一種用于金屬三維打印的液滴生成方法與流程

本發(fā)明涉及三維打印技術(shù)，尤其是涉及一種用于金屬三維打印的液滴生成方法，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

三維打印技術(shù)最早起源于19世紀(jì)末的美國，直到20世紀(jì)七八十年代在日本和美國得到完善并商業(yè)化?，F(xiàn)在常見的主流三維打印技術(shù)，例如立體光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、熔融沉積制造(Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM)、選擇性激光燒結(jié)(Selecting Laser Sintering，SLS)、三維粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing，3DP)，于20世紀(jì)八九十年代在美國獲得商業(yè)化。通過堆疊熔化原料實現(xiàn)三維打印的技術(shù)中，例如常見的FDM塑料打印和其它類似原理的金屬打印，其中重要核心組件之一就是產(chǎn)生熔融原料的熔爐/擠出頭/發(fā)生裝置。目前有不少關(guān)于產(chǎn)生熔融金屬原料的發(fā)生裝置的專利申請，例如申請?zhí)枮?01410513433.7、名稱為“一種用于金屬熔融擠出成型的3D打印頭”的中國專利申請，又如申請?zhí)枮?01520533246.5、名稱為“一種用于半固態(tài)金屬擠出沉積成型的裝置”的中國專利申請，這些專利申請無法產(chǎn)生液滴，產(chǎn)生連續(xù)的金屬流。也有可以產(chǎn)生金屬液滴的公知技術(shù)，應(yīng)用于金屬三維打印的成型過程中，例如文獻(xiàn)Experiments on remelting and solidification of molten metal droplets deposited in vertical columns(來源：期刊名《Journal of Manufacturing Science and Engineering-Transactions of the Asme》，2007年第129卷第2期311-318頁)中記載的裝置及方法，主要原理是采用氣體推動微型熔爐/坩堝內(nèi)的液態(tài)金屬從噴嘴噴出而形成金屬流，如果使用脈沖氣流在微型熔爐/坩堝內(nèi)產(chǎn)生脈沖式的壓強振動就可以在噴嘴出口處形成金屬液滴，但由于氣體是可壓縮的物質(zhì)形態(tài)，存在壓力傳導(dǎo)延滯，金屬液滴的生成速度不高；申請?zhí)枮?01520561484.7、名稱為“一種液態(tài)金屬打印墨盒”的中國專利申請就使用了該文獻(xiàn)中記載的技術(shù)，但該專利申請?zhí)岢龅慕Y(jié)構(gòu)并不適用于高熔點材料(例如陶瓷、鈦合金等)、也不能在工作過程中連續(xù)添加固態(tài)原料。又如申請?zhí)枮?01310721955.1、名稱為“一種提高金屬熔滴按需打印沉積成形零件致密度的方法”的中國專利申請，也是將液態(tài)金屬從熔爐/坩堝內(nèi)噴出而形成金屬液滴。這些產(chǎn)生金屬液滴的方法都是通過施加壓力和利用流體的特性來產(chǎn)生金屬液滴，由于液態(tài)金屬的表面張力和粘滯力都比較高，不容易產(chǎn)生體積微小的金屬液滴，金屬液滴的生成速度慢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種集成于金屬三維打印成型過程中的金屬液滴簡易生成方法，所生成的金屬液滴與已打印成型的金屬之間實現(xiàn)冶金融合，可通過電場調(diào)控金屬液滴冷卻后的內(nèi)部組織形態(tài)。

為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于金屬三維打印的液滴生成方法，它采用加熱裝置將固態(tài)金屬原料加熱熔化以獲得液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬，液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬在外力的作用下形成金屬流；通過累積所述的液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬來實現(xiàn)三維打印，在累積所述的液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬的過程中將金屬流片段化以形成金屬液滴；

其特征在于：

在累積液態(tài)金屬的過程中，在液態(tài)金屬與已打印成型的金屬之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將液態(tài)金屬流的局部加熱氣化以將液態(tài)金屬流切斷(也屬于熔斷)，在已打印成型的金屬上形成金屬液滴；

或者，在累積軟化且可流動的金屬的過程中，在軟化且可流動的金屬與已打印成型的金屬之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將軟化且可流動的金屬的局部加熱并液化形成液態(tài)金屬，所形成的液態(tài)金屬的局部被電流進一步加熱氣化以將液態(tài)金屬切斷(也屬于熔斷)，在已打印成型的金屬上形成金屬液滴；

所述的已打印成型的金屬是由先前的液態(tài)金屬在不具備流動性之后形成。先前累積的液態(tài)金屬的熱量被與其相接觸的物體及環(huán)境導(dǎo)走，當(dāng)溫度下降到一定閾值之后，就失去流動性(包括蠕變)。

因為多數(shù)金屬的熔點與沸點之間存在較大的溫差，例如純鈦在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的熔點為1660℃、沸點為3287℃(數(shù)據(jù)來源：百度百科)，如果在極短時間內(nèi)使用高強度、高密度的能量加熱“線狀”液態(tài)鈦金屬，可以將其遠(yuǎn)離“低溫體”(例如已打印成型的金屬)的區(qū)域加熱至沸點、而其與“低溫體”(例如已打印成型的金屬)臨近的區(qū)域因為其熱量部分被“低溫體”導(dǎo)走而無法達(dá)到沸點，例如在十萬分之一秒內(nèi)在長度為100微米、直徑60微米的液態(tài)鈦金屬絲上施加強度為200安培的電流，溫度達(dá)到沸點的區(qū)域快速氣化而導(dǎo)致液態(tài)鈦金屬絲斷裂(熔斷)，與“低溫體”臨近以及相接觸的區(qū)域未被氣化而與“低溫體”保持連接并粘附在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)上；保留在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)上的液態(tài)金屬在極短時間內(nèi)仍保持液態(tài)，形成金屬液滴。在形成金屬液滴的過程中，“電阻發(fā)熱”也會發(fā)生在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)與液態(tài)金屬相接觸且位于“低溫體”一側(cè)的部位，當(dāng)發(fā)熱功率和能量密度超過一定閾值時，“電阻發(fā)熱”作用使“低溫體”的該部位熔化，金屬的熱量傳導(dǎo)速度不足以抵消“電阻發(fā)熱”所引發(fā)的局部熔化，從而在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)與液態(tài)金屬相接觸的交界面的“低溫體”一側(cè)形成緊貼交界面的微型熔池。在常溫條件下的固態(tài)金屬表面產(chǎn)生微型熔池，這在工業(yè)上很常見，例如通過激光、電弧、等離子體等加熱方式將金屬工件表面的局部瞬間熔化、甚至氣化，就是利用一定功率的高密度能量在極短時間內(nèi)將金屬局部加熱至熔點以上(金屬局部的升溫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬的散熱速度)。

可選地，所述的在液態(tài)金屬與已打印成型的金屬之間施加電流，是在液態(tài)金屬與已打印成型的金屬發(fā)生接觸之后才施加電流；所述的在軟化且可流動的金屬與已打印成型的金屬之間施加電流，是在軟化且可流動的金屬與已打印成型的金屬發(fā)生接觸之后才施加電流。

可選地，在三維打印系統(tǒng)打印金屬零件的第一層的過程中：

在累積液態(tài)金屬的過程中，在液態(tài)金屬與三維打印支撐平臺或支撐層之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將液態(tài)金屬流的局部加熱氣化以將液態(tài)金屬流切斷(也屬于熔斷)，在三維打印支撐平臺或支撐層上形成金屬液滴；

或者，在累積軟化且可流動的金屬的過程中，在軟化且可流動的金屬與三維打印支撐平臺或支撐層之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將軟化且可流動的金屬的局部加熱并液化形成液態(tài)金屬，所形成的液態(tài)金屬的局部被電流進一步加熱氣化以將液態(tài)金屬切斷(也屬于熔斷)，在三維打印支撐平臺或支撐層上形成金屬液滴；

所述的三維打印系統(tǒng)打印金屬零件，是按層構(gòu)建，即所要打印的金屬零件以層的形式疊加形成；

所述的三維打印支撐平臺，是支撐所要打印的金屬零件的平臺；

所述的支撐層，是與所要打印的金屬零件相接觸的支撐性導(dǎo)電材料層。

可選地，所述的在液態(tài)金屬與三維打印支撐平臺或支撐層之間施加電流，是在液態(tài)金屬與三維打印支撐平臺或支撐層發(fā)生接觸之后才施加電流；所述的在軟化且可流動的金屬與三維打印支撐平臺或支撐層之間施加電流，是在軟化且可流動的金屬與三維打印支撐平臺或支撐層發(fā)生接觸之后才施加電流。

可選地，所述的加熱裝置，將固態(tài)金屬原料加熱熔化以獲得液態(tài)金屬，或?qū)⒐虘B(tài)金屬原料加熱形成軟化且可流動的金屬，通過壓力將液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬從加熱裝置內(nèi)推出而形成金屬流。

可選地，所述的加熱裝置，其加熱方式采用電磁感應(yīng)加熱、或電弧加熱、或等離子體加熱、或電阻發(fā)熱。

可選地，所述的軟化且可流動的金屬，是金屬被加熱熔化、但未達(dá)到液化的程度，在外力的作用下可以發(fā)生形變(包括蠕變)、移動或流動。

可選地，所述的三維打印，所使用的原料除了純金屬，可以是其它導(dǎo)電性材料(非純金屬)，其三維打印方法與所述的金屬三維打印方法相同(即，通過累積液態(tài)導(dǎo)電性材料或軟化且可流動的導(dǎo)電性材料來實現(xiàn)三維打印)；當(dāng)采用其它導(dǎo)電性材料(非純金屬)作為三維打印的原料，所生成的液滴就是所使用的原料的液滴，生成液滴的方法與上述的金屬液滴生成方法相同(即，在累積液態(tài)導(dǎo)電性材料或軟化且可流動的導(dǎo)電性材料的過程中將導(dǎo)電性材料流進行片段化以形成導(dǎo)電性材料液滴，通過電阻發(fā)熱的方式氣化導(dǎo)電性材料流的局部以實現(xiàn)片段化)。例如：金屬與陶瓷的混合物(如Ti(C,N)基金屬陶瓷，屬于合金)，導(dǎo)電性化合物(如碳化鈦TiC)，都是導(dǎo)電性材料、但不是純金屬材料。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明通過在液態(tài)金屬與已打印成型的金屬之間施加大電流，在液態(tài)金屬以及已打印成型的金屬與液態(tài)金屬的接觸部位產(chǎn)生“電阻發(fā)熱”，從而使液態(tài)金屬的溫度進一步升高，在液態(tài)金屬的遠(yuǎn)離已打印成型的金屬的局部溫度達(dá)到沸點，而位置接近已打印成型金屬的液態(tài)金屬因為其熱量部分被已打印成型金屬導(dǎo)走、使該部位的溫度無法達(dá)到沸點，導(dǎo)致液態(tài)金屬流被高溫切斷(熔斷)，從而在已打印成型的金屬上產(chǎn)生金屬液滴；由于液態(tài)金屬流的熔斷是依靠電流，而非機械動力，此方式降低了金屬三維打印系統(tǒng)的復(fù)雜度，可控性更高；該方法可以產(chǎn)生體積微小的金屬液滴，液滴生成速度快，控制方法簡單。

(2)本發(fā)明通過在液態(tài)金屬與已打印成型的金屬之間施加大電流，在液態(tài)金屬以及已打印成型的金屬與液態(tài)金屬的接觸部位產(chǎn)生“電阻發(fā)熱”，可以使已打印成型的金屬與液態(tài)金屬相接觸的部位發(fā)生熔化，進而使液態(tài)金屬與已打印成型的金屬之間實現(xiàn)以“熔融”的方式進行連接(即“冶金融合”)，使三維打印產(chǎn)生的金屬零件獲得極高的結(jié)構(gòu)強度。

(3)本發(fā)明通過在三維打印的成型過程中同步產(chǎn)生金屬液滴，解決了加熱裝置擠出或噴出的金屬流在累積的過程中產(chǎn)生的“拖曳”問題。液態(tài)金屬的表面張力和粘滯力較大，軟化且可流動的金屬的粘滯力比液態(tài)金屬更大，在累積液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬的過程中，會發(fā)生“拖曳”，在打印像素隊列中具有先后順序關(guān)系的不相鄰的兩個像素點之間產(chǎn)生連接兩個像素點的絲狀金屬“橋”，或產(chǎn)生與某些像素點連接的金屬絲，可能對金屬三維打印造成不良影響。本發(fā)明通過“熔斷”的方式在產(chǎn)生液滴的同時，也避免了“拖曳”的產(chǎn)生。

(4)本發(fā)明通過施加電流產(chǎn)生的“電阻發(fā)熱”來產(chǎn)生金屬液滴，可以使用軟化但還未完全液化的金屬作為原料，通過“電阻發(fā)熱”的方式將軟化且可流動的金屬局部加熱液化，再進一步加熱使所獲得的液態(tài)金屬局部氣化而產(chǎn)生金屬液滴，可以降低加熱裝置的工作溫度，進而獲得較高的可實施性和降低能耗。

(5)本發(fā)明通過施加電流產(chǎn)生的“電阻發(fā)熱”來調(diào)控金屬三維打印成型過程中的成型部位金屬的熔化狀態(tài)，電場對合金在液態(tài)狀態(tài)下的晶核生長過程產(chǎn)生影響，適當(dāng)?shù)碾妶鰠?shù)(例如振蕩頻率、電流強度等)可以提升合金的力學(xué)性能；有不少關(guān)于電場對金屬組織的影響的研究，例如文獻(xiàn)：題目：《脈沖電場作用下金屬組織的研究進展》(綜述)，作者：何力佳，刊物：《遼寧工學(xué)院學(xué)報》，2003年第23卷第5期；又如文獻(xiàn)：題目：《外加電場對合金凝固組織的影響》(綜述)，作者：劉謹(jǐn)(等)，刊物：《鑄造》，2012年，第61卷第8期。本發(fā)明可以將“冶金電場調(diào)控”集成于金屬三維打印的成型過程中。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果：可以在金屬三維打印的成型過程中快速生成體積微小的金屬液滴，控制方法簡單，響應(yīng)速度高；解決了FDM三維打印技術(shù)中常見的熔化原料“拖曳”問題；生成的金屬液滴與已打印成型的金屬之間實現(xiàn)“冶金融合”，連接強度極高；可以將“冶金電場調(diào)控”集成于金屬三維打印的成型過程中；可實施性高。本發(fā)明具有實質(zhì)性進步。

附圖說明

圖1是示意圖，用于說明本發(fā)明的一個較佳具體實施例，金屬三維打印系統(tǒng)打印第一層金屬，圖中的箭頭D1表示移動方向；

圖2是示意圖，是圖1中的虛線CC所指示的局部的放大圖，用于說明金屬三維打印系統(tǒng)在打印第一層金屬時的生成金屬液滴的過程；

圖3是示意圖，用于說明圖2所示的金屬液滴生成過程在施加電流之前的狀態(tài)；

圖4和圖5是示意圖，用于說明圖1所示的本發(fā)明的較佳具體實施例在金屬三維打印系統(tǒng)打印第二層金屬時的生成金屬液滴的過程；

其中的標(biāo)號：1-微型熔爐，2-噴嘴，3-熔化的金屬原料，4-支撐層，5-支撐平臺，6-發(fā)熱電流發(fā)生電路，7-已打印成型的金屬。

具體實施方式

下面列舉本發(fā)明的一個較佳具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。

如圖1至圖5所示的本發(fā)明的一個具體實施例：一種用于金屬三維打印的液滴生成方法，它采用加熱裝置將固態(tài)金屬原料加熱熔化以獲得液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬，液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬在外力的作用下形成金屬流；通過累積所述的液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬來實現(xiàn)金屬三維打印，在累積所述的液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬的過程中將金屬流片段化以形成金屬液滴；所述的液態(tài)金屬在不具備流動性之后形成已打印成型的金屬；所述軟化且可流動的金屬，是金屬被加熱熔化、但未達(dá)到液化的程度，在外力的作用下可以發(fā)生形變(包括蠕變)、移動或流動；

其特征在于：

在累積液態(tài)金屬的過程中，在液態(tài)金屬與已打印成型的金屬之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將液態(tài)金屬流的局部加熱氣化以將液態(tài)金屬流切斷/熔斷，在已打印成型的金屬上形成金屬液滴；

或者，在累積軟化且可流動的金屬的過程中，在軟化且可流動的金屬與已打印成型的金屬之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將軟化且可流動的金屬的局部加熱并液化形成液態(tài)金屬，所形成的液態(tài)金屬的局部被電流進一步加熱氣化以將液態(tài)金屬切斷/熔斷，在已打印成型的金屬上形成金屬液滴。

在本具體實施例中，在金屬三維打印系統(tǒng)打印金屬零件的第一層的過程中：

在累積液態(tài)金屬的過程中，在液態(tài)金屬與三維打印支撐平臺或支撐層之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將液態(tài)金屬流的局部加熱氣化以將液態(tài)金屬流切斷/熔斷，在三維打印支撐平臺或支撐層上形成金屬液滴；

或者，在累積軟化且可流動的金屬的過程中，在軟化且可流動的金屬與三維打印支撐平臺或支撐層之間施加電流，通過電阻發(fā)熱的方式將軟化且可流動的金屬的局部加熱并液化形成液態(tài)金屬，所形成的液態(tài)金屬的局部被電流進一步加熱氣化以將液態(tài)金屬切斷/熔斷，在三維打印支撐平臺或支撐層上形成金屬液滴。

在本具體實施例中，所述的金屬三維打印系統(tǒng)打印金屬零件，是按層構(gòu)建，即所要打印的金屬零件以層的形式疊加形成；所述的三維打印支撐平臺，是支撐所要打印的金屬零件的平臺；所述的支撐層，是與所要打印的金屬零件相接觸的支撐性導(dǎo)電材料層。

在本具體實施例中，所述的加熱裝置，主要由微型熔爐1和電磁感應(yīng)線圈(在附圖中未示出)組成，微型熔爐1的下端設(shè)置有噴嘴2；微型熔爐1的殼體采用特種鎢合金制造；電磁感應(yīng)線圈圍繞在微型熔爐1下段的外圍，電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的中頻交變磁場在微型熔爐1的殼體及其內(nèi)部的金屬原料耦合感生渦流，繼而導(dǎo)致發(fā)熱，將固態(tài)金屬原料加熱熔化，固態(tài)金屬原料的熔化狀態(tài)(包括液化和軟化)由加熱功率及加熱時長決定；通過擠壓產(chǎn)生的高壓將液態(tài)金屬或軟化且可流動的金屬從加熱裝置內(nèi)推出而形成金屬流。通過設(shè)置于微型熔爐1內(nèi)的螺桿或活塞推動熔化的金屬原料3，或者采用常見的FDM三維打印技術(shù)中使用的擠出方式，對熔化的金屬原料3產(chǎn)生擠壓作用。

在本具體實施例中，金屬三維打印系統(tǒng)的支撐平臺5與所要打印的金屬零件之間設(shè)置有支撐層4。支撐層4為一片與所要打印的金屬零件相同材料的平整的金屬板，支撐層4作為耗材，避免支撐平臺5被“電阻發(fā)熱”引起的微型熔融導(dǎo)致的損傷。支撐平臺5能進行上下移動，加熱裝置能進行基于水平面的二維移動(水平面的法線與豎直方向重合或平行)。微型熔爐1與支撐層4都被連接到發(fā)熱電流發(fā)生電路6，發(fā)熱電流發(fā)生電路6產(chǎn)生的電流經(jīng)過微型熔爐1、支撐層4傳導(dǎo)至被從噴嘴2噴出并且與支撐層4或已打印成型的金屬7相接觸的液態(tài)金屬或軟化金屬。噴嘴2的內(nèi)徑為60μm；在打印金屬零件的第一層時，噴嘴2的下端面與支撐層4上表面的距離為100μm；在打印金屬零件的第二層時，噴嘴2的下端面與已打印成型的金屬7上平面的距離為100μm。

在本具體實施例中，三維打印的原料使用純金屬(僅含金屬，不含其它化合物)，產(chǎn)生的液滴是純金屬液滴。

具體應(yīng)用方案：

加熱裝置將固態(tài)金屬原料加熱熔化，在微型熔爐1內(nèi)獲得熔化的金屬原料3，熔化的金屬原料3被擠壓而從噴嘴2噴出。加熱裝置往圖1中所示的箭頭D1指示的方向移動。

微型熔爐1噴射液態(tài)金屬的方式有兩種：第一種，間斷式/脈沖式，通過在微型熔爐1內(nèi)部產(chǎn)生脈沖式壓力振動，使得微型熔爐1在每個像素點對應(yīng)位置噴射出某個體積的金屬液；第二種，連續(xù)式，在設(shè)定的時長內(nèi)，在微型熔爐1內(nèi)部的擠出壓力維持穩(wěn)定，在微型熔爐1移動的過程中邊移動邊噴出。在本具體實施例中，采用第二種方式(連續(xù)式)。

產(chǎn)生金屬液滴的過程，如圖2至圖5所示。

圖3所示，在金屬三維打印系統(tǒng)打印金屬零件的第一層時，液態(tài)金屬被從噴嘴2噴出后，液態(tài)金屬接觸到支撐層4的瞬間，金屬三維打印系統(tǒng)的控制系統(tǒng)監(jiān)測到液態(tài)金屬與支撐層4接觸，即監(jiān)測到微型熔爐1與支撐層4之間建立了電氣連接；之后，控制系統(tǒng)啟動發(fā)熱電流發(fā)生電路6。在本具體實施例中，控制系統(tǒng)在液態(tài)金屬與支撐層4接觸之后的千萬分之一秒內(nèi)監(jiān)測到該“事件”和啟動發(fā)熱電流發(fā)生電路6。

圖2所示，位于噴嘴2、支撐層4之間的液態(tài)金屬被施加大電流(例如200安培)，液態(tài)金屬中段偏向噴嘴2一側(cè)被氣化、直徑逐漸縮小(該過程持續(xù)時間極短)，并且由于該部位的溫度高于其它部位、表面張力小而導(dǎo)致該部位的金屬液被其它更高表面張力的部位牽引而加劇該部位的直徑縮小，液態(tài)金屬中段偏向噴嘴2一側(cè)在短于十萬分之一秒的時間內(nèi)被完全氣化(例如五十萬分之一秒)，導(dǎo)致液態(tài)金屬被熔斷(被電流切斷)；液態(tài)金屬與支撐層4接觸的一端未被蒸發(fā)而粘附在支撐層4上，在極短時間內(nèi)仍然保持液態(tài)，即在支撐層4上形成一個金屬液滴；液態(tài)金屬與噴嘴2接觸的一端由于噴嘴2的溫度低于金屬原料的氣化溫度，噴嘴2將部分熱量導(dǎo)走而導(dǎo)致緊貼噴嘴2的液態(tài)金屬無法被氣化。位于噴嘴2內(nèi)的液態(tài)金屬由于噴嘴2也是導(dǎo)電的，導(dǎo)致噴嘴2內(nèi)的液態(tài)金屬所獲得的電流分量遠(yuǎn)小于位于噴嘴2、支撐層4之間的液態(tài)金屬，噴嘴2內(nèi)的液態(tài)金屬仍處于液態(tài)。

當(dāng)液態(tài)金屬被切斷/熔斷后，控制系統(tǒng)監(jiān)測到該“事件”，即刻關(guān)閉發(fā)熱電流發(fā)生電路6。

圖2和圖3所示的金屬液滴生成過程存在于微型熔爐1移動的過程中。微型熔爐1的移動速度與液態(tài)金屬的噴射速度需要相互協(xié)調(diào)，通過調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)來實現(xiàn)金屬液滴及其所形成的液滴狀已打印成型的金屬之間的距離。液態(tài)金屬的噴射速度又取決于微型熔爐1內(nèi)的壓強、溫度及金屬原料的種類。

同樣道理，如圖4和圖5所示，在金屬三維打印系統(tǒng)打印金屬零件的第二層及以上的層時，位于噴嘴2、已打印成型的金屬7之間的液態(tài)金屬也被同樣的方式熔斷而在已打印成型的金屬7上形成金屬液滴。

因為多數(shù)金屬的熔點與沸點之間存在較大的溫差，例如純鈦在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的熔點為1660℃、沸點為3287℃(數(shù)據(jù)來源：百度百科)，如果在極短時間內(nèi)使用高強度、高密度的能量加熱“線狀”液態(tài)鈦金屬，可以將其遠(yuǎn)離“低溫體”(例如已打印成型的金屬)的區(qū)域加熱至沸點甚至更高、而其與“低溫體”(例如已打印成型的金屬)臨近的區(qū)域因為其熱量部分被“低溫體”導(dǎo)走而無法達(dá)到沸點，例如在十萬分之一秒內(nèi)在長度為100微米、直徑60微米的液態(tài)鈦金屬絲上施加強度為200安培的電流，溫度達(dá)到沸點的區(qū)域快速氣化而導(dǎo)致液態(tài)鈦金屬絲斷裂(熔斷)，與“低溫體”臨近以及相接觸的區(qū)域未被氣化而與“低溫體”保持連接并粘附在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)上；保留在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)上的液態(tài)金屬在極短時間內(nèi)仍保持液態(tài)，形成金屬液滴。

在上述的形成金屬液滴的過程中，“電阻發(fā)熱”也會發(fā)生在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)與液態(tài)金屬相接觸且位于“低溫體”一側(cè)的部位，當(dāng)發(fā)熱功率和能量密度超過一定閾值時，“電阻發(fā)熱”作用使“低溫體”的該部位熔化，金屬的熱量傳導(dǎo)速度不足以抵消“電阻發(fā)熱”所引發(fā)的局部熔化，從而在“低溫體”(例如已打印成型的金屬)與液態(tài)金屬相接觸的交界面的“低溫體”一側(cè)形成緊貼交界面的微型熔池。在常溫條件下的固態(tài)金屬表面產(chǎn)生微型熔池，這在工業(yè)上很常見，例如通過激光、電弧、等離子體等加熱方式將金屬工件表面的局部瞬間熔化、甚至氣化，就是利用一定功率的高密度能量在極短時間內(nèi)將金屬局部加熱至熔點以上(金屬局部的升溫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬的散熱速度)。

微型熔爐1也可以采用壓縮惰性氣體推動熔化的金屬原料的流動。金屬流的生成也可以采用這種方式產(chǎn)生：使用金屬絲穿過耐高溫的套管，在套管的下端外圍設(shè)置電磁感應(yīng)線圈，使用送絲輪推動金屬絲的移動，金屬絲在套管的下端出口處被加熱軟化或液化，隨即與已打印成型的金屬接觸。微型熔爐1的殼體，除了可以采用特制鎢合金制造，還可以采用石墨等耐高溫的導(dǎo)電性材料。

以上所述，僅作為本發(fā)明的較佳具體實施例，不能以此限定本發(fā)明的實施范圍，即依據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所做的等效變換與修飾，皆仍屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。