一種利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，包括以下步驟：先給基板的四個側(cè)面安裝帶有梯形凹槽的非金屬片，并對安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板進行預(yù)熱，然后將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴，再在氬氣環(huán)境中，將所述金屬熔滴逐滴滴落到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板表面，同時根據(jù)基板表面的形狀移動所述安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板，使金屬熔滴逐點逐層進行堆積，同時通過帶有梯形凹槽的非金屬片對各層金屬熔滴的邊緣進行阻擋，直至金屬熔滴沉積完畢，再經(jīng)固化收縮后，完成基板表面的金屬熔滴沉積。本發(fā)明可以實現(xiàn)金屬熔滴沉積到基板表面的精度。
【專利說明】—種利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬熔滴沉積方法，具體涉及一種利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外很多科研院所，如美國MicroFab商業(yè)公司、加拿大多倫多大學(xué)以及國內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等，對于金屬熔滴沉積成形技術(shù)的研究主要集中在熔滴沉積機理、驅(qū)動方式選擇和金屬熔滴滴落過程的熱狀態(tài)分析等方面。而對于如何保證熔滴沉積成形精度方面研究較少。
[0003]零件的精度、原材料的性能和加工效率是制約熔滴成形工藝及其應(yīng)用的三個重要因素。在熔融沉積過程中，因為必須把復(fù)雜的三維加工轉(zhuǎn)化為一系列簡單二維成形的疊加，所以，成形產(chǎn)品精度主要取決于二維X-Y平面上的加工精度和高度Z方向上的一系列疊加精度。從熔融沉積成形的系統(tǒng)本身考慮，完全能夠把X，Y，Z三個方向的運動位置精度控制在較高的水平，所以，從理論上考慮能夠取得高精度的原型。但是，影響成形產(chǎn)品最終精度的因素不只是有熔滴成形裝置本身的精度，還有其它的因素，并且這些因素更加的不易控制。熔滴沉積成形是一個涉及機械設(shè)計制造、CAD軟件、數(shù)控、材料、成形工藝參數(shù)和產(chǎn)品后處理等因素的集成制造系統(tǒng)，每一環(huán)節(jié)均可能造成一些誤差的產(chǎn)生，這就會嚴重影響熔融沉積成形零件的精度。本發(fā)明主要從沉積工藝方面考慮來提高熔滴零件的精度。
[0004]熔滴沉積零 件屬于微小薄壁零件，而且這類零件廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)之中，其體積小、質(zhì)量輕、組織致密等優(yōu)點，已經(jīng)成為今后產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。但是，對于這樣的微小薄壁零件的加工在傳統(tǒng)的加工工藝中是較有難度的，因為壁薄，剛性差、強度低、變形較大，在加工操作中不易保證加工質(zhì)量，表面精度較難掌握。對于大批量的生產(chǎn)，我們可以采用數(shù)控車床的加工特點，比如機床加工精度高、生產(chǎn)效率高等特點，而在工件的裝夾、加工用刀具、程序的編制等方面又會因為零件結(jié)構(gòu)形狀不同而遇到困難，找不到有效克服零件變形影響的方法，不能保證加工零件的精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，該金屬熔滴沉積方法可以實現(xiàn)金屬熔滴沉積到基板表面的精度。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法包括以下步驟:
[0007]先給基板的四個側(cè)面安裝帶有梯形凹槽的非金屬片，并對安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板進行預(yù)熱，然后將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴，再在氬氣環(huán)境中，將所述金屬熔滴逐滴滴落到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板表面，同時根據(jù)基板表面的形狀移動所述安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板，使金屬熔滴逐點逐層進行堆積，同時通過帶有梯形凹槽的非金屬片對各層金屬熔滴的邊緣進行阻擋，直至金屬熔滴沉積完畢，再經(jīng)固化收縮后，完成基板表面的金屬熔滴沉積。
[0008]將預(yù)熱后的安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板置于真空吸附平臺上，然后將所述真空吸附平臺固定于3D移動平臺上，同時，采集基板表面的形狀信息，然后將基板表面的形狀信息轉(zhuǎn)發(fā)至計算機中，計算機根據(jù)所述基板表面的形狀信息通過PMAC運動控制卡控制3D移動平臺在三維空間的移動，使金屬熔滴逐點逐層堆積到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片的基板表面。
[0009]還包括在金屬熔滴逐點逐層的堆積過程中，通過CCD相機及數(shù)據(jù)采集卡采集金屬熔滴逐點逐層的堆積過程。
[0010]通過電磁閥施加脈沖壓力使熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴。
[0011]所述將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)的具體操作為:將金屬材料放置到坩堝中，然后通過加熱裝置將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)。
[0012]所述帶有梯形凹槽的非金屬片通過石墨或陶瓷材料制作而成。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法在給基板表面進行金屬熔滴沉積的過程中，先將帶有梯形凹槽的非金屬片固定在基板的外圍，然后將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，再經(jīng)噴嘴使熔融狀態(tài)的金屬材料形成均勻的金屬熔滴，再在氬氣環(huán)境中，將金屬熔滴逐滴逐層堆積在基板的表面，由于帶有梯形凹槽的非金屬片對金屬熔滴起到一定的阻擋作用，并且?guī)в刑菪伟疾鄣姆墙饘倨c沉積金屬零件之間不粘合，根據(jù)不同材料的固有收縮率不同，從而有效的提高了基板上金屬熔滴的沉積精度，操作方便、使用范圍廣、易于控制，并且加工成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明中固化收縮前金屬熔滴I的排列圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中固化收縮后金屬熔滴I的排列圖。
[0017]其中，I為金屬熔滴、2為帶有梯形凹槽的非金屬片。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0019]參考圖1及圖2，本發(fā)明所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法包括以下步驟:
[0020]先給基板的四個側(cè)面安裝帶有梯形凹槽的非金屬片2,并對安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片2的基板進行預(yù)熱，然后將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴1，再在氬氣環(huán)境中，將所述金屬熔滴I逐滴滴落到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片2的基板表面，同時根據(jù)基板表面的形狀移動所述安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片2的基板，使金屬熔滴I逐點逐層進行堆積，同時通過帶有梯形凹槽的非金屬片2對各層金屬熔滴I的邊緣進行阻擋，直至金屬熔滴I沉積完畢，再經(jīng)固化收縮后，完成基板表面的金屬熔滴I沉積。[0021]需要說明的是，將預(yù)熱后的安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片2的基板置于真空吸附平臺上，然后將所述真空吸附平臺固定于3D移動平臺上，同時，采集基板表面的形狀信息，然后將基板表面的形狀信息轉(zhuǎn)發(fā)至計算機中，計算機根據(jù)所述基板表面的形狀信息通過PMAC運動控制卡控制3D移動平臺在三維空間的移動，使金屬熔滴I逐點逐層堆積到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片2的基板表面；本發(fā)明還包括在金屬熔滴I逐點逐層的堆積過程中，通過CCD相機及數(shù)據(jù)采集卡采集金屬熔滴I逐點逐層的堆積過程；通過電磁閥施加脈沖壓力使熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴I ;所述將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)的具體操作為:將金屬材料放置到坩堝中，然后通過加熱裝置將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)。
[0022]帶有梯形凹槽的非金屬片2外圍阻擋成形是利用不同材料間的固化收縮原理，使沉積金屬在梯形凹槽的小斜面上自動脫離，填補沉積時的凹陷區(qū)域，從而實現(xiàn)熔滴沉積表面的高精度。這種方法是根據(jù)熔融金屬在沉積過程中的凝固特性和沉積形貌確定的，不需要大量的工裝，只需要控制成形工藝就可以達到。帶有梯形凹槽的非金屬片2外圍阻擋成形因為其結(jié)構(gòu)簡單、使用范圍廣、易于控制、加工柔性好等優(yōu)點而得到越來越廣泛的運用。通過與數(shù)字控制系統(tǒng)相結(jié)合，帶有梯形凹槽的非金屬片2具有無限的仿形能力，且阻擋成形軌跡修改方便。
[0023]為了保證帶有梯 形凹槽的非金屬片2與沉積金屬零件不粘合在一起，所述帶有梯形凹槽的非金屬片2通過石墨或陶瓷材料制作而成，目前，這種材料用途很廣，加工容易，成本較低。
【權(quán)利要求】
1.一種利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，其特征在于，包括以下步驟: 先給基板的四個側(cè)面安裝帶有梯形凹槽的非金屬片(2)，并對安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片(2)的基板進行預(yù)熱，然后將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴(I)，再在氬氣環(huán)境中，將所述金屬熔滴(I)逐滴滴落到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片(2)的基板表面，同時根據(jù)基板表面的形狀移動所述安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片(2)的基板，使金屬熔滴(I)逐點逐層進行堆積，同時通過帶有梯形凹槽的非金屬片(2)對各層金屬熔滴(I)的邊緣進行阻擋，直至金屬熔滴(I)沉積完畢，再經(jīng)固化收縮后，完成基板表面的金屬熔滴(I)沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，其特征在于，將預(yù)熱后的安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片(2)的基板置于真空吸附平臺上，然后將所述真空吸附平臺固定于3D移動平臺上，同時，采集基板表面的形狀信息，然后將基板表面的形狀信息轉(zhuǎn)發(fā)至計算機中，計算機根據(jù)所述基板表面的形狀信息通過PMAC運動控制卡控制3D移動平臺在三維空間的移動，使金屬熔滴(I)逐點逐層堆積到安裝有帶有梯形凹槽的非金屬片(2)的基板表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，其特征在于，還包括在金屬熔滴(I)逐點逐層的堆積過程中，通過CCD相機及數(shù)據(jù)采集卡采集金屬熔滴(I)逐點逐層的堆積過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，其特征在于，通過電磁閥施加脈沖壓力使熔融狀態(tài)的金屬材料經(jīng)噴嘴形成均勻的金屬熔滴(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，其特征在于，所述將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)的具體操作為:將金屬材料放置到坩堝中，然后通過加熱裝置將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用帶有梯形凹槽的非金屬片的金屬熔滴沉積方法，其特征在于，所述帶有梯形凹槽的非金屬片(2)通過石墨或陶瓷材料制作而成。
【文檔編號】C23C26/02GK104032302SQ201410276593
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】杜軍, 魏正英, 李素麗, 盧秉恒 申請人:西安交通大學(xué)