本發(fā)明涉及一種金屬3d打印技術(shù)，具體說(shuō)涉及一種便于金屬3d打印后期去除支撐材料的方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)通過(guò)層層疊加的原理，在制造形狀復(fù)雜的工件時(shí)具有突出的優(yōu)勢(shì)。用于金屬組件3d打印的方式可以分為兩種，直接能量沉積和粉末床熔化式式，其中直接能量沉積式是使用噴頭供給粉末或線材的方式，在噴頭處利用激光或電子束的能量形成熔池，直接熔覆原材料，并按預(yù)定路徑層層堆疊獲得成型金屬。相比粉末床熔化式，直接能量沉積式具備更高的打印速度，在采用多噴頭供給系統(tǒng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多種材料的同時(shí)打印，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

但是直接能量沉積式也存在較大缺陷，因?yàn)槭菍訉盈B加的原理，相比粉末床熔化式在打印鏤空或懸垂結(jié)構(gòu)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)的懸垂角度較小，容易出現(xiàn)坍塌，這時(shí)，添加支撐材料是一種有效的手段。但是在打印完成后支撐材料的去除往往會(huì)帶來(lái)非期望的麻煩。塑料或其他聚合物材料制品的支撐，因?yàn)橛捕容^低，可以借助鉗子等工具去除，或者使用可溶性材料作為支撐，工件打印完后浸泡在溶解液中，支撐材料會(huì)被溶解。但是在金屬材料的3d打印工藝中，用鉗子去除支撐材料很耗費(fèi)時(shí)間，去除效果也不夠理想，還需要后期打磨，并且至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水溶性金屬可以作為輔助支撐材料。

因?yàn)椴荒芎芎锰幚碇尾牧系娜コ?，目前打印含有較大懸垂角度的懸垂結(jié)構(gòu)時(shí)，一般應(yīng)用可傾斜工作臺(tái)、五軸平臺(tái)或機(jī)械手臂，提高可實(shí)現(xiàn)的最大懸垂角度上限，但相比三坐標(biāo)式，需要增加復(fù)雜的手動(dòng)路徑規(guī)劃，并且造價(jià)高昂。

owenj.hildreth等人在打印不銹鋼材料時(shí)使用低碳鋼作為支撐材料，并用電化學(xué)腐蝕的方法將支撐材料溶解掉，該成果發(fā)表在《3dprintingandadditivemanufacturing》雜志“dissolvablemetalsupportsfor3ddirectmetalprinting”一文中。但是該方法需要選擇合適的輔助材料和溶解劑，操作較復(fù)雜，依然需要較長(zhǎng)時(shí)間，并且打印時(shí)使用的支撐材料越多，溶解所消耗的時(shí)間也越長(zhǎng)。除此之外，支撐材料和溶解劑不能循環(huán)利用，不符合綠色制造的理念。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種更加簡(jiǎn)單快捷的用于直接能量沉積式金屬3d打印后期去除輔助支撐的方法，該方法能夠在不增加工藝環(huán)節(jié)的前提下去除支撐，并且實(shí)現(xiàn)支撐材料的回收利用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種使用低熔點(diǎn)合金便于金屬3d打印去除支撐的方法，采用雙噴頭打印系統(tǒng)，主噴頭供給主體材料，用于打印產(chǎn)品的主體構(gòu)件，副噴頭供給低熔點(diǎn)合金材料，用于打印產(chǎn)品的支撐件，在成品打印成型后進(jìn)行熱處理時(shí)，將支撐件融化。

進(jìn)一步的，在打印之前，首先使用上位機(jī)軟件，根據(jù)待成型工件的結(jié)構(gòu)添加輔助支撐，然后生成包含每一層打印路徑的切片數(shù)據(jù)，并上傳到打印機(jī)上。

進(jìn)一步的，打印機(jī)根據(jù)切片數(shù)據(jù)，自動(dòng)執(zhí)行預(yù)定路徑和切換所需的噴頭，在打印主體材料時(shí)移動(dòng)主噴頭，在打印支撐材料時(shí)移動(dòng)副噴頭；層層熔化并凝固完成毛坯制作。

進(jìn)一步的，由于金屬在3d打印過(guò)程中冷卻速度較快，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，因此通常需要進(jìn)行熱處理。而低熔點(diǎn)合金的最大特點(diǎn)就是熔點(diǎn)低(232℃以下)，不同的金屬材料選用的熱處理溫度各有差異，但遠(yuǎn)高于此溫度，因此在對(duì)成品進(jìn)行熱處理的同時(shí)就可以將其熔化并去除掉。采用的支撐材料的熔點(diǎn)低于工件在進(jìn)行熱處理時(shí)的熱處理溫度。

進(jìn)一步的，所述的支撐材料的選擇根據(jù)所述的主體材料進(jìn)行選擇，要求支撐材料的熔點(diǎn)低于主體材料。

進(jìn)一步的，所述的支撐材料采用低熔點(diǎn)合金。

進(jìn)一步的，在低熔點(diǎn)合金熔化后用容器收集，由于熔凝過(guò)程只發(fā)生物理變化，材料化學(xué)性質(zhì)并未改變，因此可以回收后重新制造粉末或線材原料，實(shí)現(xiàn)材料再利用。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的有益效果：

本發(fā)明可應(yīng)用于直接金屬熔化的3d打印方式，低熔點(diǎn)合金輔助支撐材料可以在進(jìn)行熱處理工藝的同時(shí)被去除掉，因此整個(gè)過(guò)程中相對(duì)于原先的處理，并不增加新的工藝環(huán)節(jié)，相比其他后處理方式能夠節(jié)約大量時(shí)間，節(jié)約人力物力成本，并且可以獲得更好的表面質(zhì)量。同時(shí)，熔化后的低熔點(diǎn)合金可以回收再利用，更符合綠色制造的原理。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1懸垂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2支撐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1工件，2低熔點(diǎn)合金輔助支撐，3基板。

具體實(shí)施方式

下應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發(fā)明公開的使用低熔點(diǎn)合金便于金屬3d打印去除支撐的方法，采用雙噴頭打印系統(tǒng)，主噴頭供給主體材料，用于打印產(chǎn)品的主體構(gòu)件，副噴頭供給低熔點(diǎn)合金材料，用于打印產(chǎn)品的支撐件，在成品打印成型后進(jìn)行熱處理時(shí)，將支撐材料融化；具體的如圖1、2所示，工件1和低熔點(diǎn)合金輔助支撐均在基板3上形成，通過(guò)工件1通過(guò)低熔點(diǎn)合金輔助支撐2支撐，在后續(xù)的工藝處理時(shí)，低熔點(diǎn)合金輔助支撐2將被融化掉；具體的工藝過(guò)程如下：

1.在打印之前，首先使用上位機(jī)軟件，根據(jù)待成型工件的結(jié)構(gòu)添加輔助支撐，然后生成包含每一層打印路徑的切片數(shù)據(jù)，并上傳到打印機(jī)上。

2.打印機(jī)根據(jù)切片數(shù)據(jù)，自動(dòng)執(zhí)行預(yù)定路徑和切換所需的噴頭，在打印主體材料時(shí)移動(dòng)主噴頭，在打印支撐材料時(shí)移動(dòng)副噴頭；層層熔化并凝固完成毛坯制作。

3.由于金屬在3d打印過(guò)程中冷卻速度較快，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，因此通常需要進(jìn)行熱處理。而低熔點(diǎn)合金的最大特點(diǎn)就是熔點(diǎn)低(232℃以下)，不同的金屬材料選用的熱處理溫度各有差異，但遠(yuǎn)高于此溫度，因此在對(duì)成品進(jìn)行熱處理的同時(shí)就可以將其熔化并去除掉。

4.低熔點(diǎn)合金回收再利用。在低熔點(diǎn)合金熔化后用容器收集，由于熔凝過(guò)程只發(fā)生物理變化，材料化學(xué)性質(zhì)并未改變，因此可以回收后重新制造粉末或線材原料，實(shí)現(xiàn)材料再利用。

下面以打印不銹鋼拱形主體工件、使用200℃鉍錫低熔點(diǎn)合金作輔助支撐為例，本發(fā)明的步驟如下：

1.準(zhǔn)備316l不銹鋼和鉍錫低熔點(diǎn)合金粉末，將316l不銹鋼配備到主噴頭系統(tǒng)里面，將鉍錫低熔點(diǎn)合金粉末配備到副噴頭供給系統(tǒng)里面。

2.將工件模型上傳到上位機(jī)，完成切片，將切片數(shù)據(jù)導(dǎo)入打印機(jī)，開始打印。

3.打印完畢后將帶支撐的工件用錫紙包裹放入加熱爐中進(jìn)行熱處理，擺放成合理位置以便低熔點(diǎn)合金熔化后可自然流下并收集；設(shè)置熱處理的加熱溫度為600℃，保溫時(shí)間2小時(shí)；開始進(jìn)行熱處理。

4.熱處理結(jié)束后取出工件，分離工件、基板，在低熔點(diǎn)合金熔化后用容器收集，由于熔凝過(guò)程只發(fā)生物理變化，材料化學(xué)性質(zhì)并未改變，因此可以回收鉍錫低熔點(diǎn)合金后重新制造粉末或線材原料，實(shí)現(xiàn)材料再利用。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。