用于增材式制造由金属合金构成的成品的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于基于挤出成型的增材式制造由触变金属合金构成的成品的设备和方法，该设备具有：用于原材料的进料器(2)，其中，原材料构造成棒材状(3)；具有由包围通道(6)的包括用于集中场的罩(7)在内的感应线圈(8)构成的预热装置；具有用于产生经预热的原材料的半固态的加工状态的加热器(10)，该加热器也包围通道(6)；具有在喷嘴(11)的区域中的再加热器(13)和用于要分层构建的成品的能调节的工件台(15)。件台(15)。件台(15)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材式制造由金属合金构成的成品的方法和设备


[0001]本专利技术涉及基于挤出成型的增材式制造由金属合金构成的、例如由触变铝合金构成的并且特别是由合金A
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356/EN AC
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42100/EN 1706(AlSi7MgO.3以及THIXALLOY 540(AlMg5Si2Mn)构成的成品和半成品。

技术介绍

[0002]增材式制造是一种基于3D数据分层构建构件的方法。虽然过去主要使用粉末床熔融方法，但越来越多地使用基于挤出成型的制造措施来生成由金属构成的工件。
[0003]因此，例如，US 2018/0345573 A1描述了一种基于挤出成型的制造方法，其基于利用金属线材(丝)的3D打印，在3D打印中，将该金属线材(丝)送入液化器中，液化器在腔室中产生熔融物，熔融物经由挤出成型管分层施装到工件台的表面上。利用惰性气体压力来将熔融物从挤出成型管压出。为了施装，在液化器与工件台之间设置有相对运动。此外，工具台应是能加热的，以便影响金属硬化和晶体结构。要强调的是，使用铋、碲化铋组分以及铝、铝组分和/或铝合金。
[0004]DE 10 2014 018 081 A1设置有借助挤出成型金属复合材料以三阶段的方法实现的增材式制造，3个阶段即制成生坯件、使生坯件脱连和烧结生坯件。在打印过程中，此处仅对复合材料部件进行塑化，这在低温水平下实现。
[0005]在US 2018/0 318 933 A1中加工非晶态金属。在此，使用超声波发生器，以便防止附着在喷嘴的壁上。<br/>
技术实现思路

[0006]本专利技术的任务是，阐明和优化用于基于挤出成型的增材式制造由触变(经部分液态加工的)金属合金，例如铝合金构成的工件的条件。
[0007]该任务以权利要求1、13和17来解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0008]根据本专利技术的用于基于挤出成型的增材式制造由触变金属合金构成的成品的设备具有：用于原材料的进料器，其中，原材料构造成棒材形状并且具有加工完毕的球状结构，棒材具有公端和母端，从而使得它们通过如下方式能依次拼合形成杆，即，公端嵌接到母端中并且拼合的棒材以能移动穿过通向喷嘴的能加热的喷嘴通道的通道的方式布置，在其中，所拼合的棒材通过嵌接到该拼合的棒材的相应的凹部中的产生推进力的装置被压入到通道中，从而使得所拼合的棒材同时充当用于挤出成型所制造出的半固态的材料的活塞；由包围通道的包括用于集中场的罩在内的感应线圈构成的预热装置；电阻加热形式的用于产生经预热的原材料的半固态的加工状态的加热器，该加热器同样包围通道并且其加热面保持的很小，以便使金属组织中以球状体增大的形式呈现出的原材料老化最小化；在喷嘴的区域中的再加热器；以及用于要分层构建的成品的能调节的工件台。
[0009]利用这种布置，可以最优地设定用于基于挤出成型的增材式制造的液态和固态材料的所需比例并且保持该比例直至分层施装。
[0010]呈齿轮输送机或螺旋输送机形式的产生推进力的装置嵌接到拼合的棒材的相应的凹部中，其中，这些凹部有利地是齿条的凹部或螺纹杆的凹部。仅通过这样的输送机就能实现在A356/AlSi7Mg中所需的大约200N/cm2的挤压力。启动力必须特别高。
[0011]如果拼合的棒材包含有引导槽并且通道具有与引导槽协作的、防止棒材在作为活塞推进时转动脱开的引导部，则在利用螺旋输送机来推进的情况下是有利的。
[0012]在设备的优选实施方案中，预热装置、加热器、具有喷嘴通道的喷嘴和工件台布置在能填充有惰性气体的壳体中。
[0013]由此确保了可以发生部分熔融，而不存在由于空气中出现的反应气体(例如氧气和二氧化碳)而被污染的风险。
[0014]在被证实为有利的实施方案中，使用多回路电阻加热器作为加热器，以便使金属合金处于并保持在恰好部分液态的状态中。工作温度在600℃左右。
[0015]在此，加热面有意地保持的很小，以便使金属组织中以球状体变粗糙的形式呈现出的原材料老化最小化。
[0016]此外，一个改进方案设置的是，在喷嘴的区域中布置有超声波发生器，用以维持固态的(球状体)和液态的材料成分的均匀分布和/或用于清洁目的。
[0017]这抑制了固态的和液态的份额之间的分离。这在启动
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停止阶段或在改变挤出成型速度时尤为必要。
[0018]为了再加热挤出成型材料和/或为了预热已经沉积的材料层，同样使用感应线圈或也使用激光器。
[0019]通道在用于预热的感应线圈的区域中通过由玻璃或陶瓷制成的套筒形成。这具有的优点是，使得电磁场可以几乎不受阻碍地对棒材进行加热。
[0020]另一个有利的设计方案设置的是，喷嘴通道具有陶瓷的抗粘涂层，例如氮化硼涂层，以便防止粘着或以便保持所需的推进力稍低。
[0021]根据本专利技术的设备的另一设计方案设置有时间控制部，该时间控制部能被设定成使得在出现变大而可能导致堵塞喷嘴的球状体时将其作为废料被挤出。因此，在工件台上设置了废料收集器。
[0022]根据本专利技术的基于挤出成型的增材式制造由触变金属合金构成的成品的方法，在其中，通过加温使输送的原材料处于半固态的加工状态中，通过喷嘴挤出该原材料并且将其分层施装到要构建的成品上，采取了将原材料用作挤出活塞的构思，在其中，尚未液化的原材料具有加工完毕的带有球状结构的组织且构造成棒材形状，并且所述棒材具有公端和母端，从而使得这些棒材通过如下方式能依次拼合形成杆，即，使得公端嵌接到母端中，并且杆通过如下方式充当用于挤出的活塞，即，将推进力导入到该原材料中，其中，为了加温使用预热装置和电阻加热部形式的加热器，其中，电阻加热部的加热面保持的很小，以便使得以球状体增大的形式呈现出的原材料老化最小化。
[0023]为了维持加工完毕的组织，在用于基于挤出成型地制造由触变金属合金构成的成品的设备中设置有用于原材料的进料器，该进料器具有用于能更换的棒材形状的原材料的料仓和用于棒材形状的原材料的通向在其中制备用于挤出成型的原材料的通道的引导通道，其中，棒材形状的原材料通过如下方式能在输入侧进入通道中连接成杆，其中，棒材的公端分别嵌接到在之前的棒材的母端中，并且料仓和用于原材料的从料仓通向用于挤出成
型的通道的引导通道填充有保护气体。
附图说明
[0024]应参照附图阐述本专利技术。其中：
[0025]图1示出完整的设备；
[0026]图2示出制备材料；并且
[0027]图3示出进料器。
具体实施方式
[0028]图1示出了根据本专利技术的用于基于挤出成型的增材式制造由金属合金构成的、优选由触变铝合金构成的并且特别是由合金A
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356/EN AC
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42100/EN 1706(AlSi7MgO.3以及THIXALLOY 540(AlMg5Si2Mn)构成的成品的设备。
[0029]该设备具有用于原材料的进料器2，进料器布置在壳体1之外。原材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于基于挤出成型的增材式制造由触变金属合金构成的成品的设备，所述设备具有：用于原材料的进料器(2)，其中，所述原材料构造成棒材(3)形状并且具有加工完毕的球状结构，所述棒材具有公端和母端(4、5)，从而使得所述棒材(3)通过如下方式能依次拼合来形成杆，即，使得所述公端(4)嵌接到所述母端(5)中并且所拼合的棒材(3)以能移动穿过通向喷嘴(11)的能加热的喷嘴通道(12)的通道(6)的方式布置，在其中，所拼合的棒材(3)通过嵌接到所述拼合的棒材(3)的相应的凹部中的产生推进力的装置(20)被压入到所述通道(6)中，从而使得所拼合的棒材同时充当用于挤出成型所制造出的半固态的材料的活塞；由包围所述通道(6)的包括用于集中场的罩(7)在内的感应线圈(8)构成的预热装置；电阻加热形式的用于产生经预热的原材料的半固态的加工状态的加热器(10)，所述加热器也包围所述通道(6)并且其加热面保持的很小，以便使金属组织中以球状体增大的形式呈现出的原材料老化最小化；在所述喷嘴(11)的区域中的再加热器(13)；和用于要分层构建的成品的能调节的工件台(15)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述预热装置(7、8)、所述加热器(10)、具有喷嘴通道(12)的所述喷嘴(11)和所述工件台(15)布置在能填充有惰性气体的壳体(1)中。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述产生推进力的装置(20)是齿轮输送机或螺旋输送机。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，在螺旋输送机的情况下，拼合的棒材(3)的引导槽/引导隔片与所述通道(6)的引导隔片/引导槽协作，以便保持所述棒材(3)处于拼合的定位中，优选防止了所述棒材(3)在作为活塞推进时转动脱开。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热器(10)是多回路电阻加热器，以便使金属合金处于并保持在恰好部分液态的状态中。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，为了再加热挤出成型材料和/或为了预热已经沉积的材料层，使用感应线圈或激光器。7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，工作温度在600℃左右。8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述通道(6)在用于预热的所述感应线圈(8)的区域中通过由玻璃或陶瓷制成的套筒(9)形成。9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，具有加工完毕的球状结构的棒材(3)形状的原材料具有≤100μm的平均粒度。10.根据权利要求1至9中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯，
申请(专利权)人：斯克索艾姆有限公司，
类型：发明
国别省市：