本發(fā)明涉及一種多孔微小金屬結(jié)構(gòu)件快速成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用金屬熔滴打印沉積成形多孔結(jié)構(gòu)件的方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著航空航天、武器裝備、微電子器件，生物植入等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展和各種先進(jìn)系統(tǒng)的智能化、微型化、輕量化、功能高度集成化的發(fā)展趨勢(shì)，使得多孔材料構(gòu)件的應(yīng)用需求越來(lái)越多，特別是具有復(fù)雜孔隙變化的多孔微小金屬構(gòu)件，以其重量輕、比強(qiáng)度高、功能特性突出等自身優(yōu)勢(shì)，在各種微型多功能和集成化先進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，具有巨大的潛在市場(chǎng)。然而目前復(fù)雜多孔微小金屬構(gòu)件的制備技術(shù)尚不完善，嚴(yán)重制約了此類(lèi)零構(gòu)件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。在傳統(tǒng)工藝中，具有特殊功能的多孔金屬構(gòu)件，通常是先需要制備出所需的多孔材料，然后在經(jīng)后續(xù)加工成形出各種復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)。目前，制備多孔材料較為成熟的方法主要有漿料發(fā)泡法、粉末冶金法、等離子噴涂、鈦纖維燒結(jié)、自蔓延高溫合成技術(shù)等。但是,這些制備方法的主要缺點(diǎn)是所制備多孔材料的孔隙率、孔隙形狀、孔隙空間分布、孔隙連通性等參數(shù)無(wú)法精確控制，疲勞環(huán)境下容易產(chǎn)生裂紋、復(fù)雜外形制造困難、制備工藝復(fù)雜、成本高。近年來(lái)，隨著快速原型分層制造技術(shù)的發(fā)展，在零件成形過(guò)程中精確控制成形件內(nèi)部的孔隙參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多孔金屬零構(gòu)件的個(gè)性化功能制造已成為可能。激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）和選區(qū)電子束熔化技術(shù)(EBM)已在多孔金屬零構(gòu)件制造方面進(jìn)行了初步應(yīng)用，制備出了可控孔隙參數(shù)的多孔金屬構(gòu)件，在成形過(guò)程中通過(guò)對(duì)孔徑大小和孔隙率的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了多孔金屬構(gòu)件密度、強(qiáng)度和彈性模量的有效控制。但上述分層制造方法中需要大功率能量源和粒度較小的金屬粉末，其設(shè)備及原材料制備投入成本較高，推廣應(yīng)用存在一定的難度。另外，在粉體熔合過(guò)程中易出現(xiàn)球化結(jié)晶、局部燒結(jié)和熱變形等現(xiàn)象，相關(guān)技術(shù)和理論尚未成熟，還有待進(jìn)一步研究。因此，開(kāi)發(fā)一種適用于復(fù)雜多孔微小金屬構(gòu)件的綠色、低成本、柔性化制造新方法已成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明提出一種利用金屬熔滴打印沉積成形多孔結(jié)構(gòu)件的裝置及方法，該方法通過(guò)外力迫使金屬熔液以均勻微滴的形式從噴嘴中噴射出來(lái)，并基于離散堆積原理，以微米級(jí)的金屬微熔滴為制造單元，通過(guò)控制熔滴尺寸、沉積方位、沉積形態(tài)、沉積溫度、堆積軌跡以及搭接方式可實(shí)現(xiàn)三維孔隙形狀、空間分布、連通性的控制，直至成型出微小多孔結(jié)構(gòu)。該方法制造工序簡(jiǎn)單，無(wú)需高能量源和模具的制備，可以制備出不同材質(zhì)的多孔微結(jié)構(gòu)件。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：一種多孔金屬結(jié)構(gòu)件熱熔滴打印沉積制造方法，包括以下步驟：

步驟1：依據(jù)多孔金屬結(jié)構(gòu)件的孔隙尺寸和力學(xué)性能要求，選擇對(duì)應(yīng)的微型噴嘴直徑和金屬打印材料，采用超聲波清洗機(jī)對(duì)微型噴嘴進(jìn)行清洗，采用物理刮切與化學(xué)溶解相結(jié)合的方法，對(duì)選擇的金屬合金打印坯體原材料，進(jìn)行表面氧化皮及雜質(zhì)的去除，干燥后將其放入熔煉坩堝中；

步驟2：打開(kāi)惰性氣體壓力儲(chǔ)蓄瓶和真空過(guò)濾泵，對(duì)手套箱進(jìn)行低氧環(huán)境處理，使得手套箱內(nèi)的壓強(qiáng)與外界大氣壓保持基本一致，經(jīng)過(guò)3～ 5h 的除氧處理后，確保手套箱內(nèi)的氧含量低于1PPM；

步驟3：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和多軸運(yùn)動(dòng)控制器，打開(kāi)觸屏人機(jī)界面，對(duì)X軸電機(jī)、Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)電機(jī)、Z軸電機(jī)、U軸電機(jī)和V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)進(jìn)行伺服上電調(diào)試，確保X軸運(yùn)直線(xiàn)滑臺(tái)、Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)、Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)、U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)回到初始零點(diǎn)位置，在觸屏人機(jī)界面上點(diǎn)擊噴嘴高度測(cè)量指令，進(jìn)行噴嘴高度測(cè)量；

步驟4：?jiǎn)?dòng)溫度加熱控制器，并根據(jù)步驟一中選取的材料，設(shè)定環(huán)形加熱爐的加熱溫度，使得環(huán)形加熱爐逐步將坩堝加熱到金屬材料液相線(xiàn)以上150～200℃，并通過(guò)熱電偶進(jìn)行溫度反饋，確保將坩堝中的金屬原材料熔化成金屬熔液；設(shè)定平板加熱爐的加熱溫度，確保保溫沉積板的溫度保持在金屬材料液相線(xiàn)以下200～300℃；

步驟5：打開(kāi)觸屏人機(jī)界面中的數(shù)據(jù)處理控制軟件，將目標(biāo)打印成型的多孔結(jié)構(gòu)零件模型導(dǎo)入，依據(jù)孔隙尺寸、熔滴凝固鋪展特性、熔滴尺寸和沉積層厚，選擇合適的分層切片厚度、填充間距、收縮率和支撐形式，然后對(duì)多孔零件模型進(jìn)行二維切片圖形數(shù)據(jù)處理，得出每一層的金屬微熔滴打印沉積路徑數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成NC控制程序；

步驟6：?jiǎn)?dòng)壓電信號(hào)發(fā)生器，將產(chǎn)生的高頻壓電信號(hào)輸入到高溫壓電激振器中，激振器依據(jù)壓電信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行振動(dòng)，在坩堝的金屬熔液中產(chǎn)生高強(qiáng)振動(dòng)波，使迫金屬熔液按照一定的頻率從噴嘴中產(chǎn)生金屬微熔滴，并通過(guò)調(diào)整參數(shù)保證每次噴射出的金屬微熔滴尺寸穩(wěn)定、均勻、可控；

步驟7：?jiǎn)?dòng)NC打印控制程序，使噴射的金屬微滴打印在保溫沉積板上面，通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)控制器協(xié)調(diào)控制五個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡，使金屬微滴按照每一層的輪廓信息逐點(diǎn)、逐線(xiàn)打印成形，完成一個(gè)層面的打印；

步驟8：打開(kāi)CCD攝像頭和頻閃光源，對(duì)打印層面進(jìn)行圖像采集，圖像采集卡將采集到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將采集到的層面圖像與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)層面圖像進(jìn)行對(duì)比分析，滿(mǎn)足誤差要求后，計(jì)算機(jī)讀入下一個(gè)層面的數(shù)據(jù)信息，開(kāi)始下一層的打印沉積;

步驟9：打印完成后，將多孔制件從手套箱內(nèi)取出，并整體進(jìn)行回火處理，以消除微滴快速凝固時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，去除毛刺和支撐得到滿(mǎn)足使用要求的多孔結(jié)構(gòu)件。

一種多孔金屬結(jié)構(gòu)件熱熔滴打印沉積制造裝置，包括：壓力儲(chǔ)氣瓶、手套箱、滑板托架、直線(xiàn)滑臺(tái)、CCD攝像頭、立柱、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、真空過(guò)濾泵、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、壓電信號(hào)發(fā)生器、溫度加熱控制器、高溫壓電激振器、熔煉坩堝和保溫沉積板；

所述壓力儲(chǔ)存瓶?jī)?nèi)部存儲(chǔ)氬氣，氣體輸送管道與手套箱相連，真空過(guò)濾泵位于手套箱的底部，啟動(dòng)真空過(guò)濾泵，并將氬氣通過(guò)氣體輸送管道流入手套箱內(nèi)，確保手套箱內(nèi)低氧環(huán)境；

所述立柱位于隔震底板上面，Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)通過(guò)螺栓連接安裝在立柱上面，滑板托架通過(guò)連接板安裝在Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)上面，控制Y軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)滑板托架在Y方向的往返直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；

所述Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)安裝在滑板托架的側(cè)邊，L型連接板安裝在Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)的上面，環(huán)形加熱爐通過(guò)卡套安裝在L型連接板的水平端面上，控制Z軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)L型連接板在Z方向的上下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；

所述U型支架體位于加熱爐的正下方，U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)安裝在U型支架體的內(nèi)部，X軸直線(xiàn)平臺(tái)通過(guò)連接板安裝在U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的上面，控制U軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)X軸直線(xiàn)平臺(tái)的整體擺動(dòng)；

所述V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)安裝在X軸直線(xiàn)平臺(tái)上面，控制X軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)整體在X方向上的往返直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；控制V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)保溫沉積板環(huán)繞平臺(tái)中心的整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述熔煉坩堝位于環(huán)形加熱爐的內(nèi)側(cè)，高溫壓電激振器和熱電偶放置于金屬熔液內(nèi)部，當(dāng)壓電信號(hào)發(fā)生器將壓電信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸集成模塊傳輸?shù)礁邷貕弘娂ふ衿鲿r(shí)，高溫壓電激振器依據(jù)壓電信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行振動(dòng)，在坩堝的金屬熔液中產(chǎn)生高強(qiáng)振動(dòng)波，使迫金屬熔液按照一定的頻率從噴嘴中產(chǎn)生金屬微熔滴；

所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)總線(xiàn)與多軸運(yùn)動(dòng)控制器、壓電信號(hào)發(fā)生器、溫度加熱控制器和圖像采集卡相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的總體控制；所述數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸集成模塊安裝在手套箱的頂部，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)反饋控制信號(hào)與多軸運(yùn)動(dòng)控制器、溫度反饋控制信號(hào)與溫度加熱控制器、CCD圖像數(shù)據(jù)與圖像采集卡、壓電信號(hào)與高溫壓電激振器之間的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸；

所述環(huán)形加熱爐放置于熔煉坩堝外側(cè)，平板加熱爐放置于保溫沉積板內(nèi)部，熱電偶分別放置于熔煉坩堝和保溫沉積板內(nèi)部，熱電偶將采集到的溫度信號(hào)傳送到溫度加熱控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)坩堝和保溫沉積板內(nèi)部溫度的反饋控制；

所述CCD攝像頭通過(guò)螺紋連接安裝在L型連接板的下端面；CCD攝像頭通過(guò)圖像采集卡與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將采集到的層面圖像顯示到觸屏人機(jī)界面上，并與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)層面圖形進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)打印層面孔隙輪廓效果的測(cè)量與反饋；當(dāng)打印開(kāi)始后多軸運(yùn)動(dòng)控制器按照層面數(shù)據(jù)信息控制X、Y、Z軸的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和U、V軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，壓電信號(hào)發(fā)生器控制金屬微滴的噴射，協(xié)調(diào)兩者可實(shí)現(xiàn)金屬熔滴的逐點(diǎn)、逐線(xiàn)、逐層打印，完成多孔金屬零件的堆積成形。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明采用壓電按需熔滴噴射技術(shù)，以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)源，可對(duì)熔滴的噴射頻率、形狀尺寸、溫度狀態(tài)和沉積位置可準(zhǔn)確調(diào)控，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，可大大降低資金投入。

(2)本發(fā)明提出將熔滴定點(diǎn)定向沉積和快速分層制造技術(shù)相結(jié)合直接打印成形微小復(fù)雜多孔金屬構(gòu)件，通過(guò)5軸運(yùn)動(dòng)控制和添加輔助（局部）支撐結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)任意形狀復(fù)雜多孔微小金屬構(gòu)件的直接成形，無(wú)需大功率能量源和特制金屬粉體，具有柔性化、高效率、低成本等特點(diǎn)。

（3）本發(fā)明提出通過(guò)控制熔滴尺寸、沉積方位、沉積形態(tài)、沉積溫度以及搭接方式可實(shí)現(xiàn)三維孔隙的形狀、空間分布、連通性的控制，有效解決常規(guī)制造方法中三維孔隙參數(shù)無(wú)法精確控制的瓶頸問(wèn)題，為微小復(fù)雜多孔金屬構(gòu)件的大規(guī)模快速制備提供了新途徑。

（4）本發(fā)明采用CCD圖像檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，可對(duì)熔滴的沉積位置和孔隙成形精度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與反饋，有效避免缺陷的存在，提高生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法采用的多孔金屬結(jié)構(gòu)件熱熔滴打印沉積制造系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明方法中的局部放大示意圖；

圖3為本發(fā)明方法實(shí)施例1制備的銅合金多變孔徑圓柱形散熱器件示意圖；

圖4為本發(fā)明方法實(shí)施例2制備的高強(qiáng)度鋁合金多孔桁架構(gòu)件示意圖；

圖中：

1-惰性氣體壓力儲(chǔ)存瓶、2-氣體輸送管道、3-手套箱、4-Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)、5-滑板托架、6-數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸集成模塊、7-Z軸電機(jī)、8-Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)、9-L型連接板、10-CCD攝像頭、11-隔震底板、12-立柱、13-U軸電機(jī)、14-U型支架體、15-U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、16-X軸電機(jī)、17-X軸直線(xiàn)平臺(tái)、18-V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、19-真空過(guò)濾泵、20-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、21-多軸運(yùn)動(dòng)控制器、22-壓電信號(hào)發(fā)生器、23-溫度加熱控制器、24-圖像采集卡、25-觸屏人機(jī)界面、26-高溫壓電激振器、27-熱電偶、28-環(huán)形加熱爐、29-熔煉坩堝、30-金屬熔液、31-頻閃光源、32-平板加熱爐、33-多孔制件、34-保溫沉積板、35-熱電偶。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖圖1至圖4和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，下面的實(shí)施例可以組合使用，并且，本發(fā)明可利用各種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，不限于本說(shuō)明書(shū)所描述各個(gè)具體的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例的目的是對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容更加透徹全面地便于理解。進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，當(dāng)某一結(jié)構(gòu)固定于另一個(gè)結(jié)構(gòu)，包括將該結(jié)構(gòu)直接或間接固定于該另一個(gè)結(jié)構(gòu)，或者將該結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)其它中間結(jié)構(gòu)固定于該另一個(gè)結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)連接另一個(gè)結(jié)構(gòu)，包括將該結(jié)構(gòu)直接或間接連接到該另一個(gè)結(jié)構(gòu)，或者將該結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)其它中間結(jié)構(gòu)連接到該另一個(gè)結(jié)構(gòu)。

參考圖1和2，一種利多孔金屬結(jié)構(gòu)件熱熔滴打印沉積制造方法，包括以下步驟：

步驟1：依據(jù)多孔金屬結(jié)構(gòu)件的孔隙尺寸和力學(xué)性能要求，選擇對(duì)應(yīng)的微型噴嘴直徑和金屬打印材料，采用超聲波清洗機(jī)對(duì)微型噴嘴進(jìn)行清洗，采用物理刮切與化學(xué)溶解相結(jié)合的方法，對(duì)選擇的金屬合金打印坯體原材料，進(jìn)行表面氧化皮及雜質(zhì)的去除，干燥后將其放入熔煉坩堝29中；

步驟2：打開(kāi)惰性氣體壓力儲(chǔ)蓄瓶1和真空過(guò)濾泵19，對(duì)手套箱3進(jìn)行低氧環(huán)境處理，使得手套箱3 內(nèi)的壓強(qiáng)與外界大氣壓保持基本一致，經(jīng)過(guò)3～ 5h 的除氧處理后，確保手套箱3內(nèi)的氧含量低于1PPM；

步驟3：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20和多軸運(yùn)動(dòng)控制器21，打開(kāi)觸屏人機(jī)界面25，對(duì)X軸電機(jī)16、Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4電機(jī)、Z軸電機(jī)7、U軸電機(jī)15和V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)18電機(jī)進(jìn)行伺服上電調(diào)試，確保X軸運(yùn)直線(xiàn)滑臺(tái)17、Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)4、Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)8、U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)回到初始零點(diǎn)位置，在觸屏人機(jī)界面25上點(diǎn)擊噴嘴高度測(cè)量指令，進(jìn)行噴嘴高度測(cè)量；

步驟4：?jiǎn)?dòng)溫度加熱控制器23，并根據(jù)步驟一中選取的材料，設(shè)定環(huán)形加熱爐28的加熱溫度，使得環(huán)形加熱爐28逐步將坩堝29加熱到金屬材料液相線(xiàn)以上150～200℃，并通過(guò)熱電偶27、35進(jìn)行溫度反饋，確保將坩堝29中的金屬原材料熔化成金屬熔液30；設(shè)定平板加熱爐32的加熱溫度，確保保溫沉積板34的溫度保持在金屬材料液相線(xiàn)以下200～300℃；

步驟5：打開(kāi)觸屏人機(jī)界面25中的數(shù)據(jù)處理控制軟件，將目標(biāo)打印成型的多孔結(jié)構(gòu)零件模型導(dǎo)入，

依據(jù)孔隙尺寸、熔滴凝固鋪展特性、熔滴尺寸和沉積層厚，選擇合適的分層切片厚度、填充間距、收縮率和支撐形式，然后對(duì)多孔零件模型進(jìn)行二維切片圖形數(shù)據(jù)處理，得出每一層的金屬微熔滴打印沉積路徑數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成NC控制程序；

步驟6：?jiǎn)?dòng)壓電信號(hào)發(fā)生器22，將產(chǎn)生的高頻壓電信號(hào)輸入到高溫壓電激振器26中，激振器26依據(jù)壓電信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行振動(dòng)，在坩堝29的金屬熔液30中產(chǎn)生高強(qiáng)振動(dòng)波，使迫金屬熔液30按照一定的頻率從噴嘴中產(chǎn)生金屬微熔滴，并通過(guò)調(diào)整參數(shù)保證每次噴射出的金屬微熔滴尺寸穩(wěn)定、均勻、可控；

步驟7：?jiǎn)?dòng)NC打印控制程序，使噴射的金屬微滴打印在保溫沉積板34上面，通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)控制器21協(xié)調(diào)控制五個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡，使金屬微滴按照每一層的輪廓信息逐點(diǎn)、逐線(xiàn)打印成形，完成一個(gè)層面的打印；

步驟8：打開(kāi)CCD攝像頭10和頻閃光源31，對(duì)打印層面進(jìn)行圖像采集，圖像采集卡24將采集到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將采集到的層面圖像與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)層面圖像進(jìn)行對(duì)比分析，滿(mǎn)足誤差要求后，計(jì)算機(jī)讀入下一個(gè)層面的數(shù)據(jù)信息，開(kāi)始下一層的打印沉積;

步驟9：打印完成后，將多孔制件33從手套箱3內(nèi)取出，并整體進(jìn)行回火處理，以消除微滴快速凝固時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，去除毛刺和支撐得到滿(mǎn)足使用要求的多孔結(jié)構(gòu)件。

本發(fā)明的一種多孔金屬結(jié)構(gòu)件熱熔滴打印沉積制造裝置，包括：壓力儲(chǔ)氣瓶1、手套箱3、滑板托架5、直線(xiàn)滑臺(tái)8、CCD攝像頭10、立柱12、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)18、真空過(guò)濾泵19、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20、多軸運(yùn)動(dòng)控制器21、壓電信號(hào)發(fā)生器22、溫度加熱控制器23、高溫壓電激振器26、熔煉坩堝29和保溫沉積板34；

其特點(diǎn)在于所述惰性氣體壓力儲(chǔ)存瓶1內(nèi)部存儲(chǔ)99.999%高純氬氣，氣體輸送管道2與手套箱3相連，真空過(guò)濾泵19位于手套箱3的底部，啟動(dòng)真空過(guò)濾泵19，并將高純氬氣通過(guò)氣體輸送管道2流入手套箱3內(nèi)，確保手套箱3內(nèi)低氧環(huán)境；

所述立柱12位于隔震底板11上面，Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)4通過(guò)螺栓連接安裝在立柱12上面，滑板托架5通過(guò)連接板安裝在Y軸直線(xiàn)滑臺(tái)4上面，控制Y軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)滑板托架5在Y方向的往返直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；

所述Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)8安裝在滑板托架5的側(cè)邊，L型連接板9安裝在Z軸直線(xiàn)滑臺(tái)8的上面，環(huán)形加熱爐28通過(guò)卡套安裝在L型連接板9的水平端面上，控制Z軸電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)L型連接板9在Z方向的上下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；

所述U型支架體14位于加熱爐28的正下方，U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)15安裝在U型支架體14的內(nèi)部，X軸直線(xiàn)平臺(tái)17通過(guò)連接板安裝在U軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)15的上面，控制U軸電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)X軸直線(xiàn)平臺(tái)17的整體擺動(dòng)；

所述V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)安裝在X軸直線(xiàn)平臺(tái)17上面，控制X軸電機(jī)16的旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)整體在X方向上的往返直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；控制V軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)保溫沉積板環(huán)繞平臺(tái)中心的整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述熔煉坩堝29位于環(huán)形加熱爐28的內(nèi)側(cè)，高溫壓電激振器26和熱電偶27放置于金屬熔液30內(nèi)部，當(dāng)壓電信號(hào)發(fā)生器22將壓電信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸集成模塊6傳輸?shù)礁邷貕弘娂ふ衿?6時(shí)，高溫壓電激振器26依據(jù)壓電信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行振動(dòng)，在坩堝29的金屬熔液30中產(chǎn)生高強(qiáng)振動(dòng)波，使迫金屬熔液30按照一定的頻率從噴嘴中產(chǎn)生金屬微熔滴；

所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20通過(guò)總線(xiàn)與多軸運(yùn)動(dòng)控制器21、壓電信號(hào)發(fā)生器22、溫度加熱控制器23和圖像采集卡24相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的總體控制；所述數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸集成模塊6安裝在手套箱3的頂部，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)反饋控制信號(hào)與多軸運(yùn)動(dòng)控制器21、溫度反饋控制信號(hào)與溫度加熱控制器23、CCD圖像數(shù)據(jù)與圖像采集卡24、壓電信號(hào)與高溫壓電激振器26之間的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸；

所述環(huán)形加熱爐28放置于熔煉坩堝29外側(cè)，平板加熱爐32放置于保溫沉積板34內(nèi)部，熱電偶27、35分別放置于熔煉坩堝29和保溫沉積板34內(nèi)部，熱電偶27、35將采集到的溫度信號(hào)傳送到溫度加熱控制器23，實(shí)現(xiàn)對(duì)坩堝29和保溫沉積板34內(nèi)部溫度的反饋控制；

所述CCD攝像頭10通過(guò)螺紋連接安裝在L型連接板9的下端面；CCD攝像頭10通過(guò)圖像采集卡24與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20相連，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20將采集到的層面圖像顯示到觸屏人機(jī)界面25上，并與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)層面圖形進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)打印層面孔隙輪廓效果的測(cè)量與反饋；

當(dāng)打印開(kāi)始后多軸運(yùn)動(dòng)控制器21按照層面數(shù)據(jù)信息控制X、Y、Z軸的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和U、V軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，壓電信號(hào)發(fā)生器22控制金屬微滴的噴射，協(xié)調(diào)兩者可實(shí)現(xiàn)金屬熔滴的逐點(diǎn)、逐線(xiàn)、逐層打印，完成多孔金屬零件的堆積成形。

實(shí)施例1：銅合金多變孔徑圓柱形散熱器件打印成形

依據(jù)多變孔徑圓柱形散熱器件的孔隙尺寸和力學(xué)性能要求，選擇銅合金作為打印材料，選取坩堝底部的噴嘴直徑為200微米，對(duì)銅合金坯體原材料進(jìn)行表面氧化皮及雜質(zhì)的去除，干燥后將其放入熔點(diǎn)坩堝29中；打開(kāi)惰性氣體壓力儲(chǔ)蓄瓶1和真空過(guò)濾泵19，對(duì)手套箱3進(jìn)行低氧環(huán)境處理，確保手套箱3內(nèi)的氧含量低于1PPM；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20和多軸運(yùn)動(dòng)控制器21，打開(kāi)觸屏人機(jī)界面25，對(duì)X、Y、Z、U、V軸的電機(jī)進(jìn)行伺服上電，將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中的各個(gè)軸運(yùn)動(dòng)到初始零點(diǎn)位置，點(diǎn)擊噴嘴高度測(cè)量指令，進(jìn)行噴嘴高度測(cè)量；啟動(dòng)溫度加熱控制器23，設(shè)定環(huán)形加熱爐28的加熱溫度為1050℃，平板加熱爐32的加熱溫度為550℃，通過(guò)熱電偶27和35進(jìn)行溫度反饋，保溫加熱1個(gè)小時(shí)，確保將坩堝29中的金屬原材料熔化成金屬熔液30；打開(kāi)觸屏人機(jī)界面25中的數(shù)據(jù)處理控制軟件，將目標(biāo)打印成型的多孔結(jié)構(gòu)零件模型導(dǎo)入，設(shè)定分層切片厚度為0.15mm、填充間距為0.25mm、收縮率為0.15%、支撐形式為外部整體支撐，對(duì)多孔零件模型進(jìn)行二維切片圖形數(shù)據(jù)處理，得出每一層的金屬微熔滴打印沉積路徑數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成NC控制程序；啟動(dòng)壓電信號(hào)發(fā)生器22，設(shè)定壓電信號(hào)的激振頻率為10-100HZ，激振器26依據(jù)壓電信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行振動(dòng)，使金屬熔滴從坩堝29底部的噴嘴中噴出，調(diào)整信號(hào)參數(shù)保證每次噴射出的金屬微熔滴尺寸穩(wěn)定、均勻、可控；啟動(dòng)NC打印控制程序，通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)控制器21協(xié)調(diào)控制五個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡，使金屬微滴按照每一層的輪廓信息在在保溫沉積板34上面逐點(diǎn)、逐線(xiàn)打印完成一個(gè)層面； 打開(kāi)CCD攝像頭10和頻閃光源31，對(duì)打印層面進(jìn)行圖像采集，圖像采集卡24將采集到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將采集到的層面圖像與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)層面圖像進(jìn)行對(duì)比分析，滿(mǎn)足誤差要求后，計(jì)算機(jī)讀入下一個(gè)層面的數(shù)據(jù)信息，開(kāi)始下一層的打印沉積;打印完成后將制件從手套箱3內(nèi)取出，整體進(jìn)行回火處理，以消除微滴快速凝固時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，去除毛刺和支撐得到滿(mǎn)足使用要求的銅合金多變孔徑圓柱形散熱器件。

實(shí)施例2：高強(qiáng)度鋁合金多孔桁架構(gòu)件打印成形

依據(jù)鋁合金多孔桁架構(gòu)件的孔隙尺寸和力學(xué)性能要求，選擇高強(qiáng)度鋁合金作為打印材料，選取坩堝底部的噴嘴直徑為100微米，對(duì)高強(qiáng)度鋁合金坯體原材料進(jìn)行表面氧化皮及雜質(zhì)的去除，干燥后將其放入熔點(diǎn)坩堝29中；打開(kāi)惰性氣體壓力儲(chǔ)蓄瓶1和真空過(guò)濾泵19，對(duì)手套箱3進(jìn)行低氧環(huán)境處理，確保手套箱3內(nèi)的氧含量低于1PPM；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)20和多軸運(yùn)動(dòng)控制器21，打開(kāi)觸屏人機(jī)界面25，對(duì)X、Y、Z、U、V軸的電機(jī)進(jìn)行伺服上電，將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中的各個(gè)軸運(yùn)動(dòng)到初始零點(diǎn)位置，點(diǎn)擊噴嘴高度測(cè)量指令，進(jìn)行噴嘴高度測(cè)量；啟動(dòng)溫度加熱控制器23，設(shè)定環(huán)形加熱爐28的加熱溫度為950℃，平板加熱爐32的加熱溫度為450℃，通過(guò)熱電偶27和35進(jìn)行溫度反饋，保溫加熱1個(gè)小時(shí)，確保將坩堝29中的金屬原材料熔化成金屬熔液30；打開(kāi)觸屏人機(jī)界面25中的數(shù)據(jù)處理控制軟件，將目標(biāo)打印成型的多孔結(jié)構(gòu)零件模型導(dǎo)入，設(shè)定分層切片厚度為0.1mm、填充間距為0.15mm、收縮率為0.1%、支撐形式為內(nèi)外整體支撐，對(duì)多孔零件模型進(jìn)行二維切片圖形數(shù)據(jù)處理，得出每一層的金屬微熔滴打印沉積路徑數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成NC控制程序；啟動(dòng)壓電信號(hào)發(fā)生器22，設(shè)定壓電信號(hào)的激振頻率為10-100HZ，激振器26依據(jù)壓電信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行振動(dòng)，使金屬熔滴從坩堝29底部的噴嘴中噴出，調(diào)整信號(hào)參數(shù)保證每次噴射出的金屬微熔滴尺寸穩(wěn)定、均勻、可控；啟動(dòng)NC打印控制程序，通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)控制器21協(xié)調(diào)控制五個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡，使金屬微滴按照每一層的輪廓信息在在保溫沉積板34上面逐點(diǎn)、逐線(xiàn)打印完成一個(gè)層面； 打開(kāi)CCD攝像頭10和頻閃光源31，對(duì)打印層面進(jìn)行圖像采集，圖像采集卡24將采集到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將采集到的層面圖像與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)層面圖像進(jìn)行對(duì)比分析，滿(mǎn)足誤差要求后，計(jì)算機(jī)讀入下一個(gè)層面的數(shù)據(jù)信息，開(kāi)始下一層的打印沉積;打印完成后將制件從手套箱3內(nèi)取出，并整體進(jìn)行回火處理，以消除微滴快速凝固時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，去除毛刺和支撐得到滿(mǎn)足使用要求的銅合金多變孔徑圓柱形散熱器件。

上述實(shí)施方式只是本發(fā)明專(zhuān)利的優(yōu)選實(shí)例，并不是用來(lái)限制本發(fā)明專(zhuān)利的實(shí)施與權(quán)利范圍的，凡依據(jù)本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)專(zhuān)利范圍內(nèi)。