利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置。本发明专利技术实施例的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法的特征在于，包括：步骤(a)，通过接地线将三维打印部造型物与第一电极相连接，使在合金金属粉末包芯线的周边表面敲击(tapping)有电极接触尖端(tip)的第二电极与上述造型物的打印部的表面的一部分相接触后，借助上述第一电极和第二电极的电位差产生电弧，使得合金金属粉末包芯线的前端和打印部的表面一同熔融；步骤(b)，通过将上述合金金属粉末包芯线的熔融物和打印部的表面的熔融物混合并凝固来形成单层；以及步骤(c)，通过连续进行单层覆盖(overlay)，来层叠上述单层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置
本专利技术涉及定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置，更详细地涉及利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置。
技术介绍
在定向能量沉积三维打印中，通过计算机建模创建数字设计数据并将其区分为二维平面，然后利用三维打印装置将未分化的材料打印在表面上。这是将已打印的材料以叠层(layer-by-layer)方式继续层叠制备三维产品的技术。作为与切割材料或削除生产的切削加工(SubtractiveManufacturing)对比的概念，作为官方术语称为增材制造(AM：AdditiveManufacturing)或快速雏型(RP：RapidPrototyping)，从高分子原材料开始最近与金属原材料相关的三维打印飞跃地发展。美国材料试验学会(ASTM，AmericanSocietyforTestingandMaterials)及国际标准化组织(ISO，InternationalOrganizationforStandardization)将三维打印技术分类为如下7种。第一、作为光聚合方式(PP：PhotoPolymerization)，通过照射光，来产生塑料原材料的聚合反应，从而进行固体化而制造物体。第二、作为材料喷射(MJ：MaterialJetting)，利用紫外线等使溶液形态的原材料喷射且进行固化，来制造物体。第三、作为粘结剂喷射(BJ：BinderJetting)，通过向粉末形态的母材上排出液体形态的粘结剂，来与粉末形态的母材相结合，从而制造物质。第四、作为材料挤出方式(ME：MaterialExtrusion)，通过喷嘴用压力连续推出利用高温进行加热的材料来移动位置，并制造物体。第五、作为薄片层叠(SL：SheetLamination)，通过以利用热量或粘结剂等粘贴薄膜形态的材料的方式层叠，来制造物体。第六、作为粉末床熔融方式(PBF：PowderBedFusion)，通过向粉末母材上注射高能量束(激光束或者电子束)，来使粉末熔融及凝固，从而一层一层地层叠，并制造物体。第七、作为定向能量沉积方式(DED：DirectedEnergyDeposition)，属于高能量束(激光束或电子束)。就定向能量沉积而言，通过向木材上喷射合金金属粉末，来同时熔融母材及粉末，从而以一层一层地附着并进行层叠而制造物体。在上述7种三维打印技术中，将金属原材料利用于三维打印的技术为将激光束用作热源的粉末床熔融及定向能量沉积技术。作为粉末床熔融技术，在床上平整地放金属粉末，并根据预先程序化的路径，选择性地移动照射小于1kW的输出较低的激光束。通过局部性地熔融及凝固金属粉末，来制造二维的金属层，再次降低床之后，在二维的金属层的凝固物上再次涂敷金属粉末，来反复熔融及凝固的工序，从而制造三维形状。相反地，就定向能量沉积技术而言，通过注射1kW以上的高输出激光束及同时喷射激光束周边的金属粉末，来使金属粉末熔融及凝固，从而制造二维的金属初层。之后，还利用连续注射的激光束熔融初层，同时通过一同熔融实时喷射的金属粉末，来在初层的上面连续覆盖(overlay)单层。通过反复进行上述工序来层叠并制造三维形状，因此可实时控制全部工艺变量。尤其，定向能量沉积技术在技术在与激光束多层金属粉末焊接(LaserBeamMulti-passMetalPowderWelding)或者激光金属粉末层叠(LaserMetalPowderDeposition)相同。图1为在7种三维打印技术中，适用于金属材料的三维打印的粉末床熔融的三维打印(a部分)、定向能量沉积激光束三维打印(b部分)及作为与定向能量沉积激光束三维打印相同的技术的高能量激光束金属粉末焊接(c部分)的示意图。为了金属结构物的三维打印，在生产企业中利用的多的技术为定向能量沉积激光束三维打印。这是从三维计算机辅助设计(CAD，Computer-AidedDesign)数据或者三维程序模型可迅速地直接制造金属产品的激光金属成型技术。利用1kW以上的高输出激光束，在造形过程中，通过连续地供给金属粉末，来熔融及凝固而接合它们。三维形状由二维的截面构成，因而通过以规定的厚度切割(slicing)三维计算机辅助设计模型或三维程序模型，并一层一层地层叠二维的截面，来制造三维形状。在学术上将上述称为增材制造(MIM：MaterialsIncrescentManufacturing)，是全部三维打印技术的基本概念。相当于二维截面的金属单层借助高输出激光束的热量金属粉末被熔融及凝固。若向金属表面局部照射高输出激光束，则瞬间地在金属表面形成熔池(moltenpool)。若形成熔池的同时向熔池内供给金属粉末，则金属粉末在熔池中经过完全熔融和极速凝固过程。此时，激光束根据从三维计算机辅助设计模型或三维程序模型计算出的路径自由移动，并制造相当于二维截面的金属单层，在三维打印中，使相当于二维截面的金属单层的高度变得精密是重要的。可实时控制影响对金属单层的高度的工艺变量，各个单层可制造成与三维(3D)计算机辅助设计模型相同的金属产品。图1的(a)部分为普通的粉末床熔融三维打印的流程。图1的(b)部分为定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印的流程，图1的(c)部分为高能量激光束合金金属粉末的焊接。定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印在技术上与激光束粉末焊接基本相同。激光束粉末焊接为通过从聚焦为小点的激光白色光中转换的高密度的能量，来伴随熔融现象的焊接。激光束粉末焊接的优点在于，激光以聚焦的方式入射，因而可相互接合精密的部件，并可高速进行及进行机器人自动化，从而利用定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印技术嫁接上述激光束粉末焊接。表1表1为表示基于焊接方法的热密度及最高温度的表。如表1，激光束粉末焊接的激光束的热密度及最高温度为大致30000℃以上高，并激光束以聚焦的方式入射。参照表1，在通过熔解金属粉末来层叠的现有定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印技术中，集中于层叠部的单位面积，来所泼洒的热量多且温度也高，从而可对层叠部的金属组织产生的影响多。并且，由于三维打印焊接部的形状不平，因此可知作为三维打印的热源激光束不适合。图2为表示气焊(d部分)、弧焊(e部分)及激光束粉末焊接(f部分)的焊接部形状的剖视图。参照图2，定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印相当于高高能量束焊接，因此可进行高速打印，但是由高能密度穿透深度变深，因此，当打印时，被层叠的各个单层可根据激光输出及焊接速度成为关钥匙孔(key-hole)的可能性大。定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印为连续层叠厚度范围在100μm～1000μm范围的单层焊接部的工序。因此，作为打印工序，与普通焊接的覆盖(overlay)或熔覆(cladding)技术相同，来母材的渗透深度浅且渗透面积越宽就越好，但是由于是热源强的聚焦化激光，因此有可能焊接部表面不平。并且，在定向能量沉积激光束三维合金金属粉末打印中，当焊接时，生成焊接部及热影响部(heat-affectedzone)，并且因高输出激光束能量和高热输入温度存在焊接部容易脆化的问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法，其特征在于，包括：步骤(a)，通过接地线将三维打印部造型物与第一电极相连接，使在合金金属粉末包芯线的周边表面敲击有电极接触尖端的第二电极与上述造型物的打印部的表面的一部分相接触后，借助上述第一电极和第二电极的电位差产生电弧，使得合金金属粉末包芯线的前端和打印部的表面一同熔融；步骤(b)，通过将上述合金金属粉末包芯线的熔融物和打印部的表面的熔融物混合并凝固来形成单层；以及步骤(c)，通过连续进行单层覆盖，来层叠上述单层，上述步骤(a)～(c)在非活性气体气氛下进行，向包括打印程序、电压调节器、电流调节器、送丝速度调节器及保护气体调节器的直流稳压特性电源装置输入信息后，根据上述信息，由打印程序来自动控制电弧长度和送丝速度，上述信息包含电流大小及送丝速度，通过在管形态的焊丝里面填充合金金属粉末，来形成上述合金金属粉末包芯线，上述打印部表面的热输入量遵循以下式：114J/cm≤热输入量≤136J/cm热输入量＝电弧电压×电弧电流÷三维打印枪的移动速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.26 KR 10-2015-01485271.一种利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法，其特征在于，包括：步骤(a)，通过接地线将三维打印部造型物与第一电极相连接，使在合金金属粉末包芯线的周边表面敲击有电极接触尖端的第二电极与上述造型物的打印部的表面的一部分相接触后，借助上述第一电极和第二电极的电位差产生电弧，使得合金金属粉末包芯线的前端和打印部的表面一同熔融；步骤(b)，通过将上述合金金属粉末包芯线的熔融物和打印部的表面的熔融物混合并凝固来形成单层；以及步骤(c)，通过连续进行单层覆盖，来层叠上述单层，上述步骤(a)～(c)在非活性气体气氛下进行，向包括打印程序、电压调节器、电流调节器、送丝速度调节器及保护气体调节器的直流稳压特性电源装置输入信息后，根据上述信息，由打印程序来自动控制电弧长度和送丝速度，上述信息包含电流大小及送丝速度，通过在管形态的焊丝里面填充合金金属粉末，来形成上述合金金属粉末包芯线，上述打印部表面的热输入量遵循以下式：114J/cm≤热输入量≤136J/cm热输入量＝电弧电压×电弧电流÷三维打印枪的移动速度。2.根据权利要求1所述的利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法，其特征在于，其为负电子从打印部表面向合金金属粉末包芯线移动且气体离子通过与打印部表面相碰撞来去除位于打印部表面的薄膜的直流反极性。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安熙晟，朴润远，林志汉，
申请(专利权)人：碧斯株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR