CN105500720B - 一种适用于多材料多工艺3d打印方法及所用的打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于多材料多工艺3D打印方法及所用的打印装置，所用的打印装置是由运动床身装置、感应鼓处理装置、固化装置、成型台、清理器、废料仓和供料仓组成，成型台、清理器和供料仓分别设置运动床身装置上，废料仓设置在清理器下端，感应鼓处理装置和固化装置分别设置运动床身装置内；利用感光鼓选择性吸附实体粉末材料，然后在经过处理的成型台上定向滚动，实现选择性铺设粉末，根据工艺信息将不同种类粉末材料固化，然后利用辅助铺粉系统将支撑材料铺设成型台上，下降一粉末层厚度，如此循环，层层叠加可得多材料、多功能三维实体，实现了选择性铺粉，提高效率、节约材料，实现了激光烧结、胶水黏结及热固化多工艺成型。

Description

一种适用于多材料多工艺3D打印方法及所用的打印装置
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种适用于多材料多工艺3D打印方法及所用的打印装置。
背景技术
3D打印是20世纪80年代后期逐渐兴起的一项新型制造技术，3D打印又称快速成型或增材制造技术，是将要打印物体的形貌经计算机建模转换成可控制移动或打印喷头的程序，是由计算机控制3D打印系统进行分层制造、逐层叠加获得目标三维产品。
粉末床3D打印技术的成型方法主要包括选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering，简称SLS)、选择性激光熔融(SelectiveLaser Melting简称SLM)和三维打印(Three-Dimensional Printing，简称3DP)三种技术，其原理是将粉末材料在可以升降的缸内铺设薄薄一层，之后在特定区域选择性的运用激光烧结或者喷射粘结剂，使其固化，之后在铺设下一层粉末，再固化，如此循环层层累积成三维实体。
近年来，3D打印的迅猛发展，粉末床3D打印也得到了快速发展，但多数停留在单材均质零件的成形层面上，而实际上大多数零部件或产品均由多种材料构成，现有粉末床3D打印工艺仅能实现单一材料的打印，无法实现多材料零件以及多材料装配体的打印，且一种打印装置仅能实现一种成型工艺，现有3D打印多数都停留在单材均质加工方面，不能实现多材料、多功能制件3D打印成型技术，缺少多材料零件3D打印装置，打印方法复杂，成型速度慢，不能直接成型。
发明内容
本发明的目的是要解决上述现有粉末床3D打印工艺仅能实现单一材料的打印，无法实现多材料零件以及多材料装配体的打印，一种打印装置仅能实现一种成型工艺，打印方法复杂，成型速度慢等问题，而提供一种适用于多材料多工艺3D打印方法及所用的打印装置。
本发明之一种适用于多材料多工艺3D打印方法所用的打印装置：是由运动床身装置、感应鼓处理装置、加热固化装置、成型台、清理器、废料仓和供料仓组成，成型台、清理器和供料仓分别设置运动床身装置上，废料仓设置在清理器下端，感应鼓处理装置和加热固化装置分别设置运动床身装置内；
运动床身装置上具有刮刀；
感应鼓处理装置包括数个粉盒、数个磁辊、感光鼓和充电辊，磁辊固定设置在粉盒上，充电辊设置在感光鼓上；
固化装置包括激光发生器、3DP打印系统和平板加热器，激光发生器、3DP打印系统和平板加热器依次设置在运动床身装置上。
本发明之一种适用于多材料多工艺3D打印方法如下：
一：建立多材料物体三维模型，并进行切片数据转换处理，生成STL格式文件，将此文件输入3D打印系统中，打印机运用软件分析得到形状信息、材料信息、工艺信息以及机床工作信息；
二：选择粉末，将内含微小磁性颗粒的金属或陶瓷粉末(例如钛合金、钴铬合金、铝合金、不锈钢等金属粉末以及三氧化二铝等陶瓷粉末)、内含微小磁性颗粒石膏粉末、ABS粉末或尼龙粉末等和内含微小磁性颗粒低温高分子粉末(例如聚乙烯蜡、松香等)，其中每种粉末内微小磁性颗粒占粉末体积百分比1％-7％，分别将三种粉末装入指定的粉盒内；
三：充电辊带有电荷，充电辊移动，充电辊与感光鼓对辊，使感光鼓带上负(正)电荷；
四：将形状信息输入控制系统中，激光发生器产生激光束，激光束经过一系列反射镜反射到感光鼓上，激光可消除感光鼓的电荷，感光鼓上经过激光照射的区域失去电荷，感光鼓表面未经照射的部位上就形成了一个带电荷的区域；
五：将材料信息输入控制系统中，其中一个粉盒和磁辊移动至贴紧感光鼓表面的位置，转动磁辊使含有磁性的粉末材料吸附在磁辊表面，粉盒内的粉末材料带有正(负)电荷；
六：当带有负(正)电荷的感光鼓与吸附带有正(负)电荷粉末材料的磁辊对滚时，感光鼓表面有电荷的部位就吸附着磁性金属粉末；
七：感光鼓移动至成型台上，并贴紧成型台滚动，成型台上带有与感光鼓表面极性相同的电荷，成型台上的电荷远大于感光鼓上的电荷，感光鼓表面的粉末材料就被吸引到成型台上；
八：感光鼓移至运动床身装置右侧，清理器将感光鼓的残留粉末清除；
九：根据相应的工艺信息，将成型台上的粉末材料固化，内含微小磁性颗粒的金属或陶瓷粉末材料区域采用激光烧结的方式，内含微小磁性颗粒石膏粉末、ABS粉末或尼龙粉末通过3DP打印系统固化，以及内含微小磁性颗粒低温高分子粉末通过3DP打印系统的平板加热器固化，完成固化后，感光鼓回位，进行下一种粉末的铺设；
十：第一层多材料铺设完成后，刮刀将供料仓内的支撑粉末材料铺设在成型台的空白区域，填充固化后粉末的周围；
十一：将成型台下降一个切片厚度，再进行第二层多粉末材料的铺设，从而层层叠加，打印出所需三维实体。
粉末的粒度为20-40μm，层厚100-120μm；
在成型中，金属或陶瓷粉末SLM成型参数如下：
激光功率为50-200w，扫描速度为100-200mm/s，扫描间距为15-30/μm，激光光斑为50-70μm，扫描方式为双向扫描；
内含微小磁性颗粒石膏粉末、ABS粉末以及3DP成型参数如下：
扫描速度为400-600mm/s，扫描间距为200-400mm，喷头离粉末平面的距离为2-4mm；
内含微小磁性颗粒低温高分子粉末平板加热成型工艺的参数如下：
加热温度为50-120℃，加热时间为20-40min，平板距粉末平面的距离为8-15mm。
本发明的有益效果：
本发明利用所述装置主要铺粉系统中经过充电和激光处理的感光鼓选择性吸附实体粉末材料，然后在经过处理的成型台上定向滚动，实现选择性铺设粉末；根据工艺信息将不同种类粉末材料固化，然后利用辅助铺粉系统将支撑材料铺设成型台上，下降一粉末层厚度，如此循环，层层叠加可得多材料、多功能三维实体，实现了选择性铺粉，提高效率、节约材料，实现了激光烧结、胶水黏结及热固化多工艺成型。
附图说明
图1是本发明之一种适用于多材料多工艺3D打印方法所用打印装置的结构示意图。
图2是本发明之适用于多材料多工艺3D打印装置打印过程中局部示意图。
图3是本发明之适用于多材料多工艺3D打印装置打印过程中局部示意图。
图4是本发明之适用于多材料多工艺3D打印装置的打印过程局部示意图。
图5是本发明之适用于多材料多工艺3D打印装置的打印过程局部示意图。
图6是本发明之适用于多材料多工艺3D打印装置打印过程中局部示意图。
图7是本发明之适用于多材料多工艺3D打印装置打印过程中局部示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明之一种适用于多材料多工艺3D打印方法所用的打印装置：是由运动床身装置1、感应鼓处理装置2、加热固化装置3、成型台4、清理器5、废料仓6和供料仓7组成，成型台4、清理器5和供料仓7分别设置运动床身装置1上，废料仓6设置在清理器5下端，感应鼓处理装置2和加热固化装置分别设置运动床身装置1内；
运动床身装置1上具有刮刀111；
感应鼓处理装置2包括数个粉盒21、数个磁辊22、感光鼓23和充电辊24，磁辊22固定设置在粉盒21上，充电辊24设置在感光鼓23上；
固化装置3包括激光发生器31、3DP打印系统32和平板加热器33，激光发生器31、3DP打印系统32和平板加热器33依次设置在运动床身装置1上。
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明之一种适用于多材料多工艺3D打印方法如下：
一：建立多材料物体三维模型，并进行切片数据转换处理，生成STL格式文件，将此文件输入3D打印系统中，打印机运用软件分析得到形状信息、材料信息、工艺信息以及机床工作信息；
二：选择粉末，将内含微小磁性颗粒的三氧化二铝等陶瓷粉末、内含微小磁性颗粒石膏粉末和内含微小磁性颗粒低温高分子聚乙烯蜡，其中每种粉末内微小磁性颗粒占粉末体积百分比5％，分别将三种粉末装入指定的粉盒21内；
三：充电辊24带有电荷，充电辊24移动，充电辊24与感光鼓23对辊，使感光鼓23带上负电荷；
四：将形状信息输入控制系统中，激光发生器31产生激光束，激光束经过一系列反射镜反射到感光鼓23上，激光可消除感光鼓23的电荷，感光鼓23上经过激光照射的区域失去电荷，感光鼓23表面未经照射的部位上就形成了一个带电荷的区域；
五：将材料信息输入控制系统中，其中一个粉盒21和磁辊22移动至贴紧感光鼓23表面的位置，转动磁辊22使含有磁性的粉末材料吸附在磁辊22表面，粉盒21内的粉末材料带有正电荷；
六：当带有负电荷的感光鼓23与吸附带有正电荷粉末材料的磁辊22对滚时，感光鼓23表面有电荷的部位就吸附着磁性金属粉末；
七：感光鼓23移动至成型台4上，并贴紧成型台4滚动，成型台4上带有与感光鼓23表面极性相同的电荷，成型台4上的电荷远大于感光鼓23上的电荷，感光鼓23表面的粉末材料就被吸引到成型台4上；
八：感光鼓23移至运动床身装置1右侧，清理器5将感光鼓23的残留粉末清除；
九：根据相应的工艺信息，将成型台4上的粉末材料固化，内含微小磁性颗粒的三氧化二铝等陶瓷粉末材料区域采用激光烧结的方式，内含微小磁性颗粒石膏粉末通过3DP打印系统32固化，以及内含微小磁性颗粒低温高分子聚乙烯蜡通过3DP打印系统32的平板加热器33固化，完成固化后，感光鼓23回位，进行下一种粉末的铺设；
十：第一层多材料铺设完成后，刮刀111将供料仓7内的支撑粉末材料铺设在成型台4的空白区域，填充固化后粉末的周围；
十一：将成型台4下降一个切片厚度，再进行第二层多粉末材料的铺设，从而层层叠加，打印出所需三维实体；
粉末的粒度为35μm，层厚110μm；
在成型中，金属或陶瓷粉末SLM成型参数如下：
激光功率为100w，扫描速度为160mm/s，扫描间距为20/μm，激光光斑为60μm，扫描方式为双向扫描；
内含微小磁性颗粒石膏粉末、ABS粉末以及3DP成型参数如下：
扫描速度为450mm/s，扫描间距为350mm，喷头离粉末平面的距离为2.5mm；
内含微小磁性颗粒低温高分子粉末平板加热成型工艺的参数如下：加热温度为80℃，加热时间为30min，平板距粉末平面的距离为10mm。

Claims (1)

1.一种适用于多材料多工艺3D打印方法，该打印方法的步骤如下：
一：建立多材料物体三维模型，并进行切片数据转换处理，生成STL格式文件，将此文件输入3D打印系统中，打印机运用软件分析得到形状信息、材料信息、工艺信息以及机床工作信息；
二：选择粉末，将内含微小磁性颗粒的金属或陶瓷粉末、内含微小磁性颗粒石膏粉末和内含微小磁性颗粒低温高分子粉末，其中每种粉末内微小磁性颗粒占粉末体积百分比1％-7％，分别将三种粉末装入指定的粉盒(21)内；
三：充电辊(24)带有电荷，充电辊(24)移动，充电辊(24)与感光鼓(23)对辊，使感光鼓(23)带上负(正)电荷；
四：将形状信息输入控制系统中，激光发生器(31)产生激光束，激光束经过一系列反射镜反射到感光鼓(23)上，激光可消除感光鼓(23)的电荷，感光鼓(23)上经过激光照射的区域失去电荷，感光鼓(23)表面未经照射的部位上就形成了一个带电荷的区域；
五：将材料信息输入控制系统中，其中一个粉盒(21)和磁辊(22)移动至贴紧感光鼓(23)表面的位置，转动磁辊(22)使含有磁性的粉末材料吸附在磁辊(22)表面，粉盒(21)内的粉末材料带有正(负)电荷；
六：当带有负(正)电荷的感光鼓(23)与吸附带有正(负)电荷粉末材料的磁辊(22)对滚时，感光鼓(23)表面有电荷的部位就吸附着磁性金属粉末；
七：感光鼓(23)移动至成型台(4)上，并贴紧成型台(4)滚动，成型台(4)上带有与感光鼓(23)表面极性相同的电荷，成型台(4)上的电荷远大于感光鼓(23)上的电荷，感光鼓(23)表面的粉末材料就被吸引到成型台(4)上；
八：感光鼓(23)移至运动床身装置(1)右侧，清理器(5)将感光鼓(23)的残留粉末清除；
九：根据相应的工艺信息，将成型台(4)上的粉末材料固化，内含微小磁性颗粒的金属或陶瓷粉末材料区域采用激光烧结的方式，内含微小磁性颗粒石膏粉末、ABS粉末或尼龙粉末通过3DP打印系统(32)固化，以及内含微小磁性颗粒低温高分子粉末通过3DP打印系统(32)的平板加热器(33)固化，完成固化后，感光鼓(23)回位，进行下一种粉末的铺设；
十：第一层多材料铺设完成后，刮刀(111)将供料仓(7)内的支撑粉末材料铺设在成型台(4)的空白区域，填充固化后粉末的周围；
十一：将成型台(4)下降一个切片厚度，再进行第二层多粉末材料的铺设，从而层层叠加，打印出所需三维实体；
粉末的粒度为20-40μm，层厚100-120μm；
在成型中，金属或陶瓷粉末SLM成型参数如下：
激光功率为50-200w，扫描速度为100-200mm/s，扫描间距为15-30/μm，激光光斑为50-70μm，扫描方式为双向扫描；
内含微小磁性颗粒石膏粉末、ABS粉末以及3DP成型参数如下：
扫描速度为400-600mm/s，扫描间距为200-400mm，喷头离粉末平面的距离为2-4mm；
内含微小磁性颗粒低温高分子粉末平板加热成型工艺的参数如下：
加热温度为50-120℃，加热时间为20-40min，平板距粉末平面的距离为8-15mm。
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