CN106216665A - 光固化金属三维打印装置及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光固化金属三维打印装置及其打印方法，光固化金属三维打印装置包括控制装置、第一平台、刮板、第二平台和光发射装置，第一平台可沿竖直方向移动，第一平台用于承载成像材料，成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，刮板可沿水平方向移动，第二平台可沿竖直方向移动，刮板可将成像材料从第一平台输送至第二平台上，光发射装置位于第二平台的上方，光发射装置朝向第二平台照射。以及包括该光固化金属三维打印装置的打印方法。由于利用DLP光固化进行初步成型，其打印成型效率高，且相比于现有昂贵的SLM金属三维打印机，本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简单，易于维护。

Description

光固化金属三维打印装置及其打印方法

技术领域

本发明涉及三维打印领域，尤其涉及一种光固化金属三维打印装置及其打印方法。

背景技术

目前，现有的三维打印机种类繁多，具体按照成型方式FDM 、DLP、SLA、SLS、SLM、3DP等3D成型的方法。其中，DLP三维打印是利用数字光处理技术使用一个投影仪逐层固化液态光敏树脂，其能够打印出来具有非常精细分辨率的物体。

现有的DLP光固化3D打印机包括光发射装置、打印平台与树脂槽，打印平台位于树脂槽内，光发射装置朝向打印平台照射，继而在打印平台上逐层形成需要打印的物体。

然而，由于打印平台在树脂槽内上下移动，一方面，由于液体光敏树脂与打印平台的接触，导致打印平台向上的作用力很大，容易导致打印机液态树脂槽底部材料损坏。另一方面，由于平台的移动将会存在误差，导致打印物体位置以及打印精度存在一定的误差。同时由于一般成像光用于对树脂等液态光固化材料进行照射固化，其能量较小，故无法对金属材料打印成型，使用方面存在局限性。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种打印成型效率高和打印成本较低的光固化金属三维打印装置。

本发明的第二目的是提供一种打印成型效率高和打印成本较低的光固化金属三维打印装置。

本发明的第三目的是提供一种打印成型效率高和打印成本较低的光固化金属三维打印装置的打印方法。

本发明的第四目的是提供一种打印成型效率高和打印成本较低的光固化金属三维打印装置的打印方法。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种光固化金属三维打印装置，其中，包括控制装置、第一平台、刮板、第二平台和光发射装置，第一平台接收控制装置输出的第一控制信号，第一平台可沿竖直方向移动，第一平台用于承载成像材料，成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，刮板接收控制装置输出的第二控制信号，刮板可沿水平方向移动，第二平台接收控制装置输出的第三控制信号，第二平台可沿竖直方向移动，刮板可将成像材料从第一平台输送至第二平台上，光发射装置接收控制装置输出的第四控制信号，光发射装置位于第二平台的上方，光发射装置朝向第二平台照射。

由上述方案可见，通过在第一平台上承载成像材料，第二平台用于成像，继而利用刮板逐层地向第二平台输送成像材料，并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材料固化，由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进行位置三维固化，继而可实现金属三维的初步成型，后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并实现金属粉末之间的融合连接，最终完成金属模型的三维打印，由于利用的是DLP光固化进行初步成型，其打印成型效率高，且相比于昂贵的SLM金属三维打印机，SLM金属三维打印机不仅价格高、后期维护成本大、消耗成本高，本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简单，易于维护。

更进一步的方案是，金属粉末的质量在成像材料的质量中的占比大于等于60%。

由上可见，金属粉末占60%，可使得成像材料呈粘稠状材料，使得成像材料更为具有附着力，也提高金属打印的成像品质。

更进一步的方案是，光固化金属三维打印装置还包括第一容纳腔和第二容纳腔，第一容纳腔和第二容纳腔在上方均设置有开口，第一平台位于第一容纳腔中，第二平台位于第二容纳腔中。

由上可见，通过容纳腔对打印平台的承载，有利于维护打印环境，才，成像材料存放在容纳腔或落在容纳腔均可。

更进一步的方案是，成像材料呈粘稠状液体。

由上可见，粘稠状液体的成像材料能够更好地粘附在模型上，也能够减少金属粉末的飞扬。

更进一步的方案是，第一平台的数量为多个，多个第一平台设置在第二平台的外周。

由上可见，通过多个第一平台的设置，使得本案的光固化金属三维打印装置能够对多种不同金属材料成像。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种光固化金属三维打印装置，其中，包括控制装置、第一平台、刮板、第二平台、喷嘴和光发射装置，第一平台接收控制装置输出的第一控制信号，第一平台可沿竖直方向移动，第一平台用于承载金属粉末，刮板接收控制装置输出的第二控制信号，刮板可沿水平方向移动，第二平台接收控制装置输出的第三控制信号，第二平台可沿竖直方向移动，刮板可将金属粉末从第一平台输送至第二平台，喷嘴接收控制装置输出的第四控制信号，喷嘴用于朝向第二平台喷射液态光固化材料，光发射装置接收控制装置输出的第五控制信号，光发射装置位于第二平台的上方，光发射装置朝向第二平台照射。

由上述方案可见，通过在第一平台上承载金属粉末，第二平台用于成像，继而利用刮板逐层地向第二平台输送金属粉末，同时利用喷嘴均匀地朝向金属粉末喷涂液态光固化材料，并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材料固化，由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进行位置三维固化，继而可实现金属三维的初步成型，后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并实现金属粉末之间的融合连接，最终完成金属模型的三维打印，由于利用的是DLP光固化进行初步成型，其打印成型效率高，且相比于昂贵的SLM金属三维打印机，SLM金属三维打印机不仅价格高、后期维护成本大、消耗成本高，本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简单，易于维护。

为了实现本发明的第三目的，本发明提供一种光固化金属三维打印装置的打印方法，其中，光固化金属三维打印装置包括控制装置、第一平台、刮板、第二平台和光发射装置，第一平台接收控制装置输出的第一控制信号，第一平台可沿竖直方向移动，第一平台用于承载成像材料，成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，刮板接收控制装置输出的第二控制信号，刮板可沿水平方向移动，第二平台接收控制装置输出的第三控制信号，第二平台可沿竖直方向移动，光发射装置接收控制装置输出的第四控制信号，光发射装置位于第二平台的上方，打印方法包括：刮板将成像材料从第一平台输送至第二平台上，并将第二平台上的成像材料刮平；光发射装置朝向第二平台上照射；第二平台下降预设距离，第一平台上升预设距离。

由上述方案可见，通过在第一平台上承载成像材料，第二平台用于成像，继而利用刮板逐层地向第二平台输送成像材料，并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材料固化，由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进行位置三维固化，并在打印完一层后第一平台上升第二平台下降，如此循环便可实现金属三维的初步成型，后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并实现金属粉末之间的融合连接，最终完成金属模型的三维打印，由于利用的是DLP光固化进行初步成型，其打印成型效率高，且相比于昂贵的SLM金属三维打印机，SLM金属三维打印机不仅价格高、后期维护成本大、消耗成本高，本案的光固化三维打印方法对金属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简单，易于操作。

为了实现本发明的第四目的，本发明提供一种光固化金属三维打印装置的打印方法，其中，包括控制装置、第一平台、刮板、第二平台、喷嘴和光发射装置，第一平台接收控制装置输出的第一控制信号，第一平台可沿竖直方向移动，第一平台用于承载金属粉末，刮板接收控制装置输出的第二控制信号，刮板可沿水平方向移动，第二平台接收控制装置输出的第三控制信号，第二平台可沿竖直方向移动，喷嘴接收控制装置输出的第四控制信号，光发射装置接收控制装置输出的第五控制信号，光发射装置位于第二平台的上方，打印方法包括：刮板将金属粉末从第一平台输送至第二平台上，并将第二平台上的金属粉末刮平；喷嘴用于朝向第二平台上的金属粉末喷射液态光固化材料；光发射装置朝向第二平台上照射；第二平台下降预设距离，第一平台上升预设距离。

由上述方案可见，通过在第一平台上承载金属粉末，第二平台用于成像，继而利用刮板逐层地向第二平台输送金属粉末，同时利用喷嘴均匀地朝向金属粉末喷涂液态光固化材料，并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材料固化，由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进行位置三维固化，并在打印完一层后第一平台上升第二平台下降，如此循环便可实现金属三维的初步成型，后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并实现金属粉末之间的融合连接，最终完成金属模型的三维打印，由于利用的是DLP光固化进行初步成型，其打印成型效率高，且相比于昂贵的SLM金属三维打印机，SLM金属三维打印机不仅价格高、后期维护成本大、消耗成本高，本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简单，易于维护。

附图说明

图1是本发明光固化金属三维打印装置第一实施例的结构原理图。

图2是本发明光固化金属三维打印装置第二实施例的结构原理图。

图3是本发明光固化金属三维打印装置第三实施例的结构原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

光固化金属三维打印装置第一实施例：

参照图1，光固化金属三维打印装置包括控制装置1、平台11、容纳腔111、平台12、容纳腔121、刮板21和光发射装置22，控制装置1采用具有运算能力的单片机和处理芯片，容纳腔111和容纳腔121在上方均设置有开口，平台11位于第一容纳腔中，平台12位于第二容纳腔中。平台11接收控制装置1输出的控制信号，平台11在容纳腔111内可沿竖直方向移动，平台11用于承载成像材料，成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，金属粉末的质量在成像材料的质量中的占比大于等于60%，使得成像材料呈粘稠状液体，成像材料可叠堆在平台11上。

平台12接收控制装置1输出的控制信号，平台12可在容纳腔121内沿竖直方向移动，刮板21接收控制装置1输出的控制信号，刮板21呈长条状设置，刮板21可沿水平方向移动。

光发射装置22接收控制装置1输出的控制信号，光发射装置22采用数字激光头并通过DLP方式进行照射成像，光发射装置22位于平台12的上方，光发射装置22朝向平台12照射成像图像光线。

光固化金属三维打印装置的打印方法第一实施例：

上述光固化金属三维打印装置第一实施例进行金属三维成像时，开始时，平台11一般位于容纳腔111内，平台11上叠堆多层成像材料，平台12一般位于容纳腔121的开口处，首先刮板21将成像材料从平台11输送至平台12上，并将成像材料刮平，随后光发射装置22向平台12的成像材料进行照射，由于照射的成像光使得成像材料中的液态光固化材料固化，继而使预设的照射区域固化，而光固化材料作为金属粉末粒子之间的粘结剂，也使得金属粉末在预设的照射区域位置固定。然后成像完毕的平台11往下移动预设距离，而平台12往上移动预设距离。随后继续执行刮板21将成像材料输送至平台12上，以及光发射装置22对成像材料进行光固化处理，以及平台的上下移动，直至三维模型逐层打印完毕。最后将初步完成的含有金属粉末的三维模型从平台12上取出，并对其进行高温固化烧结，高温固化烧结会将模型中的光固化材料如树脂去除，并将金属粉末加热熔融和相互结合，最终完成金属三维模型打印。

光固化金属三维打印装置第二实施例：

参照图2，光固化金属三维打印装置包括控制装置3、平台31、容纳腔311、平台32、容纳腔321、刮板41、光发射装置42和喷头43，控制装置3采用具有运算能力的单片机和处理芯片，容纳腔311和容纳腔321在上方均设置有开口，平台31位于第一容纳腔中，平台32位于第二容纳腔中。平台31接收控制装置3输出的控制信号，平台31在容纳腔311内可沿竖直方向移动，平台31用于承载金属粉末51，金属粉末51可叠堆在平台31上。

平台32接收控制装置3输出的控制信号，平台32可在容纳腔321内沿竖直方向移动，刮板41接收控制装置3输出的控制信号，刮板41呈长条状设置，刮板41可沿水平方向移动。喷头43接收控制装置3输出的控制信号，喷头43可沿水平方向移动，喷头43可呈长条状延伸设置并用于朝向平台32喷射液态光固化材料52。

光发射装置42接收控制装置3输出的控制信号，光发射装置42采用数字激光头并通过DLP方式进行照射成像，光发射装置42位于平台32的上方，光发射装置42朝向平台32照射成像光。

光固化金属三维打印装置的打印方法第二实施例：

上述光固化金属三维打印装置第一实施例进行金属三维成像时，开始时，平台31一般位于容纳腔311内，平台31上叠堆多层成像材料，平台32一般位于容纳腔321的开口处，首先刮板41将金属粉末从平台11输送至平台12上，并将金属粉末刮平，然后喷头43水平移动并朝向平台32上金属粉末51喷射液态光固化材料52，金属粉末51和液态光固化材料52相互融合，由于金属粉末的直径一般在8纳米左右，金属粉末之间容易相互吸引继而易成金属粉末团，其是不容易铺平的，在喷射液态光固化材料52后，为了使该层更加平整，刮板41再对平台32上的金属粉末51和液态光固化材料52再次刮平。

随后光发射装置42向平台32的液态光固化材料52进行照射，由于照射的成像光使得液态光固化材料固化，继而使预设的照射区域固化，而光固化材料作为金属粉末粒子之间的粘结剂，也使得金属粉末在预设的照射区域位置固定。然后成像完毕的平台31往下移动预设距离，而平台32往上移动预设距离。随后继续执行刮板41将金属粉末输送至平台32上，再喷射液态光固化材料，以及光发射装置42进行光固化处理，以及平台的上下移动，直至三维模型逐层打印完毕。最后将初步完成的含有金属粉末的三维模型从平台32上取出，并对其进行高温固化烧结，高温固化烧结会将模型中的光固化材料如树脂去除，并将金属粉末加热熔融和相互结合，最终完成金属三维模型打印。

光固化金属三维打印装置第三实施例：

参照图3，并基于上述光固化金属三维打印装置第一和第二实施例的原理上，可对光固化金属三维打印装置的工位进行改进，如设置多个用于承载成像材料或金属粉末的平台61，平台61可分别承载不同金属材料，设置多个承载模型的平台62，并在每个平台62的上方设置用于照射成像的光发射装置，而平台61和平台62之间相互交叉相邻地设置，即多个平台61可以设置在平台62的外周，使得通过设置在侧面的两个刮板63可对平台62进行成像材料输送和刮平，以及通过设置在侧面的两个喷头64通过移动便可对平台62进行喷射，进行多种金属混合打印成型是，可进行交替铺金属粉末以及喷射液态光固化材料,利用多工位的设置实现不同金属的金属三维打印，以及提高打印成型效率。

上述金属粉末可以采用青铜、钴基合金、铜基合金、金基合金、镍基合金、不锈钢、铁、铅、锌合金中的至少一种，以及本案中的第一平台、第二平台、刮板和喷头均内置有移动电机并可沿预设轨道沿水平移动或竖直移动，控制装置通过控制信号控制移动电机的转动便可实现移动。

由上可见，通过在第一平台上承载成像材料，第二平台用于成像，继而利用刮板逐层地向第二平台输送成像材料，成像材料的形成可以通过两种方式形成，并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材料固化，由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末，故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进行位置三维固化，继而可实现金属三维的初步成型，后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并实现金属粉末之间的融合连接，最终完成金属模型的三维打印，由于利用的是DLP光固化进行初步成型，其打印成型效率高，且相比于昂贵的SLM金属三维打印机，SLM金属三维打印机不仅价格高、后期维护成本大、消耗成本高，本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简单，易于维护。

Claims (10)

1.光固化金属三维打印装置，其特征在于，包括：

控制装置；

第一平台，所述第一平台接收所述控制装置输出的第一控制信号，所述第一平台可沿竖直方向移动，所述第一平台用于承载成像材料，所述成像材料包括液态光固化材料和金属粉末；

刮板，所述刮板接收所述控制装置输出的第二控制信号，所述刮板可沿水平方向移动；

第二平台，所述第二平台接收所述控制装置输出的第三控制信号，所述第二平台可沿竖直方向移动，所述刮板可将所述成像材料从所述第一平台输送至所述第二平台上；

光发射装置，所述光发射装置接收所述控制装置输出的第四控制信号，所述光发射装置位于所述第二平台的上方，所述光发射装置朝向所述第二平台照射。

2.根据权利要求1所述的光固化金属三维打印装置，其特征在于：

所述金属粉末的质量在所述成像材料的质量中的占比大于等于60%。

3.根据权利要求1所述的光固化金属三维打印装置，其特征在于：

所述成像材料呈粘稠状液体。

4.根据权利要求1所述的光固化金属三维打印装置，其特征在于：

所述光固化金属三维打印装置还包括第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔和所述第二容纳腔在上方均设置有开口，所述第一平台位于所述第一容纳腔中，所述第二平台位于所述第二容纳腔中。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光固化金属三维打印装置，其特征在于：

所述第一平台的数量为多个，多个所述第一平台设置在所述第二平台的外周。

6.光固化金属三维打印装置，其特征在于，包括：

控制装置；

第一平台，所述第一平台接收所述控制装置输出的第一控制信号，所述第一平台可沿竖直方向移动，所述第一平台用于承载金属粉末；

刮板，所述刮板接收所述控制装置输出的第二控制信号，所述刮板可沿水平方向移动；

第二平台，所述第二平台接收所述控制装置输出的第三控制信号，所述第二平台可沿竖直方向移动，所述刮板可将所述金属粉末从所述第一平台输送至所述第二平台；

喷嘴，所述喷嘴接收所述控制装置输出的第四控制信号，所述喷嘴用于朝向所述第二平台喷射液态光固化材料；

光发射装置，所述光发射装置接收所述控制装置输出的第五控制信号，所述光发射装置位于所述第二平台的上方，所述光发射装置朝向所述第二平台照射。

7.根据权利要求6所述的光固化金属三维打印装置，其特征在于：

所述第一平台的数量为多个，多个所述第一平台设置在所述第二平台的外周。

8.光固化金属三维打印装置的打印方法，其特征在于，所述光固化金属三维打印装置包括：

控制装置；

第一平台，所述第一平台接收所述控制装置输出的第一控制信号，所述第一平台可沿竖直方向移动，所述第一平台用于承载成像材料，所述成像材料包括液态光固化材料和金属粉末；

刮板，所述刮板接收所述控制装置输出的第二控制信号，所述刮板可沿水平方向移动；

第二平台，所述第二平台接收所述控制装置输出的第三控制信号，所述第二平台可沿竖直方向移动；

光发射装置，所述光发射装置接收所述控制装置输出的第四控制信号，所述光发射装置位于所述第二平台的上方，

所述打印方法包括：

所述刮板将所述成像材料从所述第一平台输送至所述第二平台上，并将所述第二平台上的所述成像材料刮平；

所述光发射装置朝向所述第二平台上照射；

所述第二平台下降预设距离，所述第一平台上升预设距离。

9.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于：

所述金属粉末的质量在所述成像材料的质量中的占比大于等于60%。

10.光固化金属三维打印装置的打印方法，其特征在于，包括：

控制装置；

第一平台，所述第一平台接收所述控制装置输出的第一控制信号，所述第一平台可沿竖直方向移动，所述第一平台用于承载金属粉末；

刮板，所述刮板接收所述控制装置输出的第二控制信号，所述刮板可沿水平方向移动；

第二平台，所述第二平台接收所述控制装置输出的第三控制信号，所述第二平台可沿竖直方向移动；

喷嘴，所述喷嘴接收所述控制装置输出的第四控制信号；

光发射装置，所述光发射装置接收所述控制装置输出的第五控制信号，所述光发射装置位于所述第二平台的上方，

所述打印方法包括：

所述刮板将所述金属粉末从所述第一平台输送至所述第二平台上，并将所述第二平台上的所述金属粉末刮平；

所述喷嘴用于朝向所述第二平台上的所述金属粉末喷射液态光固化材料；

所述光发射装置朝向所述第二平台上照射；

所述第二平台下降预设距离，所述第一平台上升预设距离。