CN104399987A - 一种利用3d打印空间结构金属支架的方法 - Google Patents

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陈志华
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Abstract

一种利用3D打印空间结构金属支架的方法，其技术方案为首先将预生产支架的三维结构图输入3D打印设备电脑系统，将生产支架的金属粉预热堆放，然后使用3D打印设备的刮平棍子将表面的粉末均匀铺平，高能电子束在3D打印设备电脑系统的控制下根据支架三维结构图的分层信息进行选择性融化后凝固，这样完成一层的打印生产后进行下一层的融化，最后去除多余的粉末后形成最终需要的空间结构金属支架。本方法使最终的金属支架一体成型，每层融化的金属液体在凝固时晶粒正常生长，使支架能够有细密均匀的组织，具有优秀的力学性能。

Description

一种利用3D打印空间结构金属支架的方法
技术领域：                                                                  
本发明涉及一种3D打印生产方法，尤其是用来打印具有空间结构的金属支架。
背景技术： 
三维打印( Three Dimensional Printing，3 DP) 是美国麻省理工学院( MIT) 在20 世纪90 年代发明的一种快速成型技术，准确地说，应该是增量制造( Additive Manufacturing，AM) 技术。创意提出伊始，就树立了可以制作任何构造( Any-composition)、任何材料( Any-material) 和任何几何形状( Any-geometry) 实物的愿景。3DP 的工作原理类似喷墨打印机，不过喷出的不是墨水，而是粘结剂、液态的蜡、塑料或树脂。按照喷出的材料不同，可以分为粘结剂打印、熔融蜡打印和熔融塑料涂覆( FDM) 。可以把打印头换成激光头，激光烧结( SLS) 、光固化树脂( SLA) 和激光熔融( SLM) 也可以视为三维打印的特例，因此广义的三维打印一词包含了大多数增量叠层制造技术，从宏观上进行系统思考，以便于公众对新技术的理解。三维打印既与从毛坯上去除多余材料的切削加工方法完全不同，也与借助模具锻压、冲压、铸造和注射等强制材料成形的工艺迥然有异，是一种“增量”成形技术。具体成形过程是，根据三维CAD 模型，经过格式转换后，对零件进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓形状。按照这些轮廓形状，用喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔性材料，或用激光束选择性地固化一层层的液态光敏树脂，或烧结一层层的粉末材料，形成每一层截面二维的平面轮廓形状，然后再一层层叠加成三维立体零件。
到目前，增量叠层制造技术已经有了巨大的进步，增量叠层制造不仅仅局限于制作原型，还可以制造出可用的功能产品; 不仅可以制造塑料产品，还可以制造金属产品; 不仅可用于航空航天，也即将进入千家万户; 不仅可制作现代艺术品，也可用来高仿真复制古董; 不仅可以制造身外之物，还可以制造人体植入物，甚至人体器官; 不仅可以制造用品，还可以盖房子、制作蛋糕和牛排; 是一种具有无限可能的多用途技术，其前景极其绚丽，吸引了众多的设计师、工程师、业余爱好者和投资者参与其中，成为可能引发新工业革命的导火线，各国电视媒体和期刊杂志纷纷加以报道。这一高潮的出现除了三维打印的独特潜在优势外，还由于近年取得的成本突破和材料突破以及应用领域的急剧扩大，与此同时孕育着和开始隐现出新的商务、生产模式以及新的生活方式。有些未来学家认为，它的作用将可与计算机和互联网媲美。 
 桁架是一种常见的具有空间结构的金属支架。普通桁架是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构，由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。桁架是单独生产杆材然后进行组装，如果用3D打印进行一体化生产，则能够显著提高连接部位的力学性能。 
发明内容： 
本发明为一种利用3D打印空间结构金属支架的方法，其技术方案为首先将预生产支架的三维结构图输入3D打印设备电脑系统，将生产支架的金属粉预热堆放，然后使用3D打印设备的刮平棍子将表面的粉末均匀铺平，高能电子束在3D打印设备电脑系统的控制下根据支架三维结构图的分层信息进行选择性融化后凝固，这样完成一层的打印生产后进行下一层的融化，最后去除多余的粉末后形成最终需要的空间结构金属支架。
不同于低于熔点的烧结，高能电子束直接将单独一层的金属粉末进行融化，融化后的金属凝固时完全遵循晶粒生长的规律，获得细密组织的性能。 
在高能电子束融化前对金属粉末进行充分预热，使其温度接近熔点。 
 最终支架完成生产后，多余的粉末进行回收可以再次利用，这样本方法生产空间结构金属支架基本是材料零损耗的生产。 
  
有益效果：
3D打印的空间结构金属支架一体成型，杆件两端的连接是晶粒内生而成，具有优良的力学性能。
  
附图说明：
图1为利用3D打印出的空间结构金属支架示意图
具体实施方式：
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下。
将预生产支架的三维结构图输入3D打印设备电脑系统。 
将生产支架的金属粉预热堆放，然后使用3D打印设备的刮平棍子将表面的粉末均匀铺平。 
高能电子束在3D打印设备电脑系统的控制下根据支架三维结构图的分层信息进行选择性融化后凝固。 
完成一层的打印生产后进行下一层的融化，最后去除多余的粉末后形成最终需要的空间结构金属支架。 
申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种利用3D打印空间结构金属支架的方法，其特征在于：首先将预生产支架的三维结构图输入3D打印设备电脑系统，将生产支架的金属粉预热堆放，然后使用3D打印设备的刮平棍子将表面的粉末均匀铺平，高能电子束在3D打印设备电脑系统的控制下根据支架三维结构图的分层信息进行选择性融化后凝固，这样完成一层的打印生产后进行下一层的融化，最后去除多余的粉末后形成最终需要的空间结构金属支架。
2.根据权利1所述的3D打印空间结构金属支架的方法，其特征在于：不同于低于熔点的烧结，高能电子束直接将单独一层的金属粉末进行融化，融化后的金属凝固时完全遵循晶粒生长的规律，获得细密组织的性能。
3.根据权利1所述的3D打印空间结构金属支架的方法，其特征在于：在高能电子束融化前对金属粉末进行充分预热，使其温度接近熔点。
4.根据权利1所述的3D打印空间结构金属支架的方法，其特征在于：最终支架完成生产后，多余的粉末进行回收可以再次利用，这样本方法生产空间结构金属支架基本是材料零损耗的生产。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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