。最初工業設計常將此技術用于建造模型，現在正向產品制造的方向發展，形成“直接數字化制造”。在一些高價值應用中(比如髖關節或牙齒，或一些飛機零部件)也已經有增材制造的零部件出現，可以預見，未來增材制造能改變人們的生產和生活方面的諸多事項。
[0004]在全球增材制造機行業中，美國占據了四分之三的份額。2012年3月，美國總統奧巴馬提議，投資15億美元建立由15家制造業創新研究所組成的全美制造業創新網絡，以帶動制造業創新和發展，該計劃的第一步于2012年8月已開始實施，在俄亥俄州的楊斯敦建立研發3D打印(增材制造)技術的創新研究所。歐洲增材制造技術緊隨其后。德國SLM公司、雷尼紹公司等研制的SLM金屬增材制造機在全球處于領先地位。日本正在加速發展增材制造技術，全球申報增材制造專利數量最多的10家企業有7家是日本企業。中國在上世紀90年代初開始增材制造技術研發，并有增材制造機進入市場，目前已經有多家高校和企業研發增材制造技術。
[0005]目前，增材制造(3D打印)工藝成形梯度功能制件的能力還不很強，很少能夠在制件的任意不同空間部位獲得不同的材質和性能。除此之外，目前的增材制造工藝在成形像骨骼一樣中空且帶有尺寸、數量變化的孔隙的結構實體方面還具有一定難度。所以，這些問題是增材制造工藝進一步推廣應用的障礙。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明提出液粉同軸噴射增材制造新方法。
[0007]本發明根據物體CAD模型，在計算機控制下，借鑒同軸送粉和液體(熔體)壓射原理，同時分別采用送粉器實時定量輸送粉末到噴嘴、采用壓射器實時定量壓射液體(凝膠)經過與噴嘴同軸的壓射頭到達噴嘴底部，同軸的液體(凝膠)和粉末在噴嘴底部匯集混合后噴射到工件(基底)表面并固化在工件(基底)表面上，固化的混合物逐層堆積結合成一個實體構件。注射管位于同軸噴嘴中心，同軸的粉末流在噴嘴中呈錐殼形向前流動，匯聚時與從注射管中噴射出來的液體混合，調整粉末流錐角、出口尺寸、注射管口徑以及注射管口與粉末流出口相對位置，可以調節液粉混合流橫截面的大小和液粉混合狀況。在液粉同軸噴射增材制造過程中，實時調節粉末與液體(凝膠)的輸送速度與比例，可改變實體各個部位的孔隙尺寸與數量，也可相應改變實體各個部位的材質與性能。液體(凝膠)與粉末的混合物的固化方式取決于液體(凝膠)的性質，主要有兩種，一種方式是使加熱熔融的液體(凝膠)冷卻而使混合物固化，另外一種方式是加熱混合物使其中的液體(凝膠)的溶劑揮發而使混合物固化。
【附圖說明】
[0008]圖1液粉同軸噴射增材制造系統。圖1中I為可調速送粉器，2為液粉同軸噴射工作頭，3為液體(凝膠)供送器，4為送粉管，5為液體(凝膠)供送管，6為粉末流，7為液體(凝膠)流，8為工件，9為基板，10為工作臺，11為計算機控制系統。
[0009]圖2為液粉同軸噴射工作頭。圖2中12為液體(凝膠)壓射驅動機構，13為液體(凝膠)進料口，14為壓射體，15為進粉口，16為壓射頭，17為噴嘴；圖2中6為粉末流，7為液體(凝膠)流，8為工件，與圖1中的6、7、8相同。
【具體實施方式】
[0010]計算機控制系統11根據工件CAD模型及結構、材質、性能參數，生成3D打印程序，分別發出指令給可調速送粉器1、液粉同軸噴射工作頭2上的液體(凝膠)壓射驅動機構12，可調速送粉器I以一定速度經過液粉同軸噴射工作頭2上的進粉口 15向噴嘴17供料，液體(凝膠)壓射驅動機構12驅動壓射體14壓射液體(凝膠)至壓射頭16，液體(凝膠)供送器3可適時依次通過液體(凝膠)供送管5、液體(凝膠)進料口 13向壓射體14補料，粉末和液體(凝膠)分別從壓射頭16和噴嘴17噴射出去后，形成粉末流6，液體(凝膠)流7，并進行混合。同時，計算機控制系統11向運動機構發出指令，使液粉同軸噴射工作頭2與工作臺10產生相對運動，首先X，y軸運動形成一層，然后z軸產生一個位移，開始形成新的一層，如此重復形成各層，最后得到一個實體構件。
【主權項】
1.一種新的增材制造方法，其特征是:根據物體CAD模型，在計算機控制下，同時分別采用送粉器實時定量輸送粉末到噴嘴、采用壓射器實時定量壓射液體(凝膠)經過與噴嘴同軸的壓射頭到達噴嘴底部，同軸的液體(凝膠)和粉末在噴嘴底部匯集混合后噴射到工件(基底)表面并固化在工件(基底)表面上，固化的混合物逐層堆積結合成一個實體構件。2.根據權利要求1所述的增材制造方法,其特征還有:注射管位于同軸噴嘴中心，同軸的粉末流在噴嘴中呈錐殼形向前流動，匯聚時與從注射管中噴射出來的液體混合，調整粉末流錐角、出口尺寸、注射管口徑以及注射管口與粉末流出口相對位置，可以調節液粉混合流橫截面的大小和液粉混合狀況。3.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征還有:在液粉同軸噴射增材制造過程中，實時調節粉末與液體(凝膠)的輸送速度與比例，可改變實體各個部位的孔隙尺寸與數量,也可相應改變實體各個部位的材質與性能。4.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征還有:液體(凝膠)與粉末的混合物的固化方式取決于液體(凝膠)的性質，主要有兩種，一種方式是使加熱熔融的液體(凝膠)冷卻而使混合物固化，另外一種方式是加熱混合物使其中的液體(凝膠)的溶劑揮發而使混合物固化。
【專利摘要】一種增材制造方法，可以成形二元復合材料的3D實體構件。根據物體CAD模型，在計算機控制下，同時分別采用送粉器實時定量輸送粉末到噴嘴、采用壓射器實時定量壓射液體（凝膠）經過與噴嘴同軸的壓射頭到達噴嘴底部，同軸的液體（凝膠）和粉末在噴嘴底部匯集混合后噴射到工件（基底）表面并固化在工件（基底）表面上，固化的混合物逐層堆積結合成一個3D實體構件。本發明實施后，可以成形各個部位成分與性能、孔隙尺寸與分布按需要變化的二元復合材料的3D實體構件。
【IPC分類】B29C67/06
【公開號】CN105082545
【申請號】CN201410194780
【發明人】劉繼常
【申請人】劉繼常
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月10日