一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法及装置

摘要

本发明涉及一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法及装置，属于微滴喷射增材制造与非晶合金制备技术领域。通过金属熔滴喷射增材制造技术直接喷射晶态熔融金属，并采用可旋转式双喷液氮冷却装置结合冷基板的方法，实现金属熔滴喷射前基板环境冷却和金属熔滴喷射后沉积熔滴冷却，两次“点对点”冷却方法能够使熔融金属骤冷并发生非晶转变，实现非晶合金材料制备及大体积复杂结构三维成形一体化。本发明克服了传统非晶合金制备方法对块状非晶合金成形临界尺寸的限制；避免非晶合金粉末选择性激光熔融3D打印过程中产生晶化行为、翘曲变形的缺陷；解决非晶合金材料机械加工困难的问题，实现非晶合金材料制备及结构成形一体化3D打印。

主权项

一种非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法，其特征在于包括下列步骤：（1）坩埚外环形加热炉将晶态合金加热至熔融状态，调控半导体制冷装置，设定沉积基板的温度；（2）建立要打印的非晶合金零件的三维模型，切片分层处理形成STL格式文件，通过控制金属熔滴喷射频率和运动平台速度，按扫描路径逐滴沉积成形；（3）液氮喷管二和液氮喷管一位于中空旋转平台上，当喷射路径发生改变时，中空旋转平台旋转一定角度，保证金属熔滴喷头、液氮喷管二和液氮喷管一所在直线同运动平台运动方向始终一致，金属熔滴喷头运动到指定位置后，惰性气体压力储存瓶通过惰性气体管将坩埚内熔融金属经送料管压至金属熔滴喷头处，热电偶检测熔融金属温度低于设定温度时，环形加热器启动保证熔融金属较好流动性，气压控制器（9）启动，带有压力的惰性气体推动活塞实现金属熔滴喷射；（4）打印非晶合金零件上打印点时，圆形转盘带动金属熔滴喷头、液氮喷管一和液氮喷管二首先下降至距离此打印点0.1‑0.5mm处，高压氮气瓶通过液氮管位液氮喷管一和液氮喷管二提供液氮，液氮喷管二在这一点先喷射液氮使沉积基板环境冷却，该打印点移动至金属熔滴喷头下方并喷射熔融金属液滴，然后该打印点移动至液氮喷管一下方并在这一点再喷射液氮使沉积金属液滴快速冷却变至非晶态；（5）按扫描轨迹以同样方式完成一层喷射打印后，喷头上升一个打印层厚度，重复上述步骤（3）‑（4），最终完成非晶合金零件的制备及成形过程。