CN104226997A - 一种3d金属打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实现一种3D金属打印系统的实现方法，属于3D金属打印技术领域，其采用类似圆珠笔流出墨水、滚动轴承在表面滚动流下墨水印迹的打印方法，结合电流或电压震荡(或谐振)电路，实现了金属粉末的快速熔化和精细化打印，由于其打印头本身就是高温部件，能像烙铁一样在打印物件表面依旧保持持续的高温，从而不存在金属熔化不完全的问题，因为传热的距离，它又天然地不会把原来已经打印好的物件表面熔化，从而真正在打印物件表面实现刷漆一样的、类似烙铁焊接一样的3D打印。因此，本方法不存在熔化的液态金属一出打印头就冷却成水滴状固体的问题，也没有激光烧结成型过程中打印物件局部烧结不完全导致粉末化的空洞问题。

Description

一种3D金属打印方法
技术领域
本发明属于3D金属打印技术领域，具体涉及一种3D金属打印方法。
背景技术
目前主流的或广泛使用的3D金属打印技术中，通常采用以下几种技术：
一是激光烧结成型技术。这种技术存在可能局部金属粉末烧结不完全，从而导致被打印物件表面存在空洞或缺陷的问题，因为这个原因，很难做到较为快速的速度。另外，大功率的激光系统也需要冷却，这会导致能量利用效率低下。
二是电子束熔融技术，这种3D金属打印方法存在需要真空环境以防止电子束散射、金属粉末容易被气流吹开、溃散甚至污染系统本身等问题，还有，电子束的控制需要用到复杂的电磁场生成及控制设备。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实现金属粉末真正如墨水一样实现打印的问题，解决电子束熔融技术里粉末溃散污染系统等系列问题、解决激光烧结技术里存在速度控制中烧结不完全等问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D金属打印方法，所述方法实现的3D金属系统包括以下模块：打印头模块、金属粉末旋入模块(含螺旋形旋柱)、震荡(或谐振)电路及其控制模块、固定绝缘物件台、系统打印控制模块、打印系统其他支撑部件等。所述打印头模块用来在接入震荡(或谐振)电路后一方面使金属粉末就近熔化，另一方面在系统打印控制模块的控制下按预期轨迹运动并将液态金属输入到被打印物件表面；所述金属粉末旋入模块(含螺旋形旋柱)用来按设定的打印速度控制金属粉末注入到打印头里的数量；所述震荡(或谐振)电路及其控制模块用来在打印头模块接入电路后执行预期的电路震荡(或谐振)，产生熔化金属粉末所需要的电能；所述固定绝缘物件台用来固定被打印物件，并保证系统电路的安全性；所述系统打印控制模块用来按照被打印物件的模型产生模型数据并依此数据控制打印头的运动轨迹，实现按预期模型的3D打印；所述打印系统其他支撑部件主要是整个打印系统的其他支撑零部件；
所述一种3D金属打印方法包括如下步骤：
步骤S1：打印头内有一嵌套在两片高熔点金属块之间的球形高熔点金属球珠，金属块用来保证金属球珠可球心相对金属块的坐标一定范围内不变的转动，球珠与金属块之间有缝隙。球珠有一部分球体伸出来，作为打印头输出液态金属的出口。球珠的直径取决于打印的精度要求；
步骤S2：两片高熔点金属块分别接入电源输入的正极和负极；这两个正极和负极接入某个电流或电压震荡(或谐振)电路(震荡(或谐振)电路的正相和反相电流或电压可采用专业电子器件施加在同一个打印头内，也可以分别作用在不同的打印头内构成多头并行打印头来执行打印)；
步骤S3：打印头上方有一螺旋形旋柱，旋柱根据打印速度的要求进行旋转，它用来将金属粉末注入金属球珠与金属块之间的缝隙，致使震荡(或谐振)电路接通(如果是较大尺寸的打印或打印的精度要求不高，可以将上述两片高熔点金属块之间用一个高熔点金属柱\棍直接相连，这根高熔点金属柱\棍上带有一个长度略小的空心圆柱形滚动轴承(轴承中心空心以串在金属柱\棍上并可围绕其转动)。此圆柱形滚动轴承的长度取决于打印的精度要求，此轴承与打印头出口之间存在一定的表面缝隙以保证液态金属流出。此时金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通的任务，它直接在通电后的圆柱形滚动轴承附近被熔化成液态后，从圆柱形滚动轴承表面流出打印头喷嘴。或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式)；
步骤S4：震荡(或谐振)电路接通(若为圆柱形滚动轴承打印头则金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通)，打印系统开始工作；
步骤S5：震荡(或谐振)电路及其控制模块即时调整震荡(或谐振)参数，使震荡(或谐振)电路如期工作，将金属球珠与金属块之间缝隙内及其附近的金属粉末熔化(或圆柱形滚动轴承将其附近的金属粉末熔化)，变成打印头喷嘴附近的液态金属；
步骤S6：系统打印控制模块根据事先设定的软件数据控制打印头运动轨迹，打印头喷嘴附近的液态金属从打印头流出，在被事先固定的被打印物件表面进行打印。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明采用高熔点金属对更低熔点的金属粉末进行就近熔化和打印，从效果上保证了能量的利用效率，系统设备简单、可靠。因其打印方法类似圆珠笔、滚动轴承等常见工具，故其使用方便、可靠。由于是从效果上真正模拟了墨水(即液态金属)从圆珠笔笔尖流出、或墨水(即液态金属)从滚动轴承表面扫描式流出，从而实现了一种真正的墨水式的3D金属打印方法，即实现一种3D金属打印方法的技术方案。
附图说明
图1为一种3D金属打印方法的打印头设计示意图。
图2为一种3D金属打印方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为了解决如何实现金属粉末真正如墨水一样实现打印的问题，以及现有的激光烧结成型可能不完全、电子束熔融技术中金属粉末易溃散及设备复杂等问题。如图1及图2所示，本发明提供一种3D金属打印方法，所述方法基于类似圆珠笔流出墨水、滚动轴承在表面滚动流下墨水印迹的打印方法(或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式)，结合电流或电压震荡(或谐振)电路，实现了金属粉末的快速熔化和精细化打印，但没有激光烧结成型可能不完全、电子束熔融技术中金属粉末易溃散及设备复杂等问题；
所述一种3D金属打印方法包括如下步骤：
步骤S1：打印头内有一嵌套在两片高熔点金属块之间的球形高熔点金属球珠，金属块用来保证金属球珠可球心相对金属块的坐标一定范围内不变的转动，球珠与金属块之间有缝隙。球珠有一部分球体伸出来，作为打印头输出液态金属的出口。球珠的直径取决于打印的精度要求；
步骤S2：两片高熔点金属块分别接入电源输入的正极和负极；这两个正极和负极接入某个电流或电压震荡(或谐振)电路(震荡(或谐振)电路的正相和反相电流或电压可采用专业电子器件施加在同一个打印头内，也可以分别作用在不同的打印头内构成多头并行打印头来执行打印)；
步骤S3：打印头上方有一螺旋形旋柱，旋柱根据打印速度的要求进行旋转，它用来将金属粉末注入金属球珠与金属块之间的缝隙，致使震荡(或谐振)电路接通(如果是较大尺寸的打印或打印的精度要求不高，可以将上述两片高熔点金属块之间用一个高熔点金属柱\棍直接相连，这根高熔点金属柱\棍上带有一个长度略小的空心圆柱形滚动轴承(轴承中心空心以串在金属柱\棍上并可围绕其转动)。此圆柱形滚动轴承的长度取决于打印的精度要求，此轴承与打印头出口之间存在一定的表面缝隙以保证液态金属流出。此时金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通的任务，它直接在通电后的圆柱形滚动轴承附近被熔化成液态后，从圆柱形滚动轴承表面流出打印头喷嘴。或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式)；
步骤S4：震荡(或谐振)电路接通(若为圆柱形滚动轴承打印头则金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通)，打印系统开始工作；
步骤S5：震荡(或谐振)电路及其控制模块即时调整震荡(或谐振)参数，使震荡(或谐振)电路如期工作，将金属球珠与金属块之间缝隙内及其附近的金属粉末熔化(或圆柱形滚动轴承将其附近的金属粉末熔化)，变成打印头喷嘴附近的液态金属；
步骤S6：系统打印控制模块根据事先设定的软件数据控制打印头运动轨迹，打印头喷嘴附近的液态金属从打印头流出，在被事先固定的被打印物件表面进行打印。
其中，所述步骤S1中，所述步骤S1中，打印头内有一嵌套在两片高熔点金属块之间的球形高熔点金属球珠，金属块用来保证金属球珠可球心相对金属块的坐标一定范围内不变的转动，球珠与金属块之间有缝隙。球珠有一部分球体伸出来，作为打印头输出液态金属的出口。球珠的直径取决于打印的精度要求。
其中，所述步骤S2中，所述两片高熔点金属块分别接入电源输入的正极和负极；这两个正极和负极接入某个电流或电压震荡(或谐振)电路(震荡(或谐振)电路的正相和反相电流或电压可采用专业电子器件施加在同一个打印头内，也可以分别作用在不同的打印头内构成多头并行打印头来执行打印)。
其中，所述步骤S3中，所述打印头上方有一螺旋形旋柱，旋柱根据打印速度的要求进行旋转，它用来将金属粉末注入金属球珠与金属块之间的缝隙，致使震荡(或谐振)电路接通(如果是较大尺寸的打印或打印的精度要求不高，可以将上述两片高熔点金属块之间用一个高熔点金属柱\棍直接相连，这根高熔点金属柱\棍上带有一个长度略小的空心圆柱形滚动轴承(轴承中心空心以串在金属柱\棍上并可围绕其转动)。此圆柱形滚动轴承的长度取决于打印的精度要求，此轴承与打印头出口之间存在一定的表面缝隙以保证液态金属流出。此时金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通的任务，它直接在通电后的圆柱形滚动轴承附近被熔化成液态后，从圆柱形滚动轴承表面流出打印头喷嘴。或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式)。
其中，所述步骤S4中，所述震荡(或谐振)电路接通(若为圆柱形滚动轴承打印头则金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通)，打印系统开始工作。
其中，所述步骤S5中，所述震荡(或谐振)电路及其控制模块即时调整震荡(或谐振)参数，使震荡(或谐振)电路如期工作，将金属球珠与金属块之间缝隙内及其附近的金属粉末熔化(或圆柱形滚动轴承将其附近的金属粉末熔化)，变成打印头喷嘴附近的液态金属。
其中，所述步骤S6中，所述系统打印控制模块根据事先设定的软件数据控制打印头运动轨迹，打印头喷嘴附近的液态金属从打印头流出，在被事先固定的被打印物件表面进行打印。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种3D金属打印方法，其特征在于，所述方法基于震荡(或谐振)电路及其控制模块即时调整震荡(或谐振)参数，使震荡(或谐振)电路如期工作，将金属球珠与金属块之间缝隙内及其附近的金属粉末熔化，或将空心圆柱形滚动轴承表面及其附近的金属粉末熔化成液态金属，或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式，液态金属从打印喷嘴流出，打印控制系统控制打印喷嘴的运动轨迹，在物件表面执行打印；
所述一种3D金属打印方法包括如下步骤：
步骤S1：打印头内有一嵌套在两片高熔点金属块之间的球形高熔点金属球珠，金属块用来保证金属球珠可球心相对金属块的坐标一定范围内不变的转动，球珠与金属块之间有缝隙。球珠有一部分球体伸出来，作为打印头输出液态金属的出口。球珠的直径取决于打印的精度要求；
步骤S2：两片高熔点金属块分别接入电源输入的正极和负极；这两个正极和负极接入某个电流或电压震荡(或谐振)电路(震荡(或谐振)电路的正相和反相电流或电压可采用专业电子器件施加在同一个打印头内，也可以分别作用在不同的打印头内构成多头并行打印头来执行打印)；
步骤S3：打印头上方有一螺旋形旋柱，旋柱根据打印速度的要求进行旋转，它用来将金属粉末注入金属球珠与金属块之间的缝隙，致使震荡(或谐振)电路接通(如果是较大尺寸的打印或打印的精度要求不高，可以将上述两片高熔点金属块之间用一个高熔点金属柱\棍直接相连，这根高熔点金属柱\棍上带有一个长度略小的空心圆柱形滚动轴承(轴承中心空心以串在金属柱\棍上并可围绕其转动)。此圆柱形滚动轴承的长度取决于打印的精度要求，此轴承与打印头出口之间存在一定的表面缝隙以保证液态金属流出。此时金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通的任务，它直接在通电后的圆柱形滚动轴承附近被熔化成液态后，从圆柱形滚动轴承表面流出打印头喷嘴。或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式)；
步骤S4：震荡(或谐振)电路接通(若为圆柱形滚动轴承打印头则金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通)，打印系统开始工作；
步骤S5：震荡(或谐振)电路及其控制模块即时调整震荡(或谐振)参数，使电路如期工作，将金属球珠与金属块之间缝隙内及其附近的金属粉末熔化(或圆柱形滚动轴承将其附近的金属粉末熔化)，变成打印头喷嘴附近的液态金属；
步骤S6：系统打印控制模块根据事先设定的软件数据控制打印头运动轨迹，打印头喷嘴附近的液态金属从打印头流出，在被事先固定的被打印物件表面进行打印。
2.如权利要求1所述的一种3D金属打印方法，其特征在于，所述步骤S1中，打印头内有一嵌套在两片高熔点金属块之间的球形高熔点金属球珠，金属块用来保证金属球珠可球心相对金属块的坐标一定范围内不变的转动，球珠与金属块之间有缝隙。球珠有一部分球体伸出来，作为打印头输出液态金属的出口。球珠的直径取决于打印的精度要求。
3.如权利要求1所述的一种3D金属打印方法，其特征在于，所述步骤S2中，两片高熔点金属块分别接入电源输入的正极和负极；这两个正极和负极接入某个电流或电压震荡(或谐振)电路(震荡(或谐振)电路的正相和反相电流或电压可采用专业电子器件施加在同一个打印头内，也可以分别作用在不同的打印头内构成多头并行打印头来执行打印)。
4.如权利要求1所述的一种3D金属打印方法，其特征在于，所述步骤S3中，打印头上方有一螺旋形旋柱，旋柱根据打印速度的要求进行旋转，它用来将金属粉末注入金属球珠与金属块之间的缝隙，致使震荡(或谐振)电路接通(如果是较大尺寸的打印或打印的精度要求不高，可以将上述两片高熔点金属块之间用一个高熔点金属柱\棍直接相连，这根高熔点金属柱\棍上带有一个长度略小的空心圆柱形滚动轴承(轴承中心空心以串在金属柱\棍上并可围绕其转动)。此圆柱形滚动轴承的长度取决于打印的精度要求，此轴承与打印头出口之间存在一定的表面缝隙以保证液态金属流出。此时金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通的任务，它直接在通电后的圆柱形滚动轴承附近被熔化成液态后，从圆柱形滚动轴承表面流出打印头喷嘴。或采用其他利用震荡(或谐振)电能的方式)。
5.如权利要求1所述的一种3D金属打印方法，其特征在于，所述步骤S4中，震荡(或谐振)电路接通(若为圆柱形滚动轴承打印头则金属粉末不参与震荡(或谐振)电路接通)，打印系统开始工作。
6.如权利要求1所述的一种3D金属打印方法，其特征在于，所述步骤S5中，震荡(或谐振)电路及其控制模块即时调整震荡(或谐振)参数，使震荡(或谐振)电路如期工作，将金属球珠与金属块之间缝隙内及其附近的金属粉末熔化(或圆柱形滚动轴承将其附近的金属粉末熔化)，变成打印头喷嘴附近的液态金属。
7.如权利要求1所述的一种3D金属打印方法，其特征在于，所述步骤S6中，系统打印控制模块根据事先设定的软件数据控制打印头运动轨迹，打印头喷嘴附近的液态金属从打印头流出，在被事先固定的被打印物件表面进行打印。
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Inventor before: Xu Rongfeng

Inventor before: Xu Haifeng

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