CN107971492B - 一种用于三维打印的熔融原料生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，其特征在于：在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置与打印体或支撑平台之间的空间产生熔融原料。本发明的有益效果：可控性高、能耗低、结构简单、成本低，能产生高熔点导电性材料的熔融原料，在终止输出熔融原料后不残留原料，可用于真空打印环境中，加热能量作用范围集中且局限、不破坏已打印成型的精细结构，可实现高精度的三维打印，打印材料的可选择范围广，可将“冶金电场调控”集成于金属三维打印的成型过程中。
Description
技术领域
本发明涉及三维打印技术中的熔融原料生成技术，尤其是涉及一种直接对打印原料进行电阻加热以获得熔融原料的方法，属于增材制造技术领域。
背景技术
三维打印技术最早起源于19世纪末的美国，直到20世纪七八十年代在日本和美国得到完善并逐步商业化。现在常见的主流三维打印技术，例如立体光固化成型法(StereoLithography Apparatus,SLA)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结(Selecting Laser Sintering，SLS)、三维粉末粘接(Three DimensionalPrinting and Gluing，3DP)于20世纪八九十年代在美国和德国获得商业化，电子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)与2000年左右在瑞典获得商业化。通过堆叠熔化原料以实现三维打印的技术中，例如常见的FDM塑料打印和其它类似原理的金属打印，其中重要核心组件之一就是产生熔融原料的熔炉/挤出头/发生装置；又如喷射熔化原料的打印技术也属于堆叠熔化原料，其熔化原料喷射装置也是核心组件。目前有不少关于产生熔融金属原料的发生装置的专利申请，例如申请号为201410513433.7、名称为“一种用于金属熔融挤出成型的3D打印头”的中国专利申请，又如申请号为201520533246.5、名称为“一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置”的中国专利申请，这些专利申请无法产生液滴，可以产生连续的金属流。也有采用气压作为喷射动力的方式，可以产生金属液滴，例如文献Experiments onremelting and solidification of molten metal droplets deposited in verticalcolumns(来源：期刊名《Journal of Manufacturing Science and Engineering-Transactions of the Asme》，2007年第129卷第2期311-318页)中记载的装置及方法，主要原理是采用脉冲气流在微型熔炉/坩埚内产生脉冲式的压强振动就可以在喷嘴出口处形成金属液滴；申请号为201520561484.7、名称为“一种液态金属打印墨盒”的中国专利申请使用的方法与该文献中记载的技术类似；又如申请号为201520644682.X、名称为“一种金属3D打印加支撑结构的装置”的中国专利申请,也是采用脉冲气流/气压来实现金属液滴生成。这些产生金属液滴的方法都是通过施加脉冲压力和利用流体的特性来产生金属液滴，也可以产生连续液态金属流；但这些技术不能在工作过程中连续添加固态原料，这对一些打印情形会带来不便(例如打印大型金属零件)，并且这类技术由于气体是可压缩的物质形态，存在压力传导延滞，金属液滴的生成速度不高,更严重的是可控性差。在现有技术中，如果喷嘴的内径与液态原料储存仓或主流道的内径之比过小(例如与喷嘴连接的液态原料储存仓或主流道的内径为2毫米、喷嘴内径为50微米)，特别是当原料为液态金属时，液态原料的表面张力和粘度较大，要施加大压力才能克服表面张力和流阻以实现喷射。
在2D打印技术中常用的喷射技术可以快速产生液滴，例如美国惠普和日本爱普生等企业开发的喷墨打印机的喷射技术，基于流道形变挤压(在喷嘴流道壁上设置有电致形变材料)或局部加热蒸发(在喷嘴流道壁上设置有发热元件)实现液体喷射，但这些技术不适用于高熔点材料的熔液的喷射(例如航空铝合金、铜、不锈钢等)，并且也不适用于高粘度液态材料的喷射。美国惠普公司2015年公开的多射流(MJF，Multi-Jet-Fusion)塑料3D打印技术，虽然用到了2D喷墨打印的喷射技术，但所喷射的液体只是一些高流动性的辅助性的试剂(所喷射的试剂在常温下处于液态)，主体材料仍然是固态塑料粉末(采用类似SLS铺粉技术的方式实现铺塑料粉层)。
也有基于电场力的液态原料喷射方法，例如“电场喷射”技术(参见书籍《电场喷射》，作者李建林，上海交通大学出版社，2012年)，又如申请号为201610224283.7(名称为“一种液态金属打印设备”)、申请号为201310618953.X(名称为“一种高压静电驱动且可变直径3D打印机”)等中国专利申请也使用了电场驱动技术；这些技术都是在喷嘴(喷嘴须采用非导电性材料制造)与外界的电极(打印支撑平台作为电极)之间建立高压静电场或脉冲式高压静电场，以实现液态原料的喷射；但“电场喷射”也有局限性，例如：由于液态原料具有粘性，尤其是表面张力大的液态金属，必须施加高压静电场、甚至超高压静电场，以产生克服液态原料粘滞力和表面张力所需的拉力并产生一定的流动速度；高压电场存在危险性、容易产生电击穿、可控性不高；由于高压电场的可控性不高，导致电场喷射过程的可控性不高，以及对所产生的液滴的控制性不高。
如上述的众多现有的产生熔融原料的技术，并不能产生高熔点金属的熔融原料，例如钨、钼，也不能产生耐高温的金属陶瓷的熔融原料，例如碳化钛。并且现有技术在产生熔融原料的过程中的能耗高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于三维打印的导电性材料的高可控性、低能耗的熔融原料生成方法。
本发明的另一个目的在于提供一种可用于耐高温的导电性材料的熔融原料的生成方法，以实现耐高温零件的三维打印。
为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，在生成熔融原料的过程中采用引导装置引导固态原料的移动，所生成的熔融原料在打印体或三维打印设备的支撑平台上累积；所述的打印体为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台为在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构；
其特征在于：
在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热(也称为电阻发热)的方式将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置与打印体或支撑平台之间的空间产生熔融原料；
所采用的固态原料为导电性材料。
可选地：
所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料从引导装置的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置、往打印体或支撑平台移动；固态原料与打印体或支撑平台之间的相对移动控制熔融原料的累积位置。
可选地：
产生熔融原料的主要步骤包括：
步骤S1，固态原料从引导装置输出；在此步骤，通过驱动装置(例如送丝轮)驱动固态原料移动；
步骤S2，固态原料与打印体或支撑平台之间建立电气连接，即电流可在固态原料与打印体或支撑平台之间流动，属于电阻连接、而非通过电弧实现连接；在此步骤，固态原料直接与打印体或支撑平台接触，或者固态原料先被局部熔化、然后通过熔融部位与打印体或支撑平台接触；
步骤S3，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态；在此步骤，可以施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、但不熔断(可以经过多次测试以获得经验值)，也可以施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、且熔断(可以经过多次测试以获得经验值)；
步骤S4，通过调节引导装置与打印体或支撑平台之间的相对位置来控制固态原料在打印体或支撑平台上的扫描位置，与此同时，固态原料从引导装置输出，在此过程中，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流、对固态原料进行电阻加热，以持续产生熔融原料；在此步骤，可以施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、但不熔断(可以经过多次测试以获得经验值)，也可以施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、且熔断(可以经过多次测试以获得经验值)；如果产生熔融区域、但不熔断，可以产生连续(连贯)的熔融原料；如果产生熔融区域、且熔断，可以产生不连续(不连贯)的熔融原料；
所述的在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，是通过在与固态原料相接触的引导装置与打印体或支撑平台之间施加电流，或者通过在与固态原料相接触的电极与打印体或支撑平台之间施加电流。
可选地：
在固态原料与打印体或支撑平台接触前且尚未被电阻加热的时候，固态原料从引导装置输出后且尚未与打印体或支撑平台接触，对固态原料的接近打印体或支撑平台的部位进行加热以实现固态原料的局部熔化(加热方式有多种，例如：电弧加热、电磁感应加热、等离子体加热)，在固态原料的接近打印体或支撑平台的部位产生与固态原料连接的熔融原料；在熔融原料与打印体或支撑平台相接触后实现熔融原料与打印体或支撑平台连接，进而实现固态原料与打印体或支撑平台的间接连接。
可选地：
当不需要继续产生熔融原料时，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，电流的强度足以将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的原料的局部熔断(可以经过多次测试以获得经验值)，或者电流的强度足以将介于与固态原料相接触的电极与打印体或支撑平台之间的原料的局部熔断(可以经过多次测试以获得经验值)。
可选地：
所述的在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，所施加的电流的强度足以将打印体与熔融原料的接触面的打印体一侧熔化并产生紧贴该接触面的熔池(可以经过多次测试以获得经验值)。这样可以在三维打印中实现打印体的层间和像素点(体素)间的熔融连接。
可选地：
所述的固态原料采用线状的固态原料、或采用丝状的固态原料、或采用条状的固态原料、或采用棒状的固态原料。
可选地：
所述的固态原料的径向截面为三角形、或四边形、或多边形、或圆形、或椭圆形、或扇形。
可选地：
当不需要继续产生熔融原料时，固态原料往引导装置移动，即固态原料与熔融原料的交界面往引导装置方向移动、远离打印体或支撑平台。
可选地：
所述的引导装置设置有槽结构、或设置有孔结构、或设置有环结构，作为引导固态原料移动的引导结构；引导装置设置有弹性结构，用于增强固态原料与引导装置之间的贴合度(这可以增强引导装置与固态原料之间的电气连接的可靠性)。
可选地：
所述的引导装置设置有输入端和输出端，固态原料从输入端输入、从输出端输出，其中：在输出端设置有冷却结构。
可选地：
采用导电性膏状原料，以膏状原料代替固态原料；膏状原料为固态原料颗粒与液态原料的混合物，形成膏体，具有可流动性；使用引导装置引导膏状原料的移动；
在膏状原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热的方式对介于引导装置与打印体或支撑平台之间的部分或全部膏状原料进行加热，使被加热的膏状原料内的液态原料蒸发、固态原料颗粒转变为熔融状态，或者使被加热的膏状原料内部的原料发生反应以产生新的材料并使所生成的新材料转变为熔融状态，在介于引导装置与打印体或支撑平台之间的空间产生熔融原料；
熔融原料的位置控制方法为：膏状原料从引导装置的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置、往打印体或支撑平台移动；膏状原料与打印体或支撑平台之间的相对移动控制熔融原料的累积位置；
所述的反应产生的新材料，是相对于膏状原料而言，其成分有别于膏状原料。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明不使用熔炉或坩埚或挤出头之类的容器，通过对固态原料直接施加电流和电阻加热(即电阻发热)的方式，将固态原料的特定部位加热为熔融状态，加热能量作用范围集中，熔融原料的体积小，熔融原料生成速度快，属于“按需实时生成”；通过控制固态原料的位置状态来控制熔融原料的位置状态，不通过气体之类的可压缩媒介来控制熔融原料的位置状态，也不通过熔炉或坩埚或挤出头之类的容器来控制熔融原料的输出，由于熔融原料体积小且与固态原料直接连接，所以对熔融原料的位置操控的响应速度高；因此，可控性高、能耗低、结构简单、成本低。
(2)本发明不使用熔炉或坩埚或挤出头之类的容器，不受容器性能的限制，能产生高熔点导电性材料的熔融原料，例如产生钨合金和高温金属陶瓷的熔融原料、可应用于打印高熔点钨合金零件和高温金属陶瓷零件，这意义十分重大。
(3)本发明在不需要继续产生熔融原料时，即在停止输出熔融原料时，通过熔断的方式将后续的原料与打印体或支撑平台切断，不存“容器”类(即熔炉或坩埚或挤出头)的熔融原料生成技术中常见的“在容器喷嘴处残留或聚集熔融原料”和“在容器喷嘴与打印体之间残留或粘连打印原料”的问题。
(4)本发明不通过气体来驱动熔融原料的喷射，可用于真空打印环境中，可以实现更高质量的三维打印，产生高质量的打印零件(零件密度更高)。
(5)本发明通过对固态原料直接施加电流和电阻加热(即电阻发热)的方式，将固态原料的特定部位加热为熔融状态，加热能量作用范围集中且局限，不像采用电弧、等离子体加热等加热方式产生熔融原料的其它三维打印技术那样会破坏已打印成型的精细结构。
(6)本发明如果采用线径小的线状固态原料(例如线径30微米)，像素点(体素)的直径、打印体表面的颗粒直径接近线状固态原料的直径，可以实现高精度的三维打印，精度可以超越现有的SLM(选择性激光熔化)和EBM(电子束熔化)技术。
(7)本发明通过对固态原料直接施加电流和电阻加热(即电阻发热)的方式，将固态原料的特定部位加热为熔融状态，打印材料的可选择范围广，不存在现有SLM和EBM技术中所面临的打印材料反射加热能量和能量吸收率低的问题(导致许多常用材料不能通过SLM和EBM技术进行三维打印，例如目前只有少部分金属材料适用于SLM和EBM三维打印)。
(8)本发明可以通过施加电流产生的“电阻发热”来调控金属三维打印成型过程中的成型部位金属的熔化状态，电场对合金在液态状态下的晶核生长过程产生影响，适当的电场参数(例如振荡频率、电流强度等)可以提升合金的力学性能；有不少关于电场对金属组织的影响的研究，例如文献：题目：《脉冲电场作用下金属组织的研究进展》(综述)，作者：何力佳，刊物：《辽宁工学院学报》，2003年第23卷第5期；又如文献：题目：《外加电场对合金凝固组织的影响》(综述)，作者：刘谨(等)，刊物：《铸造》，2012年，第61卷第8期。本发明可以将“冶金电场调控”集成于金属三维打印的成型过程中。
综上所述，本发明的有益效果：可控性高、能耗低、结构简单、成本低，能产生高熔点导电性材料的熔融原料，在终止输出熔融原料后不残留原料，可用于真空打印环境中，加热能量作用范围集中且局限、不破坏已打印成型的精细结构，可以实现高精度的三维打印，打印材料的可选择范围广，可以将“冶金电场调控”集成于金属三维打印的成型过程中。本发明具有实质性进步。
附图说明
图1是示意图，用于说明本发明的一个具体实施例的原理；
图2是示意图，是图1中的虚线CC所指示的部位的放大图；
图3是示意图，用于说明在通过电阻加热方式产生熔融原料的起始时刻，先通过电弧加热的方式产生最初的熔融原料；
图4是示意图，用于说明图1所示的具体实施例在打印体的表面产生熔融原料；
图5是示意图，是图4中的虚线DD所指示的部位的放大图；
其中的标号：1-引导装置，2-加热电流发生电路，3-送丝轮，4-支撑平台，5-冷却通路，6-线状固态原料，7-熔融区,8-打印体，9-熔融区二，10-微型熔池，11-电弧。
具体实施方式
下面列举本发明的较佳具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。
如图1至图5所示的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成方法的一个具体实施例：一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料(即线状固态原料6)来获得熔融原料(即熔融区7)，在生成熔融原料的过程中采用引导装置1引导固态原料的移动，所生成的熔融原料在打印体8或三维打印设备的支撑平台4上累积；所述的打印体8为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台4为在三维打印过程中用于支撑打印体8的装置或结构；
该生成方法的关键在于：
在固态原料(即线状固态原料6)与打印体8或支撑平台4之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的空间产生熔融原料(即熔融区7)；
所采用的固态原料为导电性材料。
在本具体实施例中：
所采用的固态原料为线状固态原料6，直径为50微米，材料为钨合金或碳化钛。碳化钛属于导电性陶瓷，硬度极高，熔点高于3000℃。纯钨的熔点为3400℃。目前现有的其它三维打印技术所打印的钨合金和碳化钛陶瓷零件都存在密度低、强度低等问题。
在本具体实施例中：
所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料从引导装置1的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置1、往打印体8或支撑平台4移动；固态原料与打印体8或支撑平台4之间的相对移动控制熔融原料(即熔融区7)的累积位置。
在本具体实施例中：
产生熔融原料的主要步骤包括：
步骤S1，固态原料从引导装置1输出。固态原料被驱动机构驱动。
步骤S2，固态原料与打印体8或支撑平台4之间建立电气连接，即电流可在固态原料与打印体8或支撑平台4之间流动，属于电阻连接、而非通过电弧实现连接。在打印零件的第一层时，即在支撑平台4上产生熔融原料并累积，固态原料与支撑平台4之间建立电气连接，如图1所示；在打印零件的第二层及以上的层时，即在打印体8上产生熔融原料并累积，固态原料与打印体8之间建立电气连接，如图4所示。
因为打印体8具有导电性，在固态原料与打印体8之间建立电气连接，实质上等同于在固态原料与支撑平台4之间建立电气连接。在本具体实施例中，引导装置1采用导电性材料制造，引导装置1等同于电极，线状固态原料6通过引导装置1接入加热电流发生电路2；因此，在线状固态原料6与打印体8之间建立电气连接，实质上等同于在引导装置1与支撑平台4之间建立电气连接。
步骤S3，在固态原料与打印体8或支撑平台4之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的固态原料部分地加热为熔融状态，即在线状固态原料6上形成熔融区7；在此步骤，施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、但不熔断(可以经过多次测试以获得经验值)。所施加的电流的强度以及每种强度的电流的参数都受控。
步骤S4，通过调节引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的相对位置来控制固态原料在打印体8或支撑平台4表面上的扫描位置，与此同时，固态原料从引导装置1输出，在此过程中，在固态原料与打印体8或支撑平台4之间施加电流、对固态原料进行电阻加热，以持续产生熔融原料；在此步骤，施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、但不熔断(可以经过多次测试以获得经验值)，以形成连续(连贯)的熔融原料或熔融原料流。所施加的电流的强度以及每种强度的电流的参数都受控。
所述的熔融原料流是指流动的熔融原料，即移动的熔融区7：线状固态原料6在图1的箭头D1所示的方向推动熔融区7往支撑平台4移动、在图1的箭头D2所示的方向控制熔融区7在支撑平台4上的累积位置；同样道理，熔融原料流也体现为如图4所示的熔融区7的移动和在打印体8上的累积过程。
在本具体实施例中：
在固态原料与打印体8或支撑平台4接触前且尚未被电阻加热的时候，固态原料从引导装置1输出后且尚未与打印体8或支撑平台4接触，对固态原料的接近打印体8或支撑平台4的部位进行加热以实现固态原料的局部熔化，在固态原料的接近打印体8或支撑平台4的部位产生与固态原料连接的熔融原料(如图3所示的熔融区二9)；在熔融原料与打印体8或支撑平台4相接触后实现熔融原料与打印体8或支撑平台4连接，进而实现固态原料与打印体8或支撑平台4的间接连接。如图3所示，在通过电阻加热方式产生熔融原料的起始时刻，由于线状固态原料6的前端最接近支撑平台4，在固态原料与支撑平台4之间施加高电压，在线状固态原料6的前端与支撑平台4之间产生电弧11(基于“尖端放电”原理)，电弧11将线状固态原料6最接近支撑平台4的部位熔化，同时在支撑平台4上产生微型熔池10。线状固态原料6推动熔融区二9往支撑平台4移动，当熔融区二9与支撑平台4发生接触后，电弧11自动消失(也可以由控制电路切断电弧11的能源)。当控制电路(在附图中未示出)探测到熔融区二9与支撑平台4发生接触，在极短时间内(在本具体实施例中是五千万分之一秒内)启动加热电流发生电路2，在引导装置1与支撑平台4之间施加电流并产生熔融区7，但所施加的电流的强度不足以熔断熔融区7。在本具体实施例，所施加的电流的强度是经验值，通过多次测试获得。
由于热量在每种物质中的扩散是有速率限制的，当加热功率及功率密度高于特定阈值时，可以使所加热的部位的热量累积速率大于热量散耗速率，可以在材料表面或内部形成局部熔融/熔化、其它部位仍为固态，这就是工业上实现熔融焊接的基础，甚至可以将局部气化但其它部位仍为固态。本发明也利用了该原理。
当线状固态原料6的移动速度(如图1和图4的箭头D1和D2所示的方向，以支撑平台4为参照物)足够快，与此同时保持电阻加热，持续产生熔融原料，可以形成熔融原料流：线状固态原料6一进入引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的空间就被加热熔化，所产生的熔融原料又即刻被推向打印体8或支撑平台4并累积；由于线状固态原料6不断补充，并且引导装置1存在散热结构(即冷却通路5)，以及打印体8或支撑平台4的导热速率来不及将熔融区7的温度降至熔点以下，熔融区7的持续产生和位置变化在视觉上表现为熔融原料流，但线状固态原料6与熔融区7交界的部位仍处于固态。这也是本发明能使用高熔点导电性材料(例如钨合金)的主要原因。
在本具体实施例中：
当不需要继续输出熔融原料时(例如打印结束、更换打印区域等情况)，在固态原料与打印体8或支撑平台4之间施加电流，电流的强度足以将介于引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的原料的局部熔断。所施加的电流的强度为经验值，通过多次测试获得。熔断发生在电阻最高的区域，即温度最高的区域或径向截面积最小的区域。
并且，线状固态原料6往引导装置1移动/回缩，即线状固态原料6与熔融区7的交界面往引导装置1方向移动、远离打印体8或支撑平台4。利用机械拉力在熔融区7造成径向直径较小的区域，进一步控制熔断部位。
在本具体实施例中：
所述的引导装置设置有槽结构，作为引导线状固态原料6移动的引导结构；引导装置1设置有弹性结构，用于增强线状固态原料6与引导装置1之间的贴合度，以增强引导装置1与线状固态原料6之间的电气连接(即确保两者之间的良好接触)。
具体应用方案：
如图1至图5所示，引导装置1的下端面与支撑平台4或打印体8之间的距离为经验值(例如，为线状固态原料6线径的两倍)；在惰性保护气氛中，使用送丝轮3驱动线状固态原料6并经引导装置1的引导，将线状固态原料6往支撑平台4或打印体8推送，移动速度为1米/秒；在线状固态原料6的前端与支撑平台4或打印体8之间的距离达到预设值(该预设值是经验值，例如10微米，通过电容值来判断两者之间的距离)后，在引导装置1与支撑平台4或打印体8之间施加高电压(属于经验值，例如电压500V、功率10W)，在线状固态原料6的前端与支撑平台4或打印体8之间产生电弧11，将线状固态原料6的前端熔化(形成熔融区二9)；在熔融区二9与支撑平台4或打印体8发生接触后，电弧11自动消失(也可以由控制电路切断电弧11的能源)，电弧11的持续时间极短(大约10微秒)；控制电路监测到熔融区二9与支撑平台4或打印体8发生接触之后的五千万分之一秒内启动加热电流发生电路2，在引导装置1与支撑平台4之间施加电流并产生熔融区7，但所施加的电流的强度不足以熔断熔融区7，所施加的电流的强度是经验值(例如50至80安培)，所施加的电流的强度主要与线状固态原料6的供给速度、线状固态原料6的线径及材料类型相关；与此同时，线状固态原料6的移动速度(如图1和图4的箭头D1和D2所示的两个方向)为：在箭头D1和箭头D2所示的两个方向上都是1米/秒(以支撑平台4为参照物)。通过引导装置1控制线状固态原料6的位置，进而间接控制熔融原料在支撑平台4或打印体8上的累积位置(即扫描坐标)。当不需要继续输出熔融原料时(例如打印结束、更换打印区域等情况)，送丝轮3驱动线状固态原料6往引导装置1回缩20微米，在固态原料与打印体8或支撑平台4之间施加电流，将介于引导装置1与打印体8或支撑平台4之间的原料的局部在极短时间内熔断(例如5微秒)，所施加的电流的强度为经验值(例如120安培)。在引导装置1的输出端设置有冷却结构(即冷却通路5)，冷却通路5通过液体和管路与外界的散热器连接。
以上所述，仅作为本发明的较佳具体实施例，不能以此限定本发明的实施范围，即依据本发明权利要求书及说明书内容所做的等效变换与修饰，皆仍属于本发明涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，在生成熔融原料的过程中采用引导装置(1)引导固态原料的移动，所生成的熔融原料在打印体(8)或三维打印设备的支撑平台(4)上累积；所述的打印体(8)为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台(4)为在三维打印过程中用于支撑打印体(8)的装置或结构；
其特征在于：
在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的空间产生熔融原料；
所采用的固态原料为导电性材料；
所述的固态原料采用线状的固态原料、或采用棒状的固态原料，所述的熔融原料位于所述固态原料的前端并与所述固态原料相连接；
固态原料从引导装置(1)的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置(1)、往打印体(8)或支撑平台(4)移动；固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间的相对移动控制熔融原料的累积位置。
2.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：
产生熔融原料的主要步骤包括：
步骤S1，固态原料从引导装置(1)输出；
步骤S2，固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间建立电气连接，即电流可在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间流动，属于电阻连接、而非通过电弧实现连接；
步骤S3，在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态；
步骤S4，通过调节引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的相对位置来控制固态原料在打印体(8)或支撑平台(4)上的扫描位置，与此同时，固态原料从引导装置(1)输出；在此过程中，在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流、对固态原料进行电阻加热，以持续产生熔融原料；
所述的在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，是通过在与固态原料相接触的引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，或者通过在与固态原料相接触的电极与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流。
3.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：
在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)接触前且尚未被电阻加热的时候，固态原料从引导装置(1)输出后且尚未与打印体(8)或支撑平台(4)接触，对固态原料的接近打印体(8)或支撑平台(4)的部位进行加热以实现固态原料的局部熔化，在固态原料的接近打印体(8)或支撑平台(4)的部位产生与固态原料连接的熔融原料；在熔融原料与打印体(8)或支撑平台(4)相接触后实现熔融原料与打印体(8)或支撑平台(4)连接，进而实现固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)的间接连接。
4.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：
当不需要继续产生熔融原料时，在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，电流的强度足以将介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的原料的局部熔断，或者电流的强度足以将介于与固态原料相接触的电极与打印体(8)或支撑平台(4)之间的原料的局部熔断。
5.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：
所述的在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，所施加的电流的强度足以将打印体(8)与熔融原料的接触面的打印体(8)一侧熔化并产生紧贴该接触面的熔池。
6.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：
当不需要继续产生熔融原料时，固态原料往引导装置(1)移动，即固态原料与熔融原料的交界面往引导装置(1)方向移动、远离打印体(8)或支撑平台(4)。
7.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：
所述的引导装置(1)设置有槽结构或孔结构或环结构，作为引导固态原料移动的引导结构；引导装置(1)设置有弹性结构，用于增强固态原料与引导装置(1)之间的贴合度。
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