[發明專利]一種3D打印方法與雙束3D打印設備

有效

• 申請號: 201910141321.6
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109849326B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 梁家昌;鄭震;李濤;彭志學
• 申請（專利權）人: 上海梁為科技發展有限公司
• 主分類號: B29C64/10
• 分類號: B29C64/10;B29C64/273;B33Y10/00;B33Y30/00;B22F3/105
• 代理公司: 常州智慧騰達專利代理事務所(普通合伙) 32328
• 代理人: 曹軍

本發明涉及3D打印領域，具體涉及一種3D打印方法與雙束3D打印設備。本發明的3D打印方法包括以下步驟：將打印材料輸送至打印束噴嘴；驅動打印束噴嘴移動并噴出打印材料在基底上形成打印層；重復上述操作在打印層上形成多層上下層疊的打印層；對基底與打印層以及打印層與打印層之間的界面采用強脈沖能量束/粒子束進行輻照在界面處形成連續漸變過渡層，即得。本發明3D打印方法，采用強脈沖能量束/粒子束對界面進行冷加工，使界面處原子瞬間相互擴散、熔融并固化形成連續漸變過渡層，消除了界面上熱學和力學性質的突變，以及熱加工產生的熱應力與打印點、線、面上的晶格缺陷，大幅提高3D打印增材產品的耐用壽命及耐高溫、耐高壓能力。

技術領域

本發明涉及3D打印領域，具體涉及一種3D打印方法與雙束3D打印設備。

背景技術

3D打印先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來計算的，一般的厚度為幾微米到上百微米。

3D打印技術一般采用高功率連續激光器或電子束使打印材料熔融和固化，但這些“熱加工”方法會導致打印點、線、面上的熱應力集中與晶格破壞。3D打印制造或再制造具有涂層的工件如飛機發動機渦輪葉片時，要在高溫合金(鎳基合金、鈦合金等)基底上打印高溫涂層(氧化鋁、氧化鋯等)，基底與涂層的界面上、涂層與其它涂層的界面上，其熱學(熱膨脹系數)和力學(楊氏模量)的差異還會導致在高溫高壓下基底與涂層、涂層與其它涂層之間容易開裂。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印方法，可使材料界面附近的原子瞬間(幾十飛秒到幾百納秒)互相擴散、熔融并固化形成連續漸變過渡層。采用這種冷加工方法，可以消除界面上熱學(熱膨脹系數)和力學(楊氏模量)性質的突變，以及傳統3D打印熱加工方法產生的熱應力與打印點、線、面上的晶格缺陷，大幅提高3D打印增材產品的耐用壽命及耐高溫、耐高壓能力。

本發明的第二個目的在于提供一種用于上述3D打印方法的雙束3D打印設備。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種3D打印方法，包括以下步驟：

1)將打印材料輸送至打印束噴嘴；

2)驅動所述打印束噴嘴按照預設軌跡移動并噴出所述打印材料在基底上形成打印層；

3)重復步驟2)中的操作在步驟2)中的打印層上形成多層上下層疊的打印層；對基底與打印層之間的界面以及打印層與打印層之間的界面采用強脈沖能量束/粒子束進行輻照在所述界面處形成連續漸變過渡層。

所述輻照的單脈沖能量密度d由下式得到：d＝P/(f×S)，式中d為單脈沖能量密度，單位J/mm²；P為功率，單位W或J/sec；f為頻率，單位為脈沖數/sec；S為能量束/粒子束聚焦面積，單位mm²。所述單脈沖能量密度d為強脈沖能量束/粒子束的單脈沖能量密度。

所述輻照的強脈沖能量束/粒子束總能量密度D由下式得到：D＝d×f×t，式中，D為脈沖能量束/粒子束總能量密度，單位J/mm²；d為單脈沖能量密度，單位J/mm²；f為頻率，單位為脈沖數/sec；t為輻照時間，單位為sec。

步驟3)中強脈沖能量束為同步輻射、飛秒強脈沖激光束、皮秒強脈沖激光束、納秒強脈沖激光束中的任意一種；步驟3)中強脈沖粒子束為強脈沖電子束、強脈沖離子束中的任意一種。

步驟3)中的輻照為邊打印邊對界面進行輻照或者形成一層或多層打印層之后再對界面進行輻照。