CN104962863B - 一种原子级真空气态3d打印系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种原子级真空气态3D打印系统，包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块。其结构简单合理，实现原子级气态材料的层叠快速成型，成型品的精度高、表面光滑、致密性好，可用于微光机电、微电子和微生物工程等领域，实现一般纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印设备领域，特别是涉及一种原子级真空气态3D打印系统。
背景技术
3D打印，又称增材制造，其基本原理和过程是：把一个通过设计或扫描等方式做好的3D模型，按照某一坐标轴切成无限多个刨面，然后一层一层打印出来并按照原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型；具体使用的成型方式有很多种，主要包括熔融沉积快速成型、选择性激光烧结、光固化成型、叠层实体制造等技术，这些主要是通过固体熔融、固体烧结、液态固化、固体激光切割等固体或液体的形式进行快速成型的技术，存在成型精度低、表面粗糙度、致密性差等缺点。
另外，现有的3D打印技术只能用于比较宏观物品的快速成型，对于微光机电、微电子和微生物工程等领域，制作一般纳米级或微米级尺寸的细微结构，传统的3D打印技术无法满足这一领域的要求。尤其在近年来，微光机电、微电子、微生物工程领域的快速发展，使得微机械结构的制造成为具有极大研究价值和经济价值的热点，因此研究微结构的3D打印技术具有很重要的价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种原子级真空气态3D打印系统，用于实现方向性好、精度高、表面光滑、致密性良好的微尺度的快速成型。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种原子级真空气态3D打印系统，包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块。
本发明的进一步改进有：
所述方向控制阀置于真空装置和箱体模块的气态原子通道上。
所述的能量源为热源、电子束或者离子源。
所述的材料靶为金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材中的一种或其组合。
本发明在真空条件下，由能量源激发材料靶使得材料变成原子级气态材料，并通过方向控制阀控制气态原子的方向，进行定向打印，实现原子级气态材料的层叠快速成型，成型品的精度高、表面光滑、致密性好，可以用于微光机电、微电子和微生物工程等领域，实现一般纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型。
本发明的优点在于：
1、方向性好，打印精度高、致密性好，属于原子级气态的定向层层叠加，表面粗糙度低且成型品的物理性能良好；
2、可以实现纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型，适用于微光机电、微电子和微生物工程等领域；
3、可打印的材料种类广泛，如金属、陶瓷、合金等多种材料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
附图标记说明：1、真空装置；2、能量源；3、材料靶；4、气态打印头；5、机械运动机构；6、可升降打印台；7、控制模块；8、箱体模块；9、方向控制阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，一种原子级真空气态3D打印系统，包括真空装置1、箱体模块8，所述真空装置1内设有材料靶3和用于激发材料靶3的气态原子的能量源2，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀9，输送到位于所述箱体模块8内的气态打印头4上，该箱体模块8内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台6、机械运动机构5，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构5，使所述可升降打印台6沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头4保持在可升降打印台6的台面上的控制模块7。
优选地，
所述方向控制阀9置于真空装置1和箱体模块8的气态原子通道上。
所述的能量源2为热源、电子束或者离子源。
所述的材料靶3为金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材中的一种或其组合。
本发明在真空条件下，由能量源2激发材料靶3使得材料变成原子级气态材料，再进行定向打印，实现原子级气态材料的层叠快速成型，从而实现纳米或微米等微尺度的快速成型。主要包括真空装置1、能量源2、材料靶3、方向控制阀9、气态打印头4、机械运动机构5、可升降打印台6、控制模块7和箱体模块8等。其中，能量源2和材料靶3放置在真空装置1中，能量源2可以激发材料靶3，产生出靶材材料的气态原子；气态打印头4、机械运动机构5、可升降打印台6均放置在箱体模块8内；可升降打印台6用于承载成型的打印物体，可以沿与可升降打印台6垂直的方向进行升降；机械运动机构5用于控制气态打印头4，实现其在可升降打印台6的平面范围内自由移动；打印时，由真空装置1中的能量源2激发材料靶3，使得材料变成气态原子，并输送至气态打印头4上，并由控制模块7根据建立好的3D打印模型，驱动机械运动机构5，使气态打印头4在可升降打印台6的台面上进行一层打印，之后可升降打印台6下降一层，再进行一层打印，再下降，如此反复，实现原子级堆积打印成型。
以氩离子源作为能量源2，材料靶3选取银靶为例，氩离子源通过轰击银靶，轰击出气态银原子，并通过方向控制阀9控制气态银原子的方向，输送到气态打印头4上，控制模块7根据构建好的3D打印模型，控制机械运动机构5，使气态打印头4在可升降打印台6的台面范围内自由移动并将气态原子打印成型，打印完一层后，可升降打印台6下降一层，再根据需要打印第二层，如此实现层层打印、层叠成型，得到所要的纳米级或微米级的细微结构。
本发明结构简单、合理，构思较为巧妙，提出了对于气态形式的快速成型的技术方案，实现原子级气态材料的层叠快速成型，成型品的精度高、表面光滑、致密性好，可以用于微光机电、微电子和微生物工程等领域，实现一般纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (3)
1.一种原子级真空气态3D打印系统，其特征在于：包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块；
所述方向控制阀置于真空装置和箱体模块的气态原子通道上；
控制模块根据构建好的3D打印模型，控制机械运动机构，使气态打印头在可升降打印台的台面范围内自由移动并将气态原子打印成型，打印完一层后，可升降打印台下降一层，再根据需要打印第二层，如此实现层层打印、层叠成型，得到所要的纳米级或微米级的细微结构。
2.根据权利要求1所述的原子级真空气态3D打印系统，其特征在于：所述的能量源为热源、电子束或者离子源。
3.根据权利要求2所述的原子级真空气态3D打印系统，其特征在于：所述的材料靶为金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材中的一种或其组合。
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