[發明專利]一種紫外光選區照射固化金屬的3D成型方法

在審

• 申請號: 202010941629.1
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112170849A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 賀毅強;王晨屹;袁曉楠;王智勇;鄒昶方;蘇前航
• 申請（專利權）人: 江蘇海洋大學
• 主分類號: B22F3/22
• 分類號: B22F3/22;B33Y10/00
• 代理公司: 北京和聯順知識產權代理有限公司 11621
• 代理人: 閆超良

本發明公開一種紫外光選區照射固化金屬的3D成型方法，包括：將金屬粉末與光敏樹脂混合，均勻地涂抹在成型基底上并刮平上表面，用紫外光以一定的截面形狀照射，凝固后在其基礎上均勻涂抹第二層，再進行紫外光照射，以此反復直至零件毛坯成型。將零件毛坯取出，去除并回收多余漿料后進行熱處理，去除內部樹脂并燒結得到最終成品零件。該方法由面到體，能快速地實現一定形狀的金屬零件的直接成型，成型過程穩定、設備要求低，且成本低廉、工作環境要求低。

技術領域

本發明涉及3D打印和金屬熔覆沉積固化成型技術領域，特別涉及一種紫外光選區照射固化金屬的3D成型方法。

背景技術

近年來，隨著制備技術的發展，以3D打印為代表的新型金屬加工技術越來越多的受到人們的重視，在傳統車銑刨磨、鍛壓、鑄造加工技術無法適用的場合，金屬3D打印以其可實現特殊產品低成本、高效率制造的優勢，逐步體現出了其作為通用制造技術的價值。金屬3D打印技術通過“分層制造，逐層疊加”的原理進行復雜結構近凈成型(是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機械構件的成形技術)，其一般通過激光熔化燒結或者噴灑粘結劑的方式，使粉末在預設的剖面形狀中粘結在一起，后續再通過相關熱處理改善性能和機體組織。其中以SLM、SLS以及3DP技術較為常見。

SLM，即選擇性激光熔化，是金屬材料增材制造中的一種主要技術途徑。該技術選用激光作為能量源，按照三維CAD切片模型中規劃好的路徑在金屬粉末床層進行逐層掃描，掃描過的金屬粉末通過熔化、凝固從而達到冶金結合的效果，最終獲得模型所設計的金屬零件。

SLS，即選擇性激光燒結，采用紅外激光器作為能源，使用的造型材料多為粉末材料，主要用于塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。

3DP技術，與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

以SLM、SLS為代表的激光燒結技術普遍采用熱源釋放高能束進行燒結，設備造價高、使用成本高且對環境的要求相對苛刻。而3DP技術作為逐層噴灑粘結劑成型的典型，具有較快的成型速度以及無需支撐結構的特點，但由于粉末粘接的直接成品強度不高，表面質量較低等原因，因此3DP技術的應用并不廣泛。

但由于常見的3D打印工藝本身存在缺點，零件在成型過程中將難以避免地產生支撐結構及橋面，影響零件的表面質量并造成材料浪費，且成型過程對漿料的流動性要求較高。對于大型零件類，FDM工藝由線到面的連續成型方法將使得激光頭連續工作數十或是數百小時，中途需要更換激光頭或是噴頭堵塞易造成零件缺陷，因此對于固化金屬的3D打印方法仍有改進空間。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種適用于大型零件的快速成型、成型零件表面質量更高的紫外光選區照射固化金屬的3D成型方法。

為此，本發明提供了一種紫外光選區照射固化金屬的3D成型方法，包括以下步驟：

S01.將金屬粉末與液態光敏樹脂進行混合，形成漿料，并將漿料均勻的涂抹在成型基底上，其中金屬粉末的粒徑為20～80μm，液態光敏樹脂的體積分數為40～45vol％；

S02.利用刮刀將漿料的上表面刮平；

S03.在計算機上利用三維建模軟件繪制出零件的三維模型，并導入到計算機切片程序中完成切片，利用成像元件接收切片截面形狀信息并在成型基底上方成像一個供紫外光線透過的與切片截面形狀相匹配的可變透光區；

S04.利用紫外光發生器發出波長為395～405nm的紫外光線并照射可變透光區內的漿料，形成固化料層，其中紫外光發生器的光照強度為2000～5000μW/cm²；