[發明專利]基于選擇性激光熔化的3D打印系統及方法

在審

• 申請號: 202110443068.7
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113172240A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 祝勇仁;鄭曉峰;申屠勝男;婁岳海;張紅星
• 申請（專利權）人: 浙江機電職業技術學院
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/28;B22F10/31;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 吳斌林

本發明提供一種基于選擇性激光熔化的3D打印系統及方法，其中鋪粉運動模塊對成型缸熔池模塊進行鋪粉；激光掃描模塊對成型缸熔池模塊中的金屬粉末進行激光熔化；氣流保護模塊在進行3D打印時提供惰性保護氣體；在線監控模塊實時監測成型缸熔池模塊中的產品數據和粉床數據以及氣流保護模塊中的氣體壓力、流量等數據，并根據監測的數據控制鋪粉運動模塊、激光掃描模塊和氣流保護模塊的工作。通過在線監控模塊對產品和粉床進行實時監控，并根據監控的結果對下一層的3D打印進行參數的調整，使得在產品3D打印過程中出現異常時能夠被及時發覺并能夠對異常進行及時處理，從而提高了產品SLM3D打印的性能，解決了如何提升SLM 3D打印的質量的問題。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，特別涉及一種基于選擇性激光熔化的3D打印系統及方法。

背景技術

3D打印(3DP)是一種快速成型技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。目前，3D打印技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

依據打印技術的不同，3D打印分為SLA(立體平板印刷)、SLS(有選擇性激光燒結成型)、FDM(熔融沉積式成型)、DLP(數字光處理)、DED(聚合物定向能量沉積)和LOM(薄片分層堆層)，其中，目前被廣泛應用的SLM(Selective lasermelting，選擇性激光熔化)技術是SLS技術的延伸，SLM技術是金屬材料增材制造中的一種主要技術途徑。SLM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。

SLM技術最有代表性的有德國EOS，Realizer，SLM Solutions，美國的OPTOMEC、瑞典的ARCAM、英國的Renishaw PLC等。國內以鉑力特、鑫精合、華曙為代表，華南理工大學、華中科技大學等高校也開展了大量研究。然而目前主流的SLM設備存在以下技術瓶頸：

1.由于光學聚焦系統的限制使得成型幅面較小，無法滿足大型復雜精密構件的制造要求；

2.由于SLM成型過程中的粉末飛濺、粘附和臺階效應等因素，使得表面粗糙度往往難以保證；

3.由于熔池極快的冷卻速率，熱應力導致的變形也不容忽視，加之軟件分層切片誤差與裝備誤差，SLM成型構件的尺寸精度并不理想。

為解決上述技術問題，研發人員嘗試將拓撲優化設計與輕量化技術應用于SLM增材制造中，然而目前的研究方向大多是對材料及相應的工藝參數的改變。雖然理論上將材料與工藝參數相對應能夠取得較好的打印效果，但應用于實際生產后發現打印的金屬產品仍舊存在球化、裂紋、變形、翹曲和脫層等不良。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于選擇性激光熔化的3D打印系統及方法，以至少解決現有SLM 3D打印過程中不能反饋打印情況，不能根據反饋結果優化打印參數設置的問題，有助于減少成型產品內部殘余應力，防止變形與開裂現象發生，提高成型產品的綜合力學性能與表面成型質量，提升成型產品的綜合性能。