本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置及方法，實現(xiàn)金屬零件高精度快速成形。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)正在改變我們的生產(chǎn)和生活方式，許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家均高度重視并積極推廣該技術(shù)。金屬零件增材制造技術(shù)作為整個增材制造體系中最為前沿和最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。目前用于直接制造金屬功能零件的快速成形方法有：選區(qū)激光燒結(jié)(sls)技術(shù)、選區(qū)激光熔化(slm)技術(shù)、電子束選區(qū)熔化(ebm)技術(shù)以及金屬均勻微滴噴射成形等。

sls技術(shù)裝置由控制單元、保護(hù)器密封單元、激光器、粉末缸、成形缸和鋪粉裝置等組成，裝置工作過程中，計算機(jī)控制粉末缸活塞上升，鋪粉裝置帶動粉末并將粉末均勻的鋪在成形缸的基板上，根據(jù)切片模型單層軌跡，計算機(jī)控制激光束的掃描軌跡，選擇性地?zé)Y(jié)基板上粉末材料以形成零件的一個層面。完成一層燒結(jié)后，工作缸活塞帶動基板下降一個層厚的距離，粉末缸活塞上升一個層厚的距離，鋪粉裝置在成形缸基板上鋪上一層新的粉末，控制激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到整個零件成形完畢。sls工藝采用半固態(tài)液相燒結(jié)機(jī)制，部分粉末未發(fā)生熔化，成形件中含有未熔固相顆粒，直接導(dǎo)致孔隙率高、致密度低、拉伸強(qiáng)度差、表面粗糙度高等工藝缺陷，而且存在設(shè)備價格和粉末價格較高等問題。

slm技術(shù)是在sls基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者的基本工作原理類似。slm技術(shù)使金屬粉末完全熔化，雖能在一定程度上改善sls激光成形件的致密度和表面光潔度，但是同樣使用了粉末材料，成形件的還是表面質(zhì)量較差，而且相對于sls技術(shù)使用了更高功率的激光器，所以設(shè)備的價格更高。

ebm與sls技術(shù)和slm技術(shù)的工作過程相似，主要是熔化金屬的方法不同，ebm技術(shù)是一種采用高能高速的電子束選擇性地轟擊金屬粉末，從而使得粉末材料熔化成形的快速制造技術(shù)。但其存在一個比較特殊的問題即粉末潰散現(xiàn)象，其原因是電子束具有較大動能，當(dāng)高速轟擊金屬原子使之加熱、升溫時，電子的部分動能也直接轉(zhuǎn)化為粉末微粒的動能。當(dāng)粉末流動性較好時，粉末顆粒會被電子束推開形成潰散現(xiàn)象。ebm技術(shù)成形室中必須為高真空，才能保證設(shè)備正常工作，這使得ebm技術(shù)整機(jī)復(fù)雜度提高，真空室抽氣過程中粉末容易被氣流帶走，造成真空系統(tǒng)的污染。還因在真空度下粉末容易揚(yáng)起而造成系統(tǒng)污染。此外，電子束無法比較難像激光束一樣聚焦出細(xì)微的光斑因此成形件難以達(dá)到較高的尺寸精度。因此，對于精密或有細(xì)微結(jié)構(gòu)的功能件，電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)是難以直接制造出來的。而且電子束熔化技術(shù)的價格也很高。

金屬均勻微滴噴射成形基于“離散一堆積”的成形原理，通過微滴噴射器產(chǎn)生金屬微滴，同時控制三維基板運(yùn)動，使微滴精確沉積在特定位置，微滴隨后與基體或已沉積的金屬層熔合，通過“逐點(diǎn)、逐行、逐層”地打印微滴，成形具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維實體。成形的工件孔隙率高、致密度低、拉伸強(qiáng)度差、表面粗糙度高。

綜上所述，現(xiàn)有的sls技術(shù)、slm技術(shù)、ebm技術(shù)等增材制造技術(shù)的設(shè)備購買費(fèi)用較高，成形工藝對粉末質(zhì)量要求較高，均需要價格較高的粉末材料，而且成形的工件孔隙率高，成形零件表面較粗糙，內(nèi)部有殘余熱應(yīng)力，使用過程中內(nèi)部微裂紋擴(kuò)展容易造成成形零件失效。金屬均勻微滴噴射成形裝置的成形零件孔隙率高、致密度低、拉伸強(qiáng)度差、表面粗糙度高，難以直接應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。本發(fā)明正是針對目前金屬增材制造裝置的現(xiàn)狀，研制了超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置及方法，通過超聲霧化裝置將金屬熔液形成微液滴，噴涂在激光掃描振鏡切割好的紙帶輪廓內(nèi)，形成層厚致密均勻且層厚可控的單個層面，如此層層疊加最終形成實體零件，成形速度快，成形樣件精度高，無殘余應(yīng)力，無熱變形，成形零件綜合力學(xué)好，成形裝置制造和維護(hù)成本低，無需價格較高的粉末材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置及方法，以解決均勻金屬微滴噴射成形零件尺寸差，層厚較厚，孔隙較多，殘余應(yīng)力大以及力學(xué)性能較差，以及現(xiàn)有基于粉末材料的選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)、選區(qū)激光熔化技術(shù)和電子束選區(qū)熔化技術(shù)，設(shè)備和粉末材料價格高，粉末材料制作工藝復(fù)雜以及粉末材料易被氧化，后處理工藝復(fù)雜，孔隙較多，樣件殘余應(yīng)力大等問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：三軸運(yùn)動平臺固定在外殼一底板上，紙帶系統(tǒng)固定在三軸運(yùn)動平臺的面板上，激光掃描切割系統(tǒng)固定在外殼一的頂部封閉板一上，實體模材料系統(tǒng)和犧牲模材料系統(tǒng)均固定在外殼一的頂部封閉板二、頂部封閉板三和頂部封閉板四上，加熱基板固定在三軸運(yùn)動平臺的z軸運(yùn)動系統(tǒng)上。

所述的外殼一由門一、左側(cè)封閉板、頂部封閉板一、頂部封閉板二、頂部封閉板三、頂部封閉板四、右側(cè)封閉板、門二、外殼一底板、環(huán)形框一、整體框架、環(huán)形框二和后封閉板組成，所述的門一和門二與整體框架活動連接，左側(cè)封閉板、頂部封閉板一、頂部封閉板二、頂部封閉板三、頂部封閉板四、右側(cè)封閉板、環(huán)形框一、環(huán)形框二、后封閉板分別固定在整體框架相應(yīng)位置上。

所述的三軸運(yùn)動平臺由x軸運(yùn)動系統(tǒng)、y軸運(yùn)動系統(tǒng)和z軸運(yùn)動系統(tǒng)組成，所述的x軸運(yùn)動系統(tǒng)固定在外殼一底板上，所述的y軸運(yùn)動系統(tǒng)通過螺紋連接固定在x軸運(yùn)動系統(tǒng)的面板一上，所述的z軸運(yùn)動系統(tǒng)固定在y軸運(yùn)動系統(tǒng)的面板二上。

所述的x軸運(yùn)動系統(tǒng)和y軸運(yùn)動系統(tǒng)具有相同結(jié)構(gòu)，所述的x軸運(yùn)動系統(tǒng)由絲杠支座一、絲杠一、螺母座一、螺母一、面板一、聯(lián)軸器一、電機(jī)座一、電機(jī)一、限位塊一、底板一、導(dǎo)軌一和滑塊一組成；所述的y軸運(yùn)動系統(tǒng)由絲杠支座二、絲杠二、螺母座二、螺母二、面板二、聯(lián)軸器二、電機(jī)座二、電機(jī)二、限位塊二、底板二、導(dǎo)軌二和滑塊二組成；其中所述x軸運(yùn)動系統(tǒng)的絲杠支座一、電機(jī)座下、限位塊一和導(dǎo)軌一均固定在底板一上，底板一固定在機(jī)架底板上，所述的絲杠一通過深溝球軸承固定在絲杠支座一上，所述的螺母一通過螺紋連接固定在螺母座一上，螺母座一和滑塊一通過螺紋連接固定在面板一上，所述的滑塊一與導(dǎo)軌一采用滑動連接，所述的電機(jī)一固定在電機(jī)座一上，電機(jī)一通過聯(lián)軸器一和絲杠一固定連接，通過電機(jī)一帶動絲杠一轉(zhuǎn)動，使面板一在導(dǎo)軌一上移動。

所述的紙帶系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)一支座、步進(jìn)電機(jī)一、聯(lián)軸器一、供紙輥支撐、供紙輥、圓柱輥一支撐、圓柱輥一、紙帶、圓柱輥二支撐、方形框、圓柱輥三、圓柱輥三支撐、收紙輥、收紙輥支撐、聯(lián)軸器二、步進(jìn)電機(jī)二支座、步進(jìn)電機(jī)二、圓柱輥二、廢紙回收盒和深溝球軸承組成；所述的步進(jìn)電機(jī)一支座、供紙輥支撐、圓柱輥一支撐、圓柱輥二支撐、圓柱輥三支撐、收紙輥支撐、步進(jìn)電機(jī)二支撐、廢紙回收盒均固定在y軸運(yùn)動系統(tǒng)的面板二上，所述的步進(jìn)電機(jī)一和步進(jìn)電機(jī)二分別固定在步進(jìn)電機(jī)一支座和步進(jìn)電機(jī)二支座上，所述的供紙輥和收紙輥分別通過深溝球軸承固定在供紙輥支撐和收紙輥支撐上，所述的步進(jìn)電機(jī)一通過聯(lián)軸器一和供紙輥固定連接，所述的步進(jìn)電機(jī)二通過聯(lián)軸器二與收紙輥固定連接，通過控制步進(jìn)電機(jī)一和步進(jìn)電機(jī)二的轉(zhuǎn)動分別帶動供紙輥和收紙輥的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)紙帶的供用，紙帶為耐高溫材料，方形框通過螺栓連接固定圓柱輥二支撐和圓柱輥三支撐上。

所述的供紙輥支撐和收紙輥支撐具有相同的結(jié)構(gòu)，所述的供紙輥支撐由下支座和上v型塊組成，所述的下支座和上v型塊通過內(nèi)六角螺栓連接，用于零件加工完之后或紙帶用完之后供紙輥和收紙輥的更換。

所述的廢紙回收盒由螺釘、環(huán)形擋板、u型夾和收納盒組成，所述的螺釘將環(huán)形擋板固定在u型夾上，所述的u型夾固定在y軸運(yùn)動系統(tǒng)的面板二上，所述的收納盒通過u型夾和環(huán)形擋板固定。

所述的激光掃描切割系統(tǒng)采用lom疊層實體增材制造技術(shù)中的激光掃描切割系統(tǒng)，由co2激光器、光學(xué)元件和掃描頭組成；所述的激光掃描切割系統(tǒng)通過計算機(jī)的控制用于掃描切割紙帶形成相應(yīng)的形狀。

所述的實體模材料系統(tǒng)和犧牲模材料系統(tǒng)具有相同的結(jié)構(gòu)，所述的實體模材料系統(tǒng)由導(dǎo)管、熔爐、三通管、壓力傳感器、泄氣閥、導(dǎo)氣管和超聲霧化系統(tǒng)組成，所述的導(dǎo)管涂有隔熱涂層，用于減少導(dǎo)管內(nèi)金屬熔液熱量的散失，導(dǎo)管分別連接熔爐和超聲霧化系統(tǒng)，用于將熔爐中的熔液傳送到超聲霧化系統(tǒng)的霧化噴頭內(nèi)，所述的三通管用于連接泄氣閥、導(dǎo)氣管以及壓力傳感器上的導(dǎo)管，所述的導(dǎo)氣管固定在熔爐的上端蓋上，用于向坩堝傳輸氣體。

所述的熔爐由隔熱涂層、坩堝、實體模熔液、加熱器、外殼二、上端蓋和熱電偶組成，所述的隔熱涂層分別涂覆在外殼二和上端蓋的外表面，所述的坩堝固定在外殼二上，所述的加熱器為圓環(huán)形，環(huán)繞在坩堝周圍，所述的上端蓋通過螺栓固定在外殼二上，所述的熱電偶位于坩堝內(nèi)。

所述的超聲霧化系統(tǒng)，包括霧化噴頭、下端蓋、圓環(huán)、冷卻管、壓電陶瓷堆、外殼三、壓電陶瓷蓋、上端蓋、螺栓和變幅桿組成，霧化噴頭通過螺紋連接固定在變幅桿上，變幅桿通過下端蓋固定在外殼三上，變幅桿、壓電陶瓷堆和壓電陶瓷蓋通過螺栓連接，所述的圓環(huán)與外殼三側(cè)壁固定連接；所述的冷卻管環(huán)繞在壓電陶瓷堆周圍，所述的上端蓋固定在外殼三上。

所述的加熱基板由隔熱涂層、鑄銅加熱板和基板組成，所述的隔熱涂層涂覆在鑄銅加熱板上，并固定在z軸運(yùn)動系統(tǒng)的面板上，所述的基板和鑄銅加熱板之間活動連接。

一種超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造方法，包括下列步驟：

(1)、用三維建模軟件建立需要打印的零件模型，保存成stl格式，應(yīng)用切片軟件進(jìn)行切片，將切片完的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置；

(2)、將犧牲模材料和實體模材料去除表面氧化層，放入到各自的熔爐內(nèi)；

(3)、在成形之前首先向成形室內(nèi)通入一段時間的氬氣或氮?dú)鈦沓ネ鈿ひ恢械难鯕猓乐辜庸み^程中的霧化金屬液滴與氧氣接觸之后被氧化，同時鑄銅加熱板給基板加熱；

(4)、在成形的過程中，計算機(jī)根據(jù)切片軟件成形層截面輪廓信息，控制激光掃描切割系統(tǒng)去除相應(yīng)犧牲模截面輪廓部分的紙材，切割后，通過控制紙模系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)一和步進(jìn)電機(jī)二的轉(zhuǎn)動分別帶動供紙輥和收紙輥的轉(zhuǎn)動，將切割好的紙模運(yùn)動到加熱基板的上方犧牲模需要沉積的位置；

(5)、犧牲模材料系統(tǒng)工作，計算機(jī)根據(jù)需要霧化的犧牲模材料的性質(zhì)及種類，通過控制霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅，霧化噴頭端部距基板的距離，三軸運(yùn)動平臺的x-y二維運(yùn)動速度，來實現(xiàn)犧牲模材料需要沉積的單層厚度，根據(jù)需要霧化沉積的位置，控制控制三軸運(yùn)動平臺的x-y二維運(yùn)動，沉積成形完一層；

(6)、犧牲模材料系統(tǒng)停止工作，x-y二維平臺運(yùn)動到原始位置，此時控制激光掃描切割系統(tǒng)去除相應(yīng)此層實體模截面輪廓部分的紙材，切割后，通過控制紙模系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)一和步進(jìn)電機(jī)二的轉(zhuǎn)動分別帶動供紙輥和收紙輥的轉(zhuǎn)動，將切割好的紙模運(yùn)動到熱基板的上方實體模需要沉積的位置；

(7)、實體模材料系統(tǒng)工作，計算機(jī)根據(jù)需要霧化的實體材料的性質(zhì)及種類，通過控制霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅，霧化噴頭端部距基板的距離，三軸運(yùn)動平臺的x-y二維運(yùn)動速度，來控制實體模材料沉積的單層厚度，使之與犧牲模的單層厚度相同，根據(jù)需要霧化沉積的位置，控制控制三軸運(yùn)動平臺的x-y二維運(yùn)動，沉積成形完一層，實體模材料系統(tǒng)停止工作，x-y二維平臺運(yùn)動到原始位置，此時z軸運(yùn)動系統(tǒng)帶動加熱基板下降一個層厚的高度，同時激光掃描切割系統(tǒng)去除下一層相應(yīng)犧牲模截面輪廓部分的紙材，如此層層疊加，直至最后成形出三維實體零件；

(8)、加工完成后取下基板，然后將零件從基板取下；把零件放到具有一定溫度的加熱設(shè)備中，加熱到犧牲模金屬的熔化溫度使?fàn)奚Ｈ刍Ｏ碌木褪撬枰膶嶓w零件模型；

(9)、加工完成后取下基板，然后將零件從基板取下，把零件放到具有一定溫度的加熱設(shè)備中，加熱到犧牲模金屬的熔化溫度使?fàn)奚Ｈ刍Ｏ碌木褪撬枰膶嶓w零件模型。

超聲霧化系統(tǒng)產(chǎn)生的超聲霧化液滴，其直徑d與超聲頻率f、振幅a、液體的密度ρ及表面張力σ有關(guān)，公式如下：

紙帶下表面和基板的上表面距離大于一個層厚的距離，比一層厚的距離多15μm。

超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置通過超聲霧化噴涂兩種溫度差為50～250℃的金屬材料。

通過控制霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅、液體的密度、霧化噴頭端部距離、三軸運(yùn)動平臺的x-y二維運(yùn)動速度，可以實現(xiàn)單層厚為50微米到200微米的層厚變化，實現(xiàn)不同精度的三維成形。

本發(fā)明將金屬熔液形成微液滴，精密噴涂在激光掃描切割系統(tǒng)切割好的紙帶輪廓內(nèi)，沉積形成層厚致密均勻且層厚可控的輪廓，如此層層疊加最終形成實體零件，成形速度快，成形樣件精度高，層厚均勻，無殘余應(yīng)力，無熱變形，成形樣件綜合力學(xué)性能好，無需價格較高的粉末材料，只需塊狀材料熔融。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明的超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置，不需要高功率激光器，設(shè)備成本低，設(shè)備的后期營運(yùn)維護(hù)簡單。

2.本發(fā)明不需要高質(zhì)量要求的粉末材料，只需簡單的棒材或塊狀材料熔化即可，成形精度不受粉末材料粒度的影響，成形零件精度高，采用微小金屬液滴直接累積成形，成形零件致密度高，無殘余應(yīng)力，幾乎沒有熱變形，綜合力學(xué)性能好。

3.本發(fā)明的霧化形成液滴直徑不受噴頭孔直徑的影響，可以通過改變霧化噴頭的頻率f及振幅a、液體的密度ρ及表面張力σ，使成形液直徑為10μm到200μm變化。

4.本發(fā)明可以簡單的通過調(diào)控霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅、三軸運(yùn)動平臺的x-y二維運(yùn)動速度，實現(xiàn)單層厚為10μm到200μm的層厚變化，從而可以實現(xiàn)不同精度的三維成形。

5.本發(fā)明通過三軸運(yùn)動平臺的x-y方向運(yùn)動帶動紙帶系統(tǒng)和加熱基板在x-y方向的移動，避免了犧牲模系統(tǒng)和實體模系統(tǒng)的移動對各自超聲霧化系統(tǒng)的霧化效果產(chǎn)生影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明去除外殼一封閉面板的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的外殼一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的三軸運(yùn)動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的x軸運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的y軸運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的z軸運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的紙帶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明的供紙輥支撐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明的廢紙回收盒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明的廢紙回收盒部分結(jié)構(gòu)放大示意圖；

圖12是本發(fā)明的紙帶系統(tǒng)中方形框結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是本發(fā)明的激光掃描切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是本發(fā)明的實體模材料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是本發(fā)明實體模材料系統(tǒng)的熔爐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是本發(fā)明的超聲霧化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是本發(fā)明的加熱基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18是本發(fā)明噴射實體模時結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置，包括外殼一1、三軸運(yùn)動平臺2、紙帶系統(tǒng)3、激光掃描切割系統(tǒng)4、實體模材料系統(tǒng)5、犧牲模材料系統(tǒng)6和加熱基板7，三軸運(yùn)動平臺2固定在外殼一底板109上，紙帶系統(tǒng)3固定在三軸運(yùn)動平臺2的面板20205上，激光掃描切割系統(tǒng)4固定在外殼一1的頂部封閉板一103上，實體模材料系統(tǒng)5和犧牲模材料系統(tǒng)6均固定在外殼一1的頂部封閉板二104、頂部封閉板三105和頂部封閉板四106上，加熱基板7固定在三軸運(yùn)動平臺2的z軸運(yùn)動系統(tǒng)203上。

所述的外殼一1由門一101、左側(cè)封閉板102、頂部封閉板一103、頂部封閉板二104、頂部封閉板三105、頂部封閉板四106、右側(cè)封閉板107、門二108、外殼一底板109、環(huán)形框一110、整體框架111、環(huán)形框二112和后封閉板113組成，所述的門一101和門二108與整體框架111活動連接，左側(cè)封閉板102、頂部封閉板一103、頂部封閉板二104、頂部封閉板三105、頂部封閉板四106、右側(cè)封閉板107、環(huán)形框一110、環(huán)形框二112、后封閉板113分別固定在整體框架111相應(yīng)位置上；超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置上所有結(jié)構(gòu)安裝完畢時，只要關(guān)閉所述的門一101和門二108，整個裝置形成一個密閉的空間，通過輸入氮?dú)饣驓鍤馀懦銎渲醒鯕?，防止霧化的金屬氧化。

所述的三軸運(yùn)動平臺2由x軸運(yùn)動系統(tǒng)201、y軸運(yùn)動系統(tǒng)202和z軸運(yùn)動系統(tǒng)203組成，所述的x軸運(yùn)動系統(tǒng)201固定在外殼一1底板109上，所述的y軸運(yùn)動系統(tǒng)202通過螺紋連接固定在x軸運(yùn)動系統(tǒng)201的面板一20105上，所述的z軸運(yùn)動系統(tǒng)203固定在y軸運(yùn)動系統(tǒng)202的面板二20205上。

所述的x軸運(yùn)動系統(tǒng)201和y軸運(yùn)動系統(tǒng)202具有相同結(jié)構(gòu)，所述的x軸運(yùn)動系統(tǒng)201由絲杠支座一20101、絲杠一20102、螺母座一20103、螺母一20104、面板一20105、聯(lián)軸器一20106、電機(jī)座一20107、電機(jī)一20108、限位塊一20109、底板一20110、導(dǎo)軌一20111和滑塊一20112組成；所述的y軸運(yùn)動系統(tǒng)202由絲杠支座二20201、絲杠二20202、螺母座二20203、螺母二20204、面板二20205、聯(lián)軸器二20206、電機(jī)座二20207、電機(jī)二20208、限位塊二20209、底板二20210、導(dǎo)軌二20211和滑塊二20212組成；其中所述x軸運(yùn)動系統(tǒng)201的絲杠支座一20101、電機(jī)座下20107、限位塊一20109和導(dǎo)軌一20111均固定在底板一20110上，底板一20110固定在機(jī)架底板109上，所述的絲杠一20102通過深溝球軸承固定在絲杠支座一20101上，所述的螺母一20104通過螺紋連接固定在螺母座一20103上，螺母座一20103和滑塊一20112通過螺紋連接固定在面板一20105上，所述的滑塊一20112與導(dǎo)軌一20111采用滑動連接，所述的電機(jī)一20108固定在電機(jī)座一20107上，電機(jī)一20108通過聯(lián)軸器一20106和絲杠一20102固定連接，通過電機(jī)一20108帶動絲杠一20102轉(zhuǎn)動，使面板一20105在導(dǎo)軌一20111上移動。

所述的紙帶系統(tǒng)3由步進(jìn)電機(jī)一支座301、步進(jìn)電機(jī)一302、聯(lián)軸器一303、供紙輥支撐304、供紙輥305、圓柱輥一支撐306、圓柱輥一307、紙帶308、圓柱輥二支撐309、方形框310、圓柱輥三311、圓柱輥三支撐312、收紙輥313、收紙輥支撐314、聯(lián)軸器二315、步進(jìn)電機(jī)二支座316、步進(jìn)電機(jī)二317、圓柱輥二318、廢紙回收盒319和深溝球軸承320組成；所述的步進(jìn)電機(jī)一支座301、供紙輥支撐304、圓柱輥一支撐306、圓柱輥二支撐309、圓柱輥三支撐312、收紙輥支撐314、步進(jìn)電機(jī)二支撐316、廢紙回收盒319均固定在y軸運(yùn)動系統(tǒng)202的面板二20205上，所述的步進(jìn)電機(jī)一302和步進(jìn)電機(jī)二317分別固定在步進(jìn)電機(jī)一支座301和步進(jìn)電機(jī)二支座316上，所述的供紙輥305和收紙輥313分別通過深溝球軸承320固定在供紙輥支撐304和收紙輥支撐314上，所述的步進(jìn)電機(jī)一302通過聯(lián)軸器一303和供紙輥305固定連接，所述的步進(jìn)電機(jī)二317通過聯(lián)軸器二315與收紙輥313固定連接，通過控制步進(jìn)電機(jī)一302和步進(jìn)電機(jī)二317的轉(zhuǎn)動分別帶動供紙輥305和收紙輥313的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)紙帶308的供用，紙帶為耐高溫材料，方形框310通過螺栓連接固定圓柱輥二支撐309和圓柱輥三支撐312上，用于防止部分霧滴向外濺射到外部。

所述的供紙輥支撐304和收紙輥支撐314具有相同的結(jié)構(gòu)，所述的供紙輥支撐304由下支座30401和上v型塊30402組成，所述的下支座30401和上v型塊30402通過內(nèi)六角螺栓連接，用于零件加工完之后或紙帶用完之后供紙輥305和收紙輥313的更換。

所述的廢紙回收盒319由螺釘31901、環(huán)形擋板31902、u型夾31903和收納盒31904組成，所述的螺釘31901將環(huán)形擋板31902固定在u型夾31903上，所述的u型夾31903固定在y軸運(yùn)動系統(tǒng)202的面板二20525上，所述的收納盒31904通過u型夾31903和環(huán)形擋板31902固定，所述的結(jié)構(gòu)可以方便收納盒31904的取出以及安放，即當(dāng)一次加工完成時可以通過調(diào)節(jié)螺釘31901使環(huán)形擋板31902可以移動，通過移動環(huán)形擋板31902使得收納盒31904可以抽出，處理掉其中的廢紙然后在按相反的步驟安裝回去。

所述的激光掃描切割系統(tǒng)4采用lom疊層實體增材制造技術(shù)中的激光掃描切割系統(tǒng)，由co2激光器401、光學(xué)元件402和掃描頭403組成；所述的激光掃描切割系統(tǒng)4通過計算機(jī)的控制用于掃描切割紙帶形成相應(yīng)的形狀。

所述的實體模材料系統(tǒng)5和犧牲模材料系統(tǒng)6具有相同的結(jié)構(gòu)，所述的實體模材料系統(tǒng)5由導(dǎo)管501、熔爐502、三通管503、壓力傳感器504、泄氣閥505、導(dǎo)氣管506和超聲霧化系統(tǒng)507組成，所述的導(dǎo)管501涂有隔熱涂層，用于減少導(dǎo)管501內(nèi)金屬熔液熱量的散失，導(dǎo)管501分別連接熔爐502和超聲霧化系統(tǒng)507，用于將熔爐502中的熔液傳送到超聲霧化系統(tǒng)507的霧化噴頭50701內(nèi)，所述的三通管503用于連接泄氣閥505、導(dǎo)氣管506以及壓力傳感器504上的導(dǎo)管，所述的壓力傳感器504用于實時向控制系統(tǒng)反饋坩堝內(nèi)的壓強(qiáng)，通過計算機(jī)系統(tǒng)控制是否供氣以及供氣量，所述的導(dǎo)氣管506固定在熔爐502的上端蓋50206上，用于向坩堝50202傳輸氣體。

所述的熔爐502由隔熱涂層50201、坩堝50202、實體模熔液50203、加熱器50204、外殼二50205、上端蓋50206和熱電偶50207組成，所述的隔熱涂層50201分別涂覆在外殼二50205和上端蓋50206的外表面用于減少空氣中和坩堝內(nèi)的熱交換，所述的坩堝50202固定在外殼二50205上，用于存放被加熱實體模材料的金屬熔液，為實體模型提供液體，所述的加熱器50204為圓環(huán)形，環(huán)繞在坩堝50202周圍，用于對坩堝50202中的材料進(jìn)行加熱，所述的上端蓋50206通過螺栓固定在外殼二50205上，便于端蓋的拆卸以及下次打印時金屬料材的加入，所述的熱電偶50207位于坩堝50202內(nèi)，用于實時測量坩堝50202內(nèi)溫度并隨時向控制系統(tǒng)傳輸，然后控制系統(tǒng)根據(jù)溫度控制加熱器50204是否工作。

所述的超聲霧化系統(tǒng)507，包括霧化噴頭50701、下端蓋50702、圓環(huán)50703、冷卻管50704、壓電陶瓷堆50705、外殼三50706、壓電陶瓷蓋50707、上端蓋50708、螺栓50709和變幅桿50710組成，所述的超聲霧化系統(tǒng)507的基本原理是利用功率源發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電磁振蕩提供給壓電陶瓷堆50705，壓電陶瓷堆50705借助于壓電晶體的伸縮效應(yīng)將高頻電磁振蕩轉(zhuǎn)化為微弱的機(jī)械振動，變幅桿50710再將機(jī)械振動的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大并傳至霧化噴頭50701，當(dāng)金屬熔體從霧化噴頭50701的下部的圓柱孔流至霧化噴頭表面上時，在超聲振動作用下鋪展成液膜，當(dāng)振動面的振幅達(dá)到一定值時，薄液層在超聲振動的作用下被擊碎，激起的液滴即從振動面上飛出形成微米級霧滴，形成高度集中的霧化金屬熔液束50711，所述的噴射微滴的直徑不受霧化噴頭50701的下部的圓柱孔直徑影響，所述的霧化噴頭50701的下部的圓柱孔用于霧化金屬熔液的供用，霧化噴頭50701通過螺紋連接固定在變幅桿50710上，變幅桿50710通過下端蓋50702固定在外殼三50706上，變幅桿50710、壓電陶瓷堆50705和壓電陶瓷蓋50707通過螺栓50709連接，可以調(diào)節(jié)連接的預(yù)應(yīng)力，所述的圓環(huán)50703與外殼三50706側(cè)壁固定連接；所述的冷卻管50704環(huán)繞在壓電陶瓷堆50705周圍，通過冷卻液的循環(huán)給壓電陶瓷堆50705降溫，保證壓電陶瓷的溫度始終在正常工作范圍；避免了金屬液體的熱傳遞使壓電陶瓷溫度升高超過正常工作范圍；所述的上端蓋50708固定在外殼三50706上。

所述的加熱基板7由隔熱涂層701、鑄銅加熱板702和基板703組成，所述的隔熱涂層701涂覆在鑄銅加熱板702上，并固定在z軸運(yùn)動系統(tǒng)203的面板上，所述的基板703和鑄銅加熱板702之間活動連接，便于打印完零件時取下基板703，所述的鑄銅加熱板702上有熱電偶，用于向控制系統(tǒng)實時反饋鑄銅加熱板702的溫度，使鑄銅加熱板702始終保持在所設(shè)置溫度范圍內(nèi)，所述的鑄銅加熱板702用于給基板703加熱，使得已經(jīng)打印在基板上的實體模和犧牲模保持一定溫度，減小正在打印的新一層遇到打印完層之后溫度的急劇變化，從而減少變形，提高成形精度。

一種超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造方法，包括下列步驟：

(1)、用三維建模軟件建立需要打印的零件模型，保存成stl格式，應(yīng)用切片軟件進(jìn)行切片，將切片完的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置；

(2)、將犧牲模材料和實體模材料去除表面氧化層，放入到各自的熔爐內(nèi)；

(3)、在成形之前首先向成形室內(nèi)通入一段時間的氬氣或氮?dú)鈦沓ネ鈿ひ恢械难鯕?，防止加工過程中的霧化金屬液滴與氧氣接觸之后被氧化，同時鑄銅加熱板702給基板703加熱；

(4)、在成形的過程中，計算機(jī)根據(jù)切片軟件成形層截面輪廓信息，控制激光掃描切割系統(tǒng)4去除相應(yīng)犧牲模8截面輪廓部分的紙材，切割后，通過控制紙模系統(tǒng)3中步進(jìn)電機(jī)一302和步進(jìn)電機(jī)二317的轉(zhuǎn)動分別帶動供紙輥305和收紙輥313的轉(zhuǎn)動，將切割好的紙模運(yùn)動到加熱基板7的上方犧牲模8需要沉積的位置；

(5)、犧牲模材料系統(tǒng)6工作，計算機(jī)根據(jù)需要霧化的犧牲模材料的性質(zhì)及種類，通過控制霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅，霧化噴頭端部距基板的距離，三軸運(yùn)動平臺2的x-y二維運(yùn)動速度，來實現(xiàn)犧牲模材料需要沉積的單層厚度，根據(jù)需要霧化沉積的位置，控制控制三軸運(yùn)動平臺2的x-y二維運(yùn)動，沉積成形完一層；

(6)、犧牲模材料系統(tǒng)6停止工作，x-y二維平臺運(yùn)動到原始位置，此時控制激光掃描切割系統(tǒng)4去除相應(yīng)此層實體模9截面輪廓部分的紙材，切割后，通過控制紙模系統(tǒng)3中步進(jìn)電機(jī)一302和步進(jìn)電機(jī)二317的轉(zhuǎn)動分別帶動供紙輥305和收紙輥313的轉(zhuǎn)動，將切割好的紙模運(yùn)動到熱基板7的上方實體模9需要沉積的位置；

(7)、實體模材料系統(tǒng)5工作，計算機(jī)根據(jù)需要霧化的實體材料的性質(zhì)及種類，通過控制霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅，霧化噴頭端部距基板的距離，三軸運(yùn)動平臺2的x-y二維運(yùn)動速度，來控制實體模材料沉積的單層厚度，使之與犧牲模的單層厚度相同，根據(jù)需要霧化沉積的位置，控制控制三軸運(yùn)動平臺2的x-y二維運(yùn)動，沉積成形完一層，實體模材料系統(tǒng)6停止工作，x-y二維平臺運(yùn)動到原始位置，此時z軸運(yùn)動系統(tǒng)203帶動加熱基板7下降一個層厚的高度，同時激光掃描切割系統(tǒng)4去除下一層相應(yīng)犧牲模截面輪廓部分的紙材，如此層層疊加，直至最后成形出三維實體零件；

(8)、加工完成后取下基板，然后將零件從基板取下；把零件放到具有一定溫度的加熱設(shè)備中，加熱到犧牲模金屬的熔化溫度使?fàn)奚Ｈ刍Ｏ碌木褪撬枰膶嶓w零件模型；

(9)、加工完成后取下基板，然后將零件從基板取下，把零件放到具有一定溫度的加熱設(shè)備中，加熱到犧牲模金屬的熔化溫度使?fàn)奚Ｈ刍Ｏ碌木褪撬枰膶嶓w零件模型。

超聲霧化系統(tǒng)507產(chǎn)生的超聲霧化液滴，其直徑d與超聲頻率f、振幅a、液體的密度ρ及表面張力σ有關(guān)，公式如下：

紙帶下表面和基板的上表面距離大于一個層厚的距離，比一層厚的距離多15μm。

超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置通過超聲霧化噴涂兩種溫度差為50～250℃的金屬材料。

超聲霧化金屬物理氣相沉積增材制造裝置通過控制霧化噴頭的驅(qū)動頻率及振幅、液體的密度、霧化噴頭端部距離、三軸運(yùn)動平臺2的x－y二維運(yùn)動速度，可以實現(xiàn)單層厚為50微米到200微米的層厚變化，可以實現(xiàn)不同精度的三維成形。