CN108481733A - 一种原位烧结的3d打印装置及3d打印成型方法 - Google Patents

Abstract

一种原位烧结的3D打印装置，包括容纳腔体、框架本体、打印头、载置台、第一驱动机构、第二驱动机构以及加热部件；容纳腔体包括固定设置于框架本体上的第一部分以及可相对于第一部分移动的第二部分；第二部分移动到第一位置时，第一部分和第二部分分离；第二部分移动到第二位置时，第一部分和所述第二部分闭合，形成闭合空间；加热部件设置于所述第二部分的壁上，用于对形成于所述载置台上的成型体进行烧结。将3D打印成型过程与后期烧结过程合并在同一设备中完成，避免了将3D打印成型的零件转移至烧结炉中进行烧结时零件容易变形、破损以及工艺复杂、效率低的问题，显著的简化了工艺流程，提高产品质量以及生产效率。

Description

一种原位烧结的3D打印装置及3D打印成型方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种3D打印装置，更具体涉及一种原位烧结的3D打印装置及3D打印成型方法。

背景技术

3D打印（又称增材制造）是快速成型技术的一种，其是将CAD数据通过成型设备运用粉末状金属、塑料或陶瓷等可粘合材料通过逐层堆积累加而构造物体的技术。3D打印是通过3D打印装置进行的。

现有的3D打印技术主要包括四种：熔融沉积快读成型技术（FDM）、光固化成型技术（SLA）、选择性激光烧结技术（SLS）以及三维粉末粘结技术（3DP）。熔融沉积快读成型技术（FDM）主要以ABS、PLA等树脂为材料，光固化成型技术（SLA）只能应用于对光固化材料的成型，二者均不能很好的适用于金属或陶瓷粉末；选择性激光烧结技术（SLS）与三维粉末粘结技术（3DP）的应用范围较广，可适用于对塑料、陶瓷、金属粉末进行成型。选择性激光烧结技术（SLS）由于使用高能束激光进行熔融、烧结，烧结时存在较大的温度梯度，形成的零件内部热应力较大，容易变形、开裂。三维粉末粘结技术（3DP）打印出的粉末直接黏结，成品强度较低，需进行烧结等后处理。并且，由于铺粉与喷涂黏合剂先后进行，成型的零件模型内部均匀性较差，外表面粗糙，精细度较低。

将3D打印成型的零件放置于烧结炉中进行烧结，使零件致密化，并可以去除内部应力，提高强度。然而，在将打印成型的零件搬运至烧结炉的过程中，未致密化的零件容易变形、破损；且搬运、烧结过程复杂化了工艺流程，影响生产效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种原位烧结的3D打印装置及应用该装置进行3D打印的成型方法。

本发明采用如下技术方案：

一种原位烧结的3D打印装置，包括：容纳腔体、框架本体、打印头、载置台、第一驱动机构、第二驱动机构以及加热部件；

所述容纳腔体包括固定设置于框架本体上的第一部分以及可相对于所述第一部分移动的第二部分；所述第二部分移动到第一位置时，所述第一部分和所述第二部分分离；所述第二部分移动到第二位置时，所述第一部分和所述第二部分闭合，形成闭合空间；

所述载置台设置于所形成的闭合空间内，用于接收从所述打印头输送的3D打印材料；

所述第一驱动机构用于驱动所述容纳腔体的所述第二部分移动；

所述第二驱动机构用于驱动所述打印头移动；

所述加热部件用于对形成于所述载置台上的成型体进行烧结。

进一步，所述第一部分与所述第二部分相对侧的端面具有第一形状，所述第二部分与所述第一部分的相对侧的端面具有与所述第一形状相配合的第二形状，第一形状与第二形状能够形成密封结构。

进一步，所述框架本体包括连杆以及连接件。

进一步，所述第一部分包括第一壁以及门，所述门的一端与所述壁的端部活动连接。

进一步，所述门与所述壁的端面可密封。

进一步，所述第二部分包括第二壁。

进一步，所述第一部分与所述第二部分相对侧的端面具有凹部，并且所述第二部分与所述第一部分的相对侧的端面具有与所述凹部相配合的凸部；或者，所述第一部分与所述第二部分相对侧的端面具有凸部，并且所述第二部分与所述第一部分相对侧的端面具有与所述凸部相配合的凹部。

进一步，所述第一驱动机构包括第一动力输出装置以及第一传动部，所述第二部分具有与第一传动部相配和的连动部。

进一步，所述第一动力输出装置包括步进电机，所述第一传动部包括皮带、链条、丝杆或齿轮中的至少一个。

进一步，所述第二部分下部具有滑动部件。

进一步，所述第二驱动机构包括第二动力输出装置以及第二传动部，所述打印头具有与第二传动部相连接的第二固定部。

进一步，所述第二传动部包括连动机构以及与所述连动机构相配和的第一运动部；所述第一运动部通过第一连接机构与所述打印头的第二固定部连接。

进一步，所述第二驱动机构驱动所述打印头纵向运动。

进一步，所述第二驱动机构包括步进电机，所述连动机构包括皮带或链条或丝杆，所述第一连接机构包括连接杆。

进一步，所述3D打印装置还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构包括第三动力输出装置以及第三传动部；所述打印头与所述第三传动部配合连接，所述第三驱动机构驱动所述打印头横向运动。

进一步，所述载置台包括台面，支柱以及第四动力输出装置；所述支柱一端与所述台面固定连接，另一端与第四动力输出装置的动力输出端连接，所述第四动力输出装置驱动所述台面旋转。

进一步，所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构与控制系统相连接。

进一步，所述第四动力输出装置与控制系统相连接。

进一步，所述加热部件为发热体。

进一步，所述加热部件布置于所形成的容纳腔体内部或布置于所述第一部分和/或所述第二部分的壁上。

进一步，所述第一部分包括第一底部，所述第二部分包括第二底部，所述第一底部与所述第二底部相对侧的端面具有凹部，并且所述第二底部与所述第一底部相对侧的端面具有与所述凹部相配合凸部；或者，所述第一底部与所述第二底部相对侧的端面具有凸部，并且所述第二底部与所述第一底部相对侧的端面具有与所述凸部相配合的凹部。

进一步，所述第一底部具有第一开口，所述第二底部具有第二开口，所述第一开口与所述第二开口闭合时容纳所述支柱。

进一步，所述加热部件为微波发生装置。

进一步，所述第一部分的所述第一壁、所述第二部分的所述第二壁以及门上设置有保温、隔热材料。

进一步，所述保温、隔热材料为玻璃纤维、石棉、铝箔隔热膜、发泡板、气凝胶毡中的至少一种。

进一步，所述第一部分的所述第一壁、所述第二部分的所述第二壁以及门上设置有微波屏蔽材料。

进一步，所述微波屏蔽材料为紫铜网、导电橡胶、导电布、导电涂料中的至少一种。

使用上述任一所述的原位烧结的3D打印装置进行3D打印成型的方法，包括以下步骤：

（1）准备3D打印材料；

（2）通过所述控制系统控制所述第二部分与所述第一部分分离，使所述第二部分移动到第一位置；

（3）通过所述控制系统控制所述打印头移动至所述载置台上方；

（4）通过所述打印头输送3D打印材料至所述载置台的台面上，通过所述控制系统控制所述打印头按预定轨迹运动，打印成型模型胚体；

（5）通过所述控制系统控制所述打印头移动到所述第一部分和所述第二部分闭合后能够形成的容纳腔体之外；

（6）通过所述控制系统控制所述第二部分与所述第一部分闭合；

（7）通过所述加热部件对所述模型胚体进行原位烧结。

进一步，所述控制系统控制所述载置台转动。

进一步，所述3D打印材料为金属、陶瓷、聚合物中的至少一种。

进一步，所述3D打印材料为金属、陶瓷、聚合物的混合物。

进一步，所述金属以及所述陶瓷为粉末状，所述聚合物具有粘性。

有益效果：本发明的原位烧结的3D打印装置将3D打印成型过程与后期烧结过程合并在同一设备中完成，避免了传统生产过程中将3D打印成型的零件转移至烧结炉中进行烧结时零件容易变形、破损以及工艺复杂、效率低的问题，显著的简化了工艺流程，提高产品质量以及生产效率。并且，本发明的原位烧结的3D打印装置通过创新的结构，在3D打印设备中设置能够开合的腔室，使装置即适用于进行3D打印成型，也能适用于对模型进行烧结，3D打印成型与对模型进行烧结过程互不影响。通过能够开合腔室的设置，在3D打印成型时，打印头可以无障碍移动至载置台上方进行打印成型；而在烧结过程中，打印头可以移至烧结腔室之外，避免残留于打印头中的3D打印材料被同时烧结而堵塞打印头，也不需先对打印头中残留的3D打印材料进行清理后再进行烧结，优化工艺连续性，提供生产效率。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施例进行更详细的说明，以使本领域普通技术人员更加清楚地理解本发明的实施例，其中：

图1为本发明的原位烧结的3D打印装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明的原位烧结的3D打印装置一实施例的第一部分的结构示意图；

图3为本发明的原位烧结的3D打印装置一实施例的第二部分的结构示意图；

图4为本发明的原位烧结的3D打印装置一实施例的载置台的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在无须做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1为本发明的原位烧结的3D打印装置一实施例的结构示意图，本实施例中，3D打印装置包括：框架本体1；在框架本体1内的能够闭合而构成容纳腔体的第一部分4和第二部分5；驱动第二部分5相对于第一部分4移动的第一驱动机构；设置于容纳腔体中的载置台9的台面23；将 3D打印材料供给至载置台9的台面23上的打印头10；与打印头10相连、驱动打印头运动的第二驱动机构；提供能量对成型体进行烧结的加热部件11。

本实施例中，框架本体1由连杆2以及连接件3组合而成。其中，连杆2优选为12根，连接件3优选为8个。使用连杆2以及连接件3组合成框架本体1有利于设备的拆卸、维护。但是，本发明的内容并不限于此实施例中，如框架本体1还可以为一体成型结构。优选的，连杆1以及连接件2的材质可以选自由塑料、金属、陶瓷或上述材料中两种或以上形成的合金组成的组中的至少一种。其中，塑料优选高强度、耐热塑料，例如：尼龙PA66，尼龙PA6，尼龙PA9T，尼龙PA46，尼龙PA12，尼龙PA11，聚苯硫醚PPS，聚四氟乙烯PTFE，聚醚醚酮PEEK，聚醚砜PSU，亚克力PMMA，聚苯醚PPE/PPO，间规聚苯乙烯SPS，聚碳酸酯PC，PC+ABS合金中的至少一种；更优选，塑料中含有增强材料，如玻璃纤维、碳纤维；金属优选高强轻质金属，如镁合金、镍钛合金。

在框架本体1内，设置有第一部分4以及第二部分5。第一部分4和第二部分5闭合后构成容纳腔体，在容纳腔体中形成闭合空间。其中，第一部分4与框架本体1固定连接。固定连接可以通过常规方式进行，例如焊接、螺栓固接、铆定或铰链固定。第二部分5可相对于第一部分4移动，例如，如图1所示，第二部分5可沿X轴方向相对于第一部分4移动。当第二部分5沿X轴方向远离第一部分4移动到第一位置时，第一部分4和第二部分5分离，二者之间形成分离空间。当第二部分5沿X轴方向靠近第一部分4移动到第二位置时，第一部分4和第二部分5闭合，构成容纳腔体，在容纳腔体内形成闭合空间。

如图2所示，在本实施例中，第一部分4包括第一平面侧壁13、第一平面上壁14、第一平面底部15，第一平面底部15的一侧边缘部位具有第一半圆形缺口16。本发明的内容并不限于此实施例中，在另一实施例中，第一部分4仅包括第一平面侧壁13、第一平面上壁14；在另一实施例中，第一部分4包括半弧面侧壁以及平面底部；在另一实施例中，第一部分4仅包括半弧面侧壁。

继续如图1所示，第一部分4还包括门12，门12的一端与第一平面侧壁13的一端部活动连接，活动连接可通过铰链实现。此外，门12与第一平面侧壁13的端部闭合时，通过密封件进行密封连接。

如图3所示，第二部分5与第一部分4相对应设置。在本实施例中，第二部分5包括第二平面侧壁17、第二平面上壁18、第二平面底部19，第二平面底部19的一侧边缘部位与第一平面底部15相对应位置处具有第二半圆形缺口20。其中，第二半圆形缺口20与第一半圆形缺口16合并后组合成圆形缺口。在另一实施例中，第二部分5仅包括第二平面侧壁17、第二平面上壁18。在另一实施例中，第二部分5包括半弧面侧壁以及平面底部；在另一实施例中，第二部分5仅包括半弧面侧壁。此外，第二部分5还包括减小其移动过程中的阻力、有助于其平稳滑动的滑动部件。本实施例中，滑动部件为带有滚轮的滑杆22。

第一部分4与第二部分5闭合时，在闭合处密封连接，以在容纳腔体内形成可以供模型进行烧结的闭合空间。在一个实施例中，密封连接可以通过在第一部分4与第二部分5相接合的端面设置密封件而实现。密封件在使用过程中可能出现老化、破损的问题，需要对其进行不定期更换。优选的，可通过对第一部分4与第二部分5相接合的端面的结构进行设计，进而实现密封。在一个实施例中，在第一部分4的与第二部分5相接合的端面设置凹形结构，在第二部分5的与第一部分4相接合的端面设置与凹形结构相配合的凸形结构。具体的，如图2、图3所示，在本实施例中，在第一部分4的第一平面侧壁13、第一平面上壁14、第一平面底部15的与第二部分5相接合的端面上设置凹形结构，在第二部分5的第二平面侧壁17、第二平面上壁18、第二平面底部19的与第一部分4相接合的端面上设置与第一部分4上的凹形结构相配合的凸形结构，进而通过凹形结构与凸形结构的配合实现密封。

在另一实施例中，在第一部分4的第一平面侧壁13、第一平面上壁14、第一平面底部15的与第二部分5相接合的端面上设置凸形结构，在第二部分5的第二平面侧壁17、第二平面上壁18、第二平面底部19的与第一部分4相接合的端面上设置与第一部分4上的凹形结构相配合的凹形结构，进而通过凸形结构与凹形结构的配合实现密封。在一个实施例中，凹形结构/凸形结构的深度/高度优选为0.5-8cm，更优选1-3cm。发明人发现，当凹形结构/凸形结构的深度/高度小于0.5cm时，难以保证密封效果；而当凹形结构/凸形结构的深度/高度大于8cm时第一部分4与第二部分结合较为紧密，第一部分4与第二部分5接合/分离时顺滑性较差。

继续如图1所示，第二部分5的移动通过第一驱动机构的驱动而实现。在本实施例中，第一驱动机构包括第一动力输出装置6以及第一传动部7。第一动力输出装置6提供动力。与第一动力输出装置6相连的第一传动部7将动力进行传递。第二部分5上固定设置有与第一传动部7相配和的连动部8，通过连动部8将第一传动部7传递的动力作用于第二部分5，从而使其可以相对于第一部分4移动。连动部8设置在第二部分的侧壁上。在一个实施例中，第一驱动机构的数量为1个，且在第二部分5的一个侧壁上固定设置有1个连动部8。在另一个实施例中 ，第一驱动机构的数量为2个，其分别位于第二部分5的两个侧壁的两侧，且在第二部分5的两个侧壁上各固定设置有1个连动部8。

第一动力输出装置7可以为本领域常规动力源，例如，在一个实施例中其包括步进电机。第一传动部7可以是皮带、链条、丝杆或齿轮组中的至少一个，如在本实施例中，其为皮带。连动部8的类型与第一传动部7相对应设置，如在本实施例中，第一传动部7为皮带时，连动部8可以是表面与皮带一表面固定或啮合设置的金属板，金属板的一侧面固定连接于第二部分5的一侧壁上。但是，本发明的内容并不限于此实施例中，如第一传动部87丝杆时，连动部8可以是与丝杆配和运动的轴承，轴承的一侧面固定连接于第二部分5的一侧壁上。使用丝杆与轴承配和可以保证第二部分5的移动更为平稳、顺滑。

在一个实施例中，第一驱动机构通过控制系统进行控制。

在由第一部分4和第二部分5闭合而形成的容纳腔体中设置载置台9的台面23。接下来，对载置台9的结构进行描述。如图4所示，载置台9包括台面23、支撑柱24、第四动力输出装置26。第四动力输出装置26包括旋转轴25。台面23与支撑柱24固定连接，第四动力输出装置26的旋转轴25连接至支撑柱24，将第四动力输出装置26的转动传递给支撑柱24，进而通过支撑柱24带动台面23旋转。

载置台9还包括固定部，通过固定部将载置台9与框架本体1连接。继续如图4所示，本实施例中，固定部包括连接架27、滑轨28。连接架27固定连接于滑轨28的上表面，第四动力输出装置26固定设置于连接架27下表面，旋转轴25贯穿于连接架27表面的孔33。滑轨28两端固定连接至框架本体1，从而实现将第四动力输出装置26与框架本体1固定连接。优选的，连接架27固定连接于滑轨28的上表面的一端，滑轨28未与连接架27固定连接的部分作为支撑第二部分5的滚轮滚动的导轨。优选的，滑轨28表面具有凹槽；更优选，凹槽的形状与第二部分的滚轮相对应。优选的，连接架27包括连接脚31以及平板32。连接脚31与平板32具有一角度，该角度优选90-180°，更优选90-140°，更优选90-120°。连接脚31固定连接至滑轨28。通过设置与平板32具有一定角度的连接脚31，可以减弱第四动力输出装置26的振动对台面23以及框架本体1的影响，进而保证成型精度。在一个实施例中，连接脚31可以为2个；在另一实施例中，连接脚31为4个；在另一实施例中，连接脚31为6个。

优选的，第四动力输出装置通过控制系统进行控制。

载置台9优选还包括限位板29。限位板29通过螺栓30固定设置于连接架27上。并且，限位板29中心具有孔34，旋转轴25贯穿于孔34。在一实施例中，孔34具有与旋转轴25相适应的尺寸，在允许旋转轴25正常旋转的情况下，确保旋转轴25的摆动幅度在允许范围内，以保证成型精度。优选孔34与旋转轴25间的间隙为5mm以下，更优选0.05-3mm，更优选0.1-1mm。在另一实施例中，在限位板29的孔34内固定设置滚动轴承，限位板29与滚动轴承的外圈连接，旋转轴25与滚动轴承的内圈连接，进而实现旋转轴25的稳定旋转。优选的，孔34与滚动轴承之间以及旋转轴25与滚动轴承之间通过过盈配合连接。

但是，本发明的内容并不限于此实施例中，在另一实施例中，载置台9仅包括支撑柱24以及台面23，支撑柱24一端与台面23固定连接，另一端通过连接部件固定连接至框架本体1。载置台9的台面23固定设置于容纳腔体中。

3D打印装置还包括打印头10、第二驱动机构。在第一部分4与第二部分5分离时，第二驱动机构驱动打印头10移动至载置台9的台面23上方，打印头10将3D打印材料供应至台面23，并在第二驱动机构的驱动下以一定轨迹运动，打印形成3D模型。

再参照图1所示，本实施例中，第二驱动机构包括第二动力输出装置35以及第二传动部36；第二传动部36包括纵向设置的连动机构37以及与连动机构37相配合的第一运动部38。第二动力输出装置35输出动力，并通过连动机构37将动力传输至第一运动部38，以驱动第一运动部38沿纵向移动。第一运动部38通过横向设置的第一连接机构39与打印头10的第一固定部连接，进而带动打印头10纵向移动。优选的，第二动力输出装置包括步进电机。优选的，连动机构37包括皮带或链条或丝杆。优选的，第一连接机构39包括连接杆。本实施例中，第一运动部38中还设置有第三驱动机构（未示出），第三驱动机构包括第三动力输出装置（未示出）以及第三传动部40；第三动力输出装置输出动力并通过第三传动部40将动力传输。打印头10的第二固定部与第三传动部40配合连接，实现第三驱动机构驱动打印头10横向运动。

该实施例中，打印头10在第一运动部38的驱动下进行纵向移动，从而实现在容纳腔体内、外的移动，并可以移动至载置台9的台面23上方。为避免第一部分4对打印头10的移动产生阻碍，如图2、图3所示，在该实施例中，优选第一部分4的第一平面底部15的长度大于第一平面上壁14的长度；与此对应，第二部分5的第二平面底部19的长度小于第二平面上壁18的长度。

在一个实施例中，第二驱动机构的数量为1个，其设置在第一部分4与第二部分5形成的容纳腔体的一侧壁的外侧，容纳腔体另一侧通过设置滑轨以及滑块确保打印头10的稳定运动。在另一个实施例中 ，第二驱动机构的数量为2个，其分别设置在第一部分4与第二部分5形成的容纳腔体的两个侧壁的外侧。

当然，上述实施例并非对第二驱动机构的结构进行限制，如在另一实施例中，第二驱动机构包括机械臂，机械臂连接至打印头10，驱动打印头10沿预定轨迹运动，进而实现在载置台9的台面23上打印成型3

在一个实施例中，第二驱动机构以及第三驱动机构通过控制系统进行控制。

发明人发现，在模型烧结过程中，由于材料受热熔融，打印的3D模型容易产生变形，甚至坍塌。通过在模型3D打印成型过程中，在模型周围同时打印支撑结构对模型进行支撑，可以防止模型在烧结过程中变形、坍塌。然而，在模型成型过程中同时打印成型的支撑结构与模型材料相同，其属于模型的一部分，模型烧结过程中，支撑结构也同时被烧结致密化。在烧结完成后，需将支撑结构去除。由于支撑结构与模型同材且一体化，在将其去除过程中，很容易造成模型破损，且需要对模型上去除了支撑结构的部位进行打磨，增加工艺流程，生产效率低。

在一个实施例中，通过在打印头10上设置多个喷嘴，如2个，每个喷嘴连接独立的材料输送管路来解决上述问题。该实施例中，在成型时，通过一个喷嘴输送3D打印材料，打印形成模型主体。为了防止模型在烧结时变形、坍塌，在模型成型过程中，当打印头10运动到特定的位置时，输送3D打印材料的喷嘴停止供给材料，转换至另一喷嘴供给形成支撑结构的材料；当打印头10离开特定位置时，供给形成支撑结构的材料的喷嘴停止供给材料，转换至输送3D打印材料的喷嘴开始供给材料，继续3D模型的打印成型。最终，形成在特定位置具有支撑结构的3D打印模型。使形成支撑结构的材料与3D打印材料不同，可以在解决模型在烧结过程中变形、坍塌问题的同时，使支撑结构容易去除。优选的，形成支撑结构的材料为在成型后具有一定强度且烧结时可以碳化或灰化的材料，例如高分子材料。

继续参照图1所示，3D打印装置还包括加热部件11。加热部件11用于对形成于所述载置台上的成型体进行烧结。本实施例中，加热部件11固定设置于第二部分5的侧壁上。优选的，在第二部分5的壁上设置固定孔21，加热部件11设置于固定孔21中。在一个实施例中，加热部件11为发热体，如硅钼发热体，硅碳发热体，铬酸镧发热体、PTC发热体、铝发热、石墨发热体中的至少一种。该实施例中，加热部件11设置于第二部分5的内壁，当第一部分4和第二部分5闭合时，加热部件11为形成的容纳腔体内的闭合空间提供热量，以对成型体进行烧结。优选的，该实施例中，第一部分4的第一平面侧壁13、第一平面上壁14、第一平面底部15、门上以及第二部分5的第二平面侧壁17、第二平面上壁18、第二平面底部19上设置有保温、隔热材料。优选的，保温、隔热材料为玻璃纤维、石棉、铝箔隔热膜、发泡板、气凝胶毡中的至少一种。

使用发热体提供热量进行烧结是依靠发热体将热能通过对流、传导和辐射方式传递给被加热物质，热量是从外向内传递，烧结时间长，导致生产效率低。并且，在烧结过程中，零件内外受热不均，使其在烧结过程中即容易变形、破裂，良品率低。此外，烧结后的零件，内应力去除效果较差，容易开裂。在另一实施例中，本发明优选加热部件11为微波发生装置。该实施例中，加热部件11设置于第二部分5的外壁，当第一部分4和第二部分5闭合时，加热部件11对容纳腔体内的空间提供微波，微波具有的特殊波段与3D打印材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在磁场中的介质损耗使其整体被加热至烧结温度而实现致密化。利用微波烧结，3D模型内外整体同时加热，升温速度快，烧结时间短、效率高，模型件内外受热均匀，烧结后热应力小。并且，微波烧结过程中容纳腔体内不产生过高的热量，不需保证容纳腔体处于高度密闭状态以维持温度，操作条件容易实现，设备结构简单。优选的，在该实施例中，第一部分4的第一平面侧壁13、第一平面上壁14、第一平面底部15、门上以及第二部分5的第二平面侧壁17、第二平面上壁18、第二平面底部19上设置有微波屏蔽材料。优选的，微波屏蔽材料为紫铜网、导电橡胶、导电布、导电涂料中的至少一种。

当然，本发明的内容并不限于上述实施例中，例如加热部件11还可以布置于所形成的容纳腔体内部。

接下来，对使用上述实施例中任一原位烧结的3D打印装置进行3D打印成型的方法进行说明。

使用原位烧结的3D打印装置进行3D打印成型的方法包括以下步骤：

（1）准备3D打印材料；

（2）通过控制系统控制第二部分5与第一部分4分离，使第二部分5移动到第一位置；

（3）通过控制系统控制打印头10移动至载置台9的台面23上方；

（4）使打印头10输送3D打印材料至载置台9的台面23表面上，通过控制系统控制打印头10按预定的轨迹运动，打印成型模型胚体；

（5）通过控制系统控制打印头移动到第一部分4和第二部分5闭合后能够形成的容纳腔体之外；

（6）通过控制系统控制第二部分5与第一部分4闭合；

（7）通过加热部件对模型胚体进行原位烧结。

在一个实施例中，控制系统控制载置台转动，通过打印头的纵向、横向移动以及载置台转动的实现3D模型的成型。

在一个实施例中，3D打印材料为金属、陶瓷、聚合物中的至少一种。优选的，3D打印材料为金属、陶瓷、聚合物的混合物。更优选，金属以及所述陶瓷为粉末状，所述聚合物具有粘性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原位烧结的3D打印装置，包括：容纳腔体、框架本体、打印头、载置台、第一驱动机构、第二驱动机构以及加热部件；

所述容纳腔体包括固定设置于框架本体上的第一部分以及可相对于所述第一部分移动的第二部分；所述第二部分移动到第一位置时，所述第一部分和所述第二部分分离；所述第二部分移动到第二位置时，所述第一部分和所述第二部分闭合，形成闭合空间；

所述载置台的台面设置于所形成的闭合空间内，用于接收从所述打印头输送的3D打印材料；

所述第一驱动机构用于驱动所述容纳腔体的所述第二部分移动；

所述第二驱动机构用于驱动所述打印头移动；

所述加热部件用于对形成于所述载置台上的成型体进行烧结。

2.根据权利要求1所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：所述第一部分与所述第二部分相对侧的端面具有第一形状，所述第二部分与所述第一部分的相对侧的端面具有与所述第一形状相配合的第二形状，第一形状与第二形状能够形成密封结构。

3.根据权利要求2所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：所述第一部分与所述第二部分相对侧的端面具有凹部，所述第二部分与所述第一部分的相对侧的端面具有与所述凹部相配合的凸部；或者，所述第一部分与所述第二部分相对侧的端面具有凸部，并且所述第二部分与所述第一部分相对侧的端面具有与所述凸部相配合的凹部。

4.根据权利要求1所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：所述加热部件布置于所形成的容纳腔体内部或布置于所述第一部分和/或所述第二部分的壁上。

5.根据权利要求1或4所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：所述加热部件为微波发生装置。

6.根据权利要求4所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：所述第一部分以及所述第二部分的壁上设置有微波屏蔽材料。

7.根据权利要求6所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：所述微波屏蔽材料为紫铜网、导电橡胶、导电布、导电涂料中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的原位烧结的3D打印装置，其特征在于：包括控制系统，所述控制系统对所述第一驱动机构以及所述第二驱动机构进行控制。

9.使用上述任一项所述的原位烧结的3D打印装置进行3D打印成型的方法，包括以下步骤：

（1）准备3D打印材料；

（2）通过控制系统控制所述第二部分与所述第一部分分离，使所述第二部分移动到第一位置；

（3）通过控制系统控制所述打印头移动至所述载置台上方；

（4）通过所述打印头输送3D打印材料至所述载置台的台面上，通过所述控制系统控制所述打印头按预定轨迹运动，打印成型模型胚体；

（5）通过控制系统控制所述打印头移动到所述第一部分和所述第二部分闭合后能够形成的容纳腔体之外；

（6）通过控制系统控制所述第二部分与所述第一部分闭合；

（7）通过所述加热部件对所述模型胚体进行原位烧结。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述3D打印材料为金属、陶瓷、聚合物的混合物。