CN107876761A - 一种金属3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属3D打印方法，包括如下步骤：先将成型平台伸至打印行程最高点，金属原料高于成型平台；然后将金属原料推入成型平台，形成第一打印层；接着根据打印数据局部喷射打印溶液，使需要打印的位置的金属原料相互粘合；第一打印层打印结束后，成型平台下降一个打印层的高度，再次推入金属原料，形成第二打印层，重复上述步骤进行第二打印层的打印，直至整个产品打印结束。所述打印方法打印具有打印速度快、成型效率高、精度高等特点。

Description

一种金属3D打印方法

技术领域

本发明涉及一种金属3D打印方法，属于3D打印领域。

背景技术

目前，市面上常规的金属类3D打印一般采用SLM技术，SLM： Selective lasermelting（选择性激光熔化），是一种金属粉末的快速成型技术，可以将金属零件直接成型。但是采用SLM技术会存在以下几个缺陷：

1.SLM打印速度慢，成型效率低，而且成型零件精度低，表面也比较粗糙；

2.SLM设备体积一般都比较庞大，售价高昂，后期维护费用也很高，很难普及。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种金属3D打印方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属3D打印方法，具有打印速度快、成型效率高、精度高等特点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

金属3D打印方法，包括如下步骤：

1、将成型平台伸至打印行程最高点，金属原料高于成型平台；

2、将金属原料推入成型平台，形成第一打印层；

3、根据打印数据局部喷射打印溶液，使需要打印的位置的金属原料相互粘合；

4、第一打印层打印结束后，成型平台下降一个打印层的高度，再次推入金属原料，形成第二打印层，重复步骤3进行第二打印层的打印；

5、重复上述步骤，直至整个产品打印结束。

作为优选，所述金属原料为金属粉。

作为优选，上述金属3D打印方法基于一种金属3D打印装置，所述装置包括基座，以及设置在基座上的喷头机构、成型机构和控制单元，其中，所述喷头机构包括安装在基座上表面的喷头，以及带动喷头运动的移动轴，所述成型机构包括成型平台，用于储存金属原料的储料槽，带动成型平台和储料槽底板运动的升降组件，以及用于处理金属原料的刮刀。

作为优选，所述喷头与墨盒相连，所述墨盒内装有抑制剂，所述抑制剂用于粘合被打印的金属原料。

作为优选，所述储料槽和成型平台沿移动轴移动方向依次设置，移动轴移动时，先经过储料槽，然后到达成型平台。

作为优选，所述储料槽底部设有可上下活动的底板，通过底板的上升，保证金属原料上表面高于打印层。

作为优选，所述升降组件包括驱动成型平台运动的第一升降台和驱动储料槽底板运动的第二升降台，其中，所述第一升降台和第二升降台结构相同，均包括与成型平台底部、驱动储料槽底板相连的连杆，所述连杆滑动安装在直线导轨上，所述连杆同时与丝杆联动连接，所述丝杆通过升降电机驱动。通过电机驱动，使连杆沿着直线导轨上下运动，进而实现成型平台和储料槽底板上下运动。

作为优选，所述刮刀安装在移动轴上，刮刀位于移动方向前端，所述喷头位于移动方向后端。

作为优选，上述金属3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

1、移动轴、喷头复位到初始位置，成型平台位于最顶端，储料槽内的金属原料高于成型平台；

2、移动轴带动刮刀和喷头移向成型平台，刮刀下底面低于储料槽内的金属原料，从而将金属原料推向成型平台，此时，刮刀下底面高于成型平台，且与成型平台的间距为一个打印层厚度；

3、刮刀将金属原料推入成型平台，形成第一粉状打印层，喷头进入成型平台后，根据控制单元的打印数据，开始根据进行局部喷液打印，使第一粉状打印层局部凝固，直至整个打印层打印完成；

4、移动轴、喷头再次移动到初始位置，成型平台下降一个打印层高度，储料槽的底板至少上升一个打印层高度；

5、重复上述步骤2-4，直至打印结束。

本发明所述的金属3D打印方法，具有如下优点：

1.逐层喷射打印溶液（抑制剂），初步形成一个完整的立体零件外轮廓，之后通过后序操作预加热使其成为一个高熔点、表面光滑的外轮廓，再通过二次加热熔融，使被封在轮廓内的金属粉末熔融成一个实体，因一开始打印的外轮廓表面光滑，可以使最终成型的零件的表面同样光滑，打印精度高；

2. 因其只需打印零件的外轮廓，从而大大提高了成型的效率；

3. 所述方法采用的金属3D打印装置，整体结构简洁而小巧，相对于传统的SLM设备体积大幅度缩小，而且生产成本和后期维护成本也较低。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的金属3D打印装置立体结构示意图一；

图2为本实施例的金属3D打印装置立体结构示意图二；

图3为本实施例的金属3D打印装置俯视图。

具体实施方式

本实施例所述的金属3D打印方法基于一种金属3D打印装置，如图1所示，

所述金属3D打印装置包括基座1，以及设置在基座1上的喷头机构2、成型机构3和控制单元4。

所述喷头机构2包括安装在基座上表面11的喷头21，以及带动喷头21运动的移动轴22，所述移动轴22的两端滑动安装在基座上表面11。所述基座上表面11设有2条导槽23，移动轴22的两端设有与导槽23相匹配的滑条24，所述基座上表面11底部设有一滑轨28，移动轴22通过滑块29与滑轨28相连，通过移动电机25驱动滑块29沿着滑轨28移动，从而使移动轴22沿导槽23（Y向）来回自由运动。为防止移动超出界限，所述导槽23两端分别设有初始位置感应器26和末端位置感应器27，通过初始位置感应器26和末端位置感应器27可以限定移动轴的移动距离。所述喷头21滑动安装在移动轴22上，并通过喷头电机20驱动，使喷头21可以在移动轴22上来回自由移动。所述喷头21为高精度喷头，与墨盒相连，所述墨盒内装有抑制剂，所述抑制剂用于粘合被打印的金属原料，具体可以采用申请号为2016102943409所述的抑制剂，包括下列质量份数的组份组成：硝酸镁35-45 份，氯化镁0-15份，水 55-65份。

所述成型机构3包括成型平台31、储料槽32、升降组件33和刮刀组件34，所述基座上表面11开设有与成型平台31、储料槽32相对应地通孔。所述储料槽32和成型平台31沿移动轴22移动方向依次设置，移动轴22移动时，先经过储料槽32，然后到达成型平台31。所述储料槽32用于储存金属原料，本实施例的金属原料为铜粉。储料槽32包括一可上下活动的底板321，以及设置在底板321四周的侧壁，底板321和侧壁组成密封容器。通过底板321的上升，使金属原料上表面高于打印层，从而保证刮刀可以顺利将铜粉推入成型平台，形成粉状的打印层。

所述升级组件33包括驱动成型平台31运动的第一升降台和驱动储料槽底板321运动的第二升降台，在本实施例中，所述第一升降台和第二升降台结构基本相同，相同的结构，可以使控制单元4控制更精确。以下以第二升降台为例，进行具体描述：所述第二升降台包括与驱动储料槽底板321底部相连接的连杆331，与连杆331固定连接的L型支架332，所述L型支架332的一端与垂直固定在基座1上的直线导轨333滑动连接，所述L型支架332同时与丝杆334相连，所述丝杆334通过升降电机335驱动，所述升降电机335通过电机支架336固定，升降电机335可以使丝杆334转动，从而带动L型支架332沿着直线导轨333上下移动，最终实现储料槽底板321自动升降。所述成型平台31也是通过上述原理驱动。

所述刮刀组件34包括刮刀341，所述刮刀341安装在移动轴22上，刮刀341位于移动方向（图1中所示的Y向）前端，所述喷头21位于移动方向后端。所述刮刀组件34还包括用于固定刮刀341的连接件342，以及用于调节刮刀341上下高度的调节螺杆343，所述调节螺杆343顶部安装在连接件342安装槽内，底部与刮刀341固定连接，通过设置调节螺杆343在安装槽内位置，可以精确调节刮刀341的高度。

金属3D打印方法，包括如下步骤：

1、首先，移动轴22、喷头21复位到初始位置，成型平台31上升到最高处，同时通过控制单元4调节储料槽底板321，使储料槽32内的金属原料-铜粉高于成型平台31；

2、移动轴22带动刮刀341和喷头21移向成型平台31，刮刀341下底面低于储料槽32内的铜粉表面，从而将位于上层的铜粉推向成型平台31，刮刀341下底面同时又高于成型平台31，且与成型平台31的间距为一个打印层厚度；

3、刮刀341将铜粉推入成型平台31，形成第一粉状打印层（未凝固），喷头21进入成型平台31后，根据控制单元4的打印数据，开始进行局部喷液打印，在粉状打印层需要凝固的位置喷射打印溶液，不需要凝固的位置仍旧为粉末状，喷头21在成型平台31内，既沿着移动轴22纵向（Y向）移动，又随着移动轴22横向（X向）移动，从而实现平面打印，随着喷头21的运动直至整个打印层打印完成；

4、移动轴22、喷头21再次移动到初始位置，控制单元4控制成型平台31下降一个打印层高度，储料槽的底板321至少上升一个打印层高度（一般为略大于一个打印层的高度）；

5、重复上述步骤2-4，直至打印结束。

本实施例所述的金属3D打印方法，通过高精度喷头21逐层喷射抑制剂，初步形成一个完整的立体零件外轮廓，之后通过后序操作预加热使其成为一个高熔点、表面光滑的外轮廓，再通过二次加热熔融，使被封在轮廓内的铜粉熔融成一个实体，因外轮廓表面的光滑最终使零件的表面同样光滑，实现精度高打印；因打印时只需打印零件的外轮廓，从而大大提高了成型的效率。

而且，所述实施所述方法的金属3D打印装置，整体结构简洁而小巧，相对于传统的SLM设备体积大幅度缩小，而且生产成本和后期维护成本也较低。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.金属3D打印方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、将成型平台伸至打印行程最高点，金属原料高于成型平台；

步骤2、将金属原料推入成型平台，形成第一打印层；

步骤3、根据打印数据局部喷射打印溶液，使需要打印的位置的金属原料相互粘合；

步骤4、第一打印层打印结束后，成型平台下降一个打印层的高度，再次推入金属原料，形成第二打印层，重复步骤3进行第二打印层的打印；

步骤5、重复上述步骤，直至整个产品打印结束。

2.如权利要求1所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述金属原料为金属粉。

3.如权利要求1所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述金属3D打印方法基于一种金属3D打印装置，所述装置包括基座，以及设置在基座上的喷头机构、成型机构和控制单元，其中，所述喷头机构包括安装在基座上表面的喷头，以及带动喷头运动的移动轴，所述成型机构包括成型平台，用于储存金属原料的储料槽，带动成型平台和储料槽底板运动的升降组件，以及用于处理金属原料的刮刀。

4.如权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述喷头与墨盒相连，所述墨盒内装有用于粘合被打印的金属原料的抑制剂。

5.如权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述储料槽和成型平台沿移动轴移动方向依次设置，移动轴移动时，先经过储料槽，然后到达成型平台。

6.如权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述储料槽底部设有可上下活动的底板，通过底板的上升，保证金属原料上表面高于打印层。

7.如权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述升降组件包括驱动成型平台运动的第一升降台和驱动储料槽底板运动的第二升降台，其中，所述第一升降台和第二升降台结构相同，均包括与成型平台底部、驱动储料槽底板相连的连杆，所述连杆滑动安装在直线导轨上，所述连杆同时与丝杆联动连接，所述丝杆通过升降电机驱动。通过电机驱动，使连杆沿着直线导轨上下运动，进而实现成型平台和储料槽底板上下运动。

8.如权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于：所述刮刀安装在移动轴上，刮刀位于移动方向前端，所述喷头位于移动方向后端。

9.如权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、所述移动轴、喷头复位到初始位置，成型平台位于最顶端，储料槽内的金属原料高于成型平台；

步骤2、移动轴带动刮刀和喷头移向成型平台，刮刀下底面低于储料槽内的金属原料，从而将金属原料推向成型平台，此时，刮刀下底面高于成型平台，且与成型平台的间距为一个打印层厚度；

步骤3、刮刀将金属原料推入成型平台，形成第一粉状打印层，喷头进入成型平台后，根据控制单元的打印数据，开始根据进行局部喷液打印，使第一粉状打印层局部凝固，直至整个打印层打印完成；

步骤4、移动轴、喷头再次移动到初始位置，成型平台下降一个打印层高度，储料槽的底板至少上升一个打印层高度；

步骤5、重复上述步骤2-4，直至打印结束。