CN106807945A

CN106807945A - 电容放电烧结金属3d打印机

Info

Publication number: CN106807945A
Application number: CN201510858645.3A
Authority: CN
Inventors: 韩邦伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-09

Abstract

本发明公开了一种电容放电金属烧结3D打印机，包括可用于金属3D打印机的电容放电烧结装置,在计算机控制下的电容充电，再由计算机控制进行电容选择性放电，产生高温电弧，放电产生的高温电弧，在打印仓内对合成的片状金属耗材进行烧结，形成实体，再进行上一次重复，叠层烧结，形成需要物体的装置,计算机控制的打印仓机构,电容放电焊接机与金属3D打印机的连机。

Description

电容放电烧结金属3D打印机

技术领域

本发明涉及金属快速成型技术或增材制造技术领域，也叫金属3D打印机。

背景技术

现有的金属3D打印机有选择性激光熔融（SLM）技术、选择性激光烧结（SLS）技术、直接金属激光烧结（DMLS）技术、电子束熔融（EBM）技术、激光净形制造（Laser Engineered Net Shaping, LENS）技术。前三个技术只是名称和技术细节上各有不同，从原理上讲却都大同小异。大体上都是指将金属粉末状的材料铺一层在工作台上，并加温至材料略低于熔点，然后用高能激光束将金属粉末熔化并与上一层融合成一个实心整体，而未被扫描到的粉未材料仍呈粉状作为工件的支撑，一层扫描完成之后，工作台下降一个层高，再铺下一层粉末，重复上述过程一层层累积直至完成三维成型；于SLS，SLM和DMLS技术不同的是，电子束熔融（EBM）技术是在一个高度真空的打印腔中采用电子束来完成对金属粉末的熔融；激光净形制造LENS技术是一种将高能激光束聚焦在沉积喷头处，从而熔化金属粉末并通过喷头挤出的打印过程。

以上几种金属烧结熔融的打印方式设备结构复杂，机构庞大，打印效率低，打印速度慢，打印条件苛刻，价格高昂，所需的金属粉末有的还需要加热，设计复杂，不太容易普及。

发明内容

本发明专利电容放电金属烧结3D打印机，的目的是用一种价格低廉,容易让大众所接受，且容易普及的一种电容放电烧结打印方式，与一种可用于这种烧结方式的金属组合片状的材料,并作为3D打印耗材的3D打印机。电容放电烧结是将储存于电容器中的电能，在瞬间通过脉冲电弧的形式释放于放电极与打印耗材之间;金属组合片状的材料是由很多小的金属平铺紧密结合形成片状打印耗材。电容放电烧结3D打印机，其原理是将增材金属组合片状的材料铺二层在工作台上，然后在计算机控制下，根据分层截面信息进行有选择地电容放电产生的电弧烧结，电容放电所产生的高能电弧将增材金属组合片状的材料选择性熔化烧结并融合成一个实心整体，而未被高能电弧加热到的增材金属组合片状的材料作为工件的支撑，一层烧结完成之后，工作台下降一个层高，再铺下一层，在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地电弧烧结重复上述烧结过程一层层烧结累积直至完成3D打印成型。

构成电容放电烧结3D打印机的高能电弧其原理是将储存于电容器中的电能在瞬间释放所产生的，电弧释放极为钨极。电容放电所产生的电弧温度极高可瞬间加热到8000℃～10000℃ ，足以融化多种金属，电弧放电时间极短可在几十毫秒内完成、瞬间温度高、迅速熔化而熔接在一起形成烧结，烧结时间很短，发热量很小，热量扩散少，由于电弧直接作用于所选择的烧结部位形成的逐层烧结，可以达到所需要的烧结目的，形成所需金属增材打印。

由于电弧产生的电弧力对打印材料有冲击力，对熔池有抨击力，打印材料没有连接电弧力就会对没有烧结的耗材形成移位与飞溅，从而影响下一次烧结。为解决这一问题，金属耗材需连接而不影响打印，金属组合片状的材料是小的金属颗粒平铺紧密结合而成，金属颗粒可由粘接、挤压连接、放电连接。

附图说明

图1为3D打印机

1控制计算机; 2电容放电烧结电源;3打印机驱动电源 ;4升降平台;5打印仓;6打印平台;7耗材托辊;8托辊驱动电机;9同步皮带;10皮带轮;11组合放电极架;12打印实体;13耗材；14未烧结耗材；15耗材托辊；16放电极钨极；17高能电弧；18电脑显示器；19键盘；20鼠标；21放电烧结电源线；22放电烧结电源线；23耗材驱动电机电源线；24耗材驱动电机电源线；25计算机控制耗材驱动电源线;26计算机控制耗材驱动电源信号线。

图2为电容放电烧结电源

1 计算机控制单元；2电源电路；3调压电路；4滤波整流电路；5电容储能电路；6高频电子开关电路；7电弧放电装置；8打印仓。

图3为金属组合片状的材料

1金属体；2 连接部位、粘合剂；3金属颗粒；4金属箔；5金属颗粒；6与金属密编织层；7金属箔；8金属粉末直接锻压片状耗材；9金属箔与金属颗粒粘合锻压耗材；10金属粉末与粘合剂锻压片状耗材。

图4为放电烧结过程

1电容放电输出线；2放电极座；3放电极；4烧结点；5组合放电极；6接线板。

图5电容放电电源基本原理

1变压器；2调压电路；3滤波整流器；4储能电容；5场效应管。

具体实施方式

如图1所示电容放电烧结3D打印机。在控制计算机（1）控制下,经过计算机控制耗材驱动电源信号线（26)给打印机驱动电源（3）发送驱动信号，由驱动电源经过耗材驱动电机电源线（24）对托辊电机（8）供电，驱动托辊电机，带动耗材橡胶托辊（7），并由皮带轮（10）与皮带（9）带动耗材被动橡胶托辊（15）。由耗材橡胶托辊（7）与（15）把两张打印耗材（13）分两次传送到打印仓（5）的打印平台（6）上，打印仓内可充入惰性气体进行烧结保护，再由控制计算机根据分层截面信息对电容放电烧结电源（2）发出指令，由电容放电烧结电源（21）把高能电供到组合放电极架（11）的放电极（16）上，由放电极（16）释放高能电弧（17）进行有选择地电弧烧结。组合放电极架（11）组合放电极（16），一次形成多点放电烧结，以便加速烧结完成。一层烧结完成之后，升降台（4）下降一个层高，再铺下一层耗材，再由由控制计算机，根据分层截面信息对耗材进行电容放电烧结。而未被高能电弧加热到的增材金属组合片状的材料作为工件的支撑，多次重复上述烧结过程一层层烧结累积直至完成3D打印成型。由于耗材是合成的金属组合片状的材料，多余没有烧结的耗材经过加温或其它方式可以轻松剥离。剥离完成后所需的烧结实体便是3D打印物品。

如图2所示电容放电烧结电源的基本原理是：由计算机控制单元（1）来控制电源电路（2）、调压电路（3）、滤波整流电路（4），给电容储能电路（5）稳定供电，并精确控制电容的储电量，再由计算机控制高频电子开关电路（6），在所需打印点上由电弧放电装置（7），在打印仓（8）进行高频放电，打印仓（8）为半密封仓内部可充入惰性气体，进行烧结保护。

如图3所示金属耗材为金属组合片状的材料，第一种方式是由多个多边形片状金属体（1）与粘合剂（2）连接一起形成，或多个多边形片状金属体（1）在冲压过程中不完全断开并有轻微连接形成，或多个多边形片状金属体排列整齐进行有轻微放电连接形成。

金属耗材第二种方式是由金属箔（3）与金属颗粒（4）锻压或用粘合剂粘结而成的片状耗材。

金属耗材第三种方式是由金属颗粒（5）与金属密编织层（6）用粘合剂粘结而成的片状耗材。

金属耗材第四种方式是直接用金属箔（7）当作耗材。

金属耗材第五种方式是金属粉末直接锻压片状耗材（8）是用金属粉末直接锻压形成的片状耗材。

金属耗材第六种方式是金属箔与金属颗粒粘合锻压耗材（9）是用金属箔与金属颗粒粘合并锻压形成的耗材。

金属耗材第七种方式是金属粉末与粘合剂锻压片状耗材（10）是用金属颗粒粘合并锻压形成的片状耗材。

金属耗材第八种方式是由金属纤维紧密编织形成金属布，形成耗材；或把金属布再进行锻压形成片状耗材。

如图4所示放电极放电烧结过程

高频电流经过电容放电输出线（1）到放电极座（2）再经过放电极（3）进行放电，形成烧结点（4），完成一个烧结过程并形成融合；放电极可由多个组合而成来进行快速烧结，组合放电烧结机构由组合放电极（5）；接线板（6）和电极座电极组成。

图5电容放电电源原理

由电源经过变压器（1）进行变压；经调压电路（2）进行电压调整；经滤波整流器（3）给储能电容（4）进行供电使电容蓄能；经场效应管（5）控制放电，释放的高能电流就是3D打印机烧结所需的高能电弧。

Claims

1.一种电容放电烧结金属3D打印机其特征是：用于选择性电容放电烧结金属3D打印机的电容放电焊接装置；在计算机控制下进行电容充电，再由计算机控制进行电容选择性放电的装置；电容放电产生高温电弧的放电极；计算机控制的打印仓机构；片状金属耗材。

2.根据权利要求1所述电容放电烧结金属3D打印机，其特征在于：所述用于选择性电容放电烧结金属3D打印机的电容放电焊接装置，是可用于金属3D打印机、增材制造的电容放电焊接设备；是可由计算机控制的，用于金属3D打印机、增材制造的电容放电焊接设备。

3.根据权利要求1所述电容放电烧结金属3D打印机，其特征在于：所述在计算机控制下电容充电、再由计算机控制进行电容选择性放电的装置，是利用电容充电、放电产生的电弧，由计算机控制进行充电放电，放电产生的高温电弧，是由计算机控制，由放电极进行选择性放电烧结。

4.根据权利要求1所述电容放电烧结金属3D打印机，其特征在于：所述电容放电产生高温电弧的放电极，是可由单个放电极进行选择性放电，或多个放电极组合形成组合放电极，放电极为钨极。

5.根据权利要求1所述电容放电烧结金属3D打印机，其特征在于：所述计算机控制的打印仓机构，是在不完全密封的空间内设有升降平台、打印平台、耗材托辊、托辊驱动电机、同步皮带、皮带轮、组合放电极架，整个打印过程在打印仓内，由放电极放对耗材进行选择性放电烧结完成3D打印实体。

6.根据权利要求1所述电容放电烧结金属3D打印机，其特征在于：所述片状金属耗材，是金属组合形成片状的材料；由多个多边形片状金属体与粘合剂连接一起形成；由多个多边形片状金属体在冲压过程中不完全断开并有轻微连接形成；由多个多边形片状金属体排列整齐进行有轻微放电连接形成；由金属箔与金属颗粒锻压或用粘合剂粘结而成的片状耗材；由金属颗粒与金属密编织层用粘合剂粘结而成的片状耗材；直接用金属箔当作耗材；由金属粉末直接锻压片状耗材是用金属粉末直接锻压形成的片状耗材；由金属箔与金属颗粒粘合锻压耗材是用金属箔与金属颗粒粘合并锻压形成的耗材；由金属粉末与粘合剂锻压片状耗材是用金属颗粒粘合并锻压形成的片状耗材；由金属纤维紧密编织形成金属布，形成耗材；或把金属布再进行锻压形成片状耗材。