[發明專利]一種3D金屬打印方法

無效

• 申請號: 201410461601.2
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104226997A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 徐榮峰;徐海鋒;盧娣娣
• 申請（專利權）人: 徐海鋒
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于3D金屬打印技術領域，具體涉及一種3D金屬打印方法。

背景技術

目前主流的或廣泛使用的3D金屬打印技術中，通常采用以下幾種技術：

一是激光燒結成型技術。這種技術存在可能局部金屬粉末燒結不完全，從而導致被打印物件表面存在空洞或缺陷的問題，因為這個原因，很難做到較為快速的速度。另外，大功率的激光系統也需要冷卻，這會導致能量利用效率低下。

二是電子束熔融技術，這種3D金屬打印方法存在需要真空環境以防止電子束散射、金屬粉末容易被氣流吹開、潰散甚至污染系統本身等問題，還有，電子束的控制需要用到復雜的電磁場生成及控制設備。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是如何實現金屬粉末真正如墨水一樣實現打印的問題，解決電子束熔融技術里粉末潰散污染系統等系列問題、解決激光燒結技術里存在速度控制中燒結不完全等問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種3D金屬打印方法，所述方法實現的3D金屬系統包括以下模塊：打印頭模塊、金屬粉末旋入模塊(含螺旋形旋柱)、震蕩(或諧振)電路及其控制模塊、固定絕緣物件臺、系統打印控制模塊、打印系統其他支撐部件等。所述打印頭模塊用來在接入震蕩(或諧振)電路后一方面使金屬粉末就近熔化，另一方面在系統打印控制模塊的控制下按預期軌跡運動并將液態金屬輸入到被打印物件表面；所述金屬粉末旋入模塊(含螺旋形旋柱)用來按設定的打印速度控制金屬粉末注入到打印頭里的數量；所述震蕩(或諧振)電路及其控制模塊用來在打印頭模塊接入電路后執行預期的電路震蕩(或諧振)，產生熔化金屬粉末所需要的電能；所述固定絕緣物件臺用來固定被打印物件，并保證系統電路的安全性；所述系統打印控制模塊用來按照被打印物件的模型產生模型數據并依此數據控制打印頭的運動軌跡，實現按預期模型的3D打印；所述打印系統其他支撐部件主要是整個打印系統的其他支撐零部件；

所述一種3D金屬打印方法包括如下步驟：

步驟S1：打印頭內有一嵌套在兩片高熔點金屬塊之間的球形高熔點金屬球珠，金屬塊用來保證金屬球珠可球心相對金屬塊的坐標一定范圍內不變的轉動，球珠與金屬塊之間有縫隙。球珠有一部分球體伸出來，作為打印頭輸出液態金屬的出口。球珠的直徑取決于打印的精度要求；

步驟S2：兩片高熔點金屬塊分別接入電源輸入的正極和負極；這兩個正極和負極接入某個電流或電壓震蕩(或諧振)電路(震蕩(或諧振)電路的正相和反相電流或電壓可采用專業電子器件施加在同一個打印頭內，也可以分別作用在不同的打印頭內構成多頭并行打印頭來執行打印)；

步驟S3：打印頭上方有一螺旋形旋柱，旋柱根據打印速度的要求進行旋轉，它用來將金屬粉末注入金屬球珠與金屬塊之間的縫隙，致使震蕩(或諧振)電路接通(如果是較大尺寸的打印或打印的精度要求不高，可以將上述兩片高熔點金屬塊之間用一個高熔點金屬柱/棍直接相連，這根高熔點金屬柱/棍上帶有一個長度略小的空心圓柱形滾動軸承(軸承中心空心以串在金屬柱/棍上并可圍繞其轉動)。此圓柱形滾動軸承的長度取決于打印的精度要求，此軸承與打印頭出口之間存在一定的表面縫隙以保證液態金屬流出。此時金屬粉末不參與震蕩(或諧振)電路接通的任務，它直接在通電后的圓柱形滾動軸承附近被熔化成液態后，從圓柱形滾動軸承表面流出打印頭噴嘴?；虿捎闷渌谜鹗?或諧振)電能的方式)；

步驟S4：震蕩(或諧振)電路接通(若為圓柱形滾動軸承打印頭則金屬粉末不參與震蕩(或諧振)電路接通)，打印系統開始工作；

步驟S5：震蕩(或諧振)電路及其控制模塊即時調整震蕩(或諧振)參數，使震蕩(或諧振)電路如期工作，將金屬球珠與金屬塊之間縫隙內及其附近的金屬粉末熔化(或圓柱形滾動軸承將其附近的金屬粉末熔化)，變成打印頭噴嘴附近的液態金屬；

步驟S6：系統打印控制模塊根據事先設定的軟件數據控制打印頭運動軌跡，打印頭噴嘴附近的液態金屬從打印頭流出，在被事先固定的被打印物件表面進行打印。

(三)有益效果

與現有技術相比，本發明采用高熔點金屬對更低熔點的金屬粉末進行就近熔化和打印，從效果上保證了能量的利用效率，系統設備簡單、可靠。因其打印方法類似圓珠筆、滾動軸承等常見工具，故其使用方便、可靠。由于是從效果上真正模擬了墨水(即液態金屬)從圓珠筆筆尖流出、或墨水(即液態金屬)從滾動軸承表面掃描式流出，從而實現了一種真正的墨水式的3D金屬打印方法，即實現一種3D金屬打印方法的技術方案。