微小鋁合金波導件的3d列印方法
2023-12-03 01:53:16
微小鋁合金波導件的3d列印方法
【專利摘要】本發明公開了一種微小鋁合金波導件的3D列印方法，用於解決現有鋁微滴3D列印方法精確度差的技術問題。技術方案是根據微小鋁合金波導件內腔形狀和尺寸要求，採用可溶性材料製備微小型芯；控制均勻鋁微滴在型芯表面上逐點、逐層地堆積，列印出微小鋁合金波導件外形；然後經整體退火、型芯溶解及內表面拋光工藝，得到滿足外部形狀，內腔形狀、尺寸精度及內表面粗糙度要求的鋁合金波導件。本發明通過尺寸微小的均勻鋁熔滴逐點逐層地堆積，成形出尺寸微小、壁厚薄、外形複雜的鋁合金波導件，利用可溶性型芯的形狀、尺寸精度可有效保證微小鋁合金波導件內腔形狀、尺寸精度。
【專利說明】微小鋁合金波導件的3D列印方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種3D列印方法，特別涉及一種微小鋁合金波導件的3D列印方法。【背景技術】
[0002]鋁波導具有重量輕、無需鍍銀、成本低等優點，在無人機、浮空飛行器、衛星、深空探測器等航空、航天飛行器的雷達天線中具有廣泛應用。隨著此類雷達系統朝著「小型化」、「輕量化」和「高度集成化」方向發展，要求雷達天線用鋁波導件，如扭波導、方矩變換波導、喇叭等，尺寸更小、壁厚更薄及內腔形狀更複雜，這對現有波導件的製備方法提出了挑戰。
[0003]常規的鋁波導件製備工藝有塑性成形、精密鑄造和精密拼焊等，用於製備微小鋁合金波導件時存在較大困難。以多道次拉制為代表的鋁合金波導塑性成形工藝，僅適用於單一截面形狀的管狀波導的成形，不適用變截面的異形薄壁波導件成形；精密鑄造工藝受到成形模具的限制，難以鑄造內腔形狀複雜、尺寸微小的薄壁鋁合金波導件；精密拼焊工藝存在微小薄壁板材裝夾定位困難、焊接易變形等問題，也較難用於成形微小鋁合金波導件。
[0004]近年來興起的金屬3D列印技術為形狀複雜的金屬零件成形提供了一個全新的方法。文獻「Freeform fabrication of aluminum parts by direct deposition of moltenaluminum.Journal of Materials Processing Technologyl73 (2006): 209 - 212」公開了一種鋁微滴3D列印方法，通過噴射均勻鋁微滴進行逐點逐層堆積，可實現鋁合金件的自由成形，這為快速製備複雜形狀鋁製件提供了一條新途徑。但現有金屬鋁熔滴列印技術成形的零件尺寸偏差和表面粗糙度較大，難以滿足波導件內腔形狀、尺寸精度和表面粗糙度的要求。迄今為止，還沒有一種3D列印技術能實現微小鋁合金波導件的快速製備。
【發明內容】
[0005]為了克服現有鋁微滴3D列印方法精確度差的不足，本發明提供一種微小鋁合金波導件的3D列印方法。該方法根據微小鋁合金波導件內腔形狀和尺寸要求，採用可溶性材料製備微小型芯；控制均勻鋁微滴在型芯表面上逐點、逐層地堆積，列印出微小鋁合金波導件外形；然後經整體退火、型芯溶解及內表面拋光工藝，得到滿足外部形狀，內腔形狀、尺寸精度及內表面粗糙度要求的鋁合金波導件。本發明通過尺寸微小的均勻鋁熔滴逐點逐層地堆積，成形出尺寸微小、壁厚薄、外形複雜的鋁合金波導件。同時，利用可溶性型芯的形狀、尺寸精度可有效提高了微小鋁合金波導件內腔形狀和尺寸精度。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案:一種微小鋁合金波導件的3D列印方法，其特點是包括以下步驟:
[0007]步驟一、根據鋁合金波導件內腔形狀及尺寸要求，採用可溶性材料製備可溶性型芯8 ；
[0008]步驟二、將可溶性型芯8安裝在四軸運動平臺的型芯支架6上，通過運動平臺的X軸12、Y軸13、Z軸14和R軸9控制可溶性型芯8按照預設軌跡運動；
[0009]步驟三、去除鋁合金坯料氧化皮後置於坩堝I中，在噴射環境中填充惰性氣體，保證低氧環境15中的氧含量低於IPPM ；
[0010]步驟四、啟動系統加熱程序，通過感應加熱器2逐步將坩堝I加熱到鋁合金液相線以上100?150°C ；
[0011]步驟五、通過熱電偶7測量坩堝I溫度，通過紅外測溫儀10測量可溶性型芯8的表面溫度，控制感應加熱器2的功率和可溶性型芯8與坩堝I的距離，實現坩堝I與可溶性型芯8溫度控制；
[0012]步驟六、啟動坩堝I內部的微滴產生裝置，通過噴嘴3噴出金屬微滴4 ；
[0013]步驟七、定位噴射坩堝I與可溶性型芯8的相對位置，啟動列印程序，使金屬微滴4在可溶性型芯8表面上按預設軌跡進行逐點逐層堆積形成成形製件5 ；
[0014]步驟八、完成沉積後，取出成形製件5，整體進行回火處理，消除成形製件5的熱應力；
[0015]步驟九、溶解可溶性型芯8，拋光鋁合金波導件的內表面，得到滿足外部形狀、內腔形狀、尺寸精度及表面粗糙度要求的鋁合金波導件。
[0016]本發明的有益效果是:該方法根據微小鋁合金波導件內腔形狀和尺寸要求，採用可溶性材料製備微小型芯；控制均勻鋁微滴在型芯表面上逐點、逐層地堆積，列印出微小鋁合金波導件外形；然後經整體退火、型芯溶解及內表面拋光工藝，得到滿足外部形狀，內腔形狀、尺寸精度及內表面粗糙度要求的鋁合金波導件。本發明通過尺寸微小的均勻鋁熔滴逐點逐層地堆積，成形出尺寸微小、壁厚薄、外形複雜的鋁合金波導件。同時，利用可溶性型芯的形狀、尺寸精度，有效地提高了微小鋁合金波導件內腔形狀和尺寸精度。
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明微小鋁合金波導件的3D列印方法用裝置的示意圖。
[0019]圖2是本發明微小鋁合金波導件的3D列印方法的列印過程示意圖。
[0020]圖3 Ca)是本發明方法實施例2所用的喇叭天線型芯；圖3 (b)是本發明方法實施例2通過3D列印的微小喇叭天線。
[0021]圖中，1-坩堝，2-感應加熱器，3-噴嘴，4-金屬微滴，5-成形製件，6_型芯支架，7-熱電偶，8-可溶性型芯，9-R軸，10-紅外測溫儀，I1-R軸轉動電機，12-X軸，13-Y軸，14-Z軸，15-低氧環境，16-初始層微滴，17-方矩變換波導成品件，18-喇叭天線型芯，19-微小喇口八天線O
【具體實施方式】
[0022]參照圖1-3詳細說明本發明。
[0023]實施例1:方矩變換波導的快速列印。
[0024]根據波導件內腔形狀、尺寸要求，採用可溶性材料製備可溶性型芯8。將可溶性型芯8安裝在四軸運動平臺的型芯支架6上，四軸運動平臺中，X軸12、Y軸13實現可溶性型芯8的直線運動，Z軸14實現金屬微滴4堆積距離調整，R軸9實現可溶性型芯8的旋轉運動。
[0025]準備坩堝1、鋁合金材料及噴射環境。採用化學物理的方法去除鋁合金材料表面的氧化皮，乾燥後置於坩堝I中。坩堝I和低氧環境15中充入惰性氣體，並通過循環除氧的方法保證低氧環境15中氧含量低於1PPM。啟動系統加熱程序，感應加熱器2逐步將坩堝I加熱到鋁合金液相線以上100?150°C，通過熱電偶7測量坩堝I的溫度，通過紅外測溫儀10測量可溶性型芯8的表面溫度，控制感應加熱器2的功率及可溶性型芯8與坩堝I的距離，實現坩堝I與可溶性型芯8溫度控制。
[0026]根據成形波導的外形狀及鋁熔滴熱量傳遞的路徑，確定微滴列印的軌跡。定位噴射坩堝I與型芯8的相對位置，啟動坩堝I內部的微滴產生裝置，通過噴嘴3噴射出金屬微滴4，啟動沉積程序，使噴射的金屬微滴4列印在可溶性型芯8表面上，通過協調金屬微滴4的軌跡、溫度，保證逐點逐層堆積的金屬微滴4在基體上準確定位、充分鋪展及相互間良好融合；列印過程中，沿Y軸13移動可溶性型芯8，在可溶性型芯8的水平面上沉積一行金屬微滴4後，R軸轉動電機11旋轉可溶性型芯8使其側面水平，繼續沉積一行，完成初始層微滴16列印後，移動X軸12，進行下一周微滴的堆積，最終實現矩形波導的逐點、逐行列印。
[0027]完成波導件列印成形後，進行後處理工藝以保證內腔形狀、尺寸精度要求。取出成形製件5，然後進行整體退火處理，以消除微滴快速凝固時產生的熱應力；溶解可溶性型芯8，通過內表面拋光工藝，以獲得滿足要求的內表面粗糙度，最終得到方矩變換波導成品件17。
[0028]實施例2:微小鋁合金喇叭天線的快速列印。
[0029]本實施例與是實施例1的製備工藝基本相同，不同的內腔形狀和外形。依據喇叭天線的內腔形狀、尺寸要求，採用可溶性材料製作喇叭天線型芯18。喇叭天線型芯18安裝在四軸運動平臺的支架6上，四軸運動平臺中，X軸12、Y軸13實現喇叭天線型芯8的直線運動，Z軸14實現金屬微滴4堆積距離調整，R軸9實現喇叭天線型芯18的旋轉運動。
[0030]在喇叭天線型芯18表面進行微滴逐行堆積，完成一行金屬沉積後，轉為下一行列印，最終列印出微小喇叭天線19，直至整個製件列印成形。完成加工後，進行整體退火處理，消除微滴快速凝固時產生的熱應力，最後溶解喇叭天線型芯18，通過內表面拋光工藝，以獲得微小喇叭天線19。
【權利要求】
1.一種微小鋁合金波導件的3D列印方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一、根據鋁合金波導件內腔形狀及尺寸要求，採用可溶性材料製備可溶性型芯
(8)； 步驟二、將可溶性型芯(8)安裝在四軸運動平臺的型芯支架(6)上，通過運動平臺的X軸(12)、Y軸(13)、Z軸(14)和R軸(9)控制可溶性型芯(8)按照預設軌跡運動； 步驟三、去除鋁合金坯料氧化皮後置於坩堝(I)中，在噴射環境中填充惰性氣體，保證低氧環境(15)中的氧含量低於IPPM ； 步驟四、啟動系統加熱程序，通過感應加熱器(2)逐步將坩堝(I)加熱到鋁合金液相線以上100~150°C ； 步驟五、通過熱電偶7測量坩堝(I)溫度，通過紅外測溫儀(10)測量可溶性型芯(8)的表面溫度，控制感應加熱器(2)的功率和可溶性型芯(8)與坩堝(I)的距離，實現坩堝(I)與可溶性型芯(8)溫度控制； 步驟六、啟動坩堝(I)內部的微滴產生裝置，通過噴嘴(3)噴出金屬微滴(4)； 步驟七、定位噴射坩堝(I)與可溶性型芯(8)的相對位置，啟動列印程序，使金屬微滴(4)在可溶性型芯(8)表面上按預設軌跡進行逐點逐層堆積形成成形製件(5)； 步驟八、完成沉積後，取出成形製件(5)，整體進行回火處理，消除成形製件(5)的熱應力； 步驟九、溶解可溶性型芯(8)，拋光鋁合金波導件的內表面，得到滿足外部形狀、內腔形狀、尺寸精度及表面粗糙度要求的鋁合金波導件。
【文檔編號】B22F3/115GK103691950SQ201310713251
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】羅俊, 齊樂華, 鍾宋義, 左寒松, 楊方 申請人:西北工業大學