[發(fā)明專利]一種3D打印機系統(tǒng)及利用其的3D打印方法

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• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN113351864A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 楊武保;應華
• 申請（專利權）人: 安世亞太科技股份有限公司;杭州德迪智能科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F12/55;B22F10/30;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 北京智為時代知識產權代理事務所(普通合伙) 11498
• 代理人: 王加嶺;楊靜

本發(fā)明公開了一種3D打印機系統(tǒng)和打印方法，所述系統(tǒng)包括:打印工作倉，所述打印工作倉內部通入保護氣體，并在所述打印工作倉設置加熱恒溫器；打印工作臺，所述打印工作臺通過升降機構被設置于所述打印工作倉內部的底面，所述升降機構能夠上下移動所述打印工作臺；鋪粉器，所述鋪粉器能夠移動地被設置于所述打印工作倉內部的側壁；熱源，所述熱源被設置于所述打印工作倉內部的側壁；進液倉，所述進液倉被機械密封設置于所述打印工作倉外部的側壁；以及出液倉，所述出液倉被機械密封設置于所述打印工作倉外部的側壁；通過所述進液倉進入所述打印工作倉的液相材料始終與打印層位于同一平面。本發(fā)明避免了打印過程中粉塵對打印產品表面及環(huán)境的污染。

技術領域

本發(fā)明涉及3D打印領域，特別涉及一種3D打印機系統(tǒng)及利用所述3D打印機系統(tǒng)進行的3D打印方法。

背景技術

現(xiàn)有技術的金屬3D打印方法由于熱源、熔融金屬、冷卻固化的成型金屬三者之間存在巨大溫差，導致金屬3D打印過程中產生飛濺和粉塵，金屬3D打印產品容易出現(xiàn)應力變形、開裂、組分組織結構不均勻等問題，嚴重制約了金屬3D打印技術的發(fā)展和應用。現(xiàn)有技術中，在利用金屬粉體作為原材料的的3D打印方法的工藝過程中，激光或者電子束作為熱源，熱源將金屬粉體熔化、然后固化成型。在此過程中，首先非常容易形成飛濺，飛濺的產生的原因如下：1、熱源快速加熱一個金屬顆粒，被加熱的金屬顆粒的熱量來不及傳遞給鄰近的金屬顆粒，導致該顆粒被過度加熱、氣化，形成飛濺；2、金屬顆粒之間存在自由空間并充滿工藝氣體，加熱過程中，該空間的氣體被迅速加熱、急劇膨脹，導致周圍的金屬顆粒被帶起飛濺；3、打印過程中必然存在巨大熱應力，以最常用的鋼鐵材料來說，其熔點在1500℃左右，實際打印中，為保證傳熱與流動性等，其加熱溫度甚至可達2000℃以上，與其冷態(tài)常溫固態(tài)存在2000℃的溫差，即使是無相變過程、伸縮溫度系數(shù)為10^-6，也將導致1mm的尺度上出現(xiàn)1微米的裂紋，不僅是剛熔化的金屬粉體和與其接觸的固化打印層之間存在熱應力，在先后不同時間完成的打印層之間，因為散熱接觸界面、散熱空間不同等原因，同樣存在巨大熱應力，因此，整個金屬3D打印產品，各個部分充滿了不同應力強度、應力取向和分布，以及諸多微裂紋，可以說先天就是一個不合格的金屬產品，這樣必然無法與常規(guī)金屬加工產品相提并論；4、金屬3D打印產品不僅存在巨大熱應力導致的問題，也同時因為冷卻速度的問題，不同地方會出現(xiàn)不同的組織結構，還是以鋼鐵材料來說，不同冷卻速度下，會出現(xiàn)珠光體、馬氏體、貝氏體等組織，不同的組織結構內部之間有不同的組織應力等，導致金屬3D打印產品的性能更加惡化；5、打印過程中還會產生對打印產品質量有嚴重影響的微觀組分偏析、夾雜、氣孔等，宏觀的粗糙、精度低、表面氧化等同樣不能忽略。金屬3D打印所有這些問題的核心，可以說是熱環(huán)境的問題，為了解決該問題，在一些現(xiàn)有金屬3D打印機系統(tǒng)中，采用了將整個打印環(huán)境加熱到一定溫度、例如加熱至500℃以上的方法，但是，因為氣相環(huán)境中，工藝氣體的導熱性能、儲熱性能都特別低，仍然無法解決熱源發(fā)出的超高熱量密度所產生的相關問題。由此，在金屬3D打印中，3D打印產品的應力、開裂、變形等問題，打印過程中粉塵對打印產品表面及環(huán)境的污染問題，一直是金屬3D打印領域最難以解決的問題之一。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是避免3D打印過程中粉塵對打印產品表面及環(huán)境的污染，消除背景技術中提到的上述問題。從而，為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種3D打印機系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括:

打印工作倉，所述打印工作倉內部通入保護氣體，并在所述打印工作倉設置加熱恒溫器；

打印工作臺，所述打印工作臺通過升降機構被設置于所述打印工作倉內部的底面，所述升降機構能夠上下移動所述打印工作臺；

鋪粉器，所述鋪粉器能夠移動地被設置于所述打印工作倉內部的側壁，用于鋪設金屬粉體；

熱源，所述熱源被設置于所述打印工作倉內部的側壁；

進液倉，所述進液倉被機械密封設置于所述打印工作倉外部的側壁，用于向所述打印工作倉的底部進液；以及