CN108580891A - 一种三维打印快速成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维打印快速成型方法，所述方法步骤包括：在基座上铺展第一颗粒形成第一层；将计算机控制的粘合剂射流引导至所述第一层的选定区域上，所述选定区域由所述计算机指定图案控制；在所述第一层上的所述选定区域上铺展第二颗粒形成第二层，所述第二层与所述第一层用所述粘合剂粘合；重复上述步骤直到制品形成；硬化所述粘合剂；将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来。本发明提供的快速成型方法可以很好地满足三维快速成型的造型需要，并且尽量较少了材料的浪费和污染，且所采用的材料价格适宜，储量丰富，经济实惠，具有较高的经济和科技价值。

Description

一种三维打印快速成型方法

技术领域

本发明涉及三维打印成型技术领域，具体为一种三维打印快速成型方法。

背景技术

快速造型工艺广为人知，是以一层接一层顺序堆积的许多层逐渐形成制品(如金属铸模、原型件等)。这种方法的一种变体是所称的SLA1系统，其中，计算机控制的聚焦UV激光扫描可光聚合液体聚合物浴的顶面，选择性地使聚合物聚合，在此处激光束冲击聚合物，于是在聚合物浴的顶面形成了第一固体聚合物层。随后该固体聚合物层沉入聚合物浴中，这样一层新的液体聚合物层覆盖了固体层。再次利用激光聚合工艺来产生第二固体聚合物层，如此往复，直到多次叠合的固体聚合物层形成所需的制品。快速造型技术的另一种变体被称做选择性激光烧结工艺，其中计算机控制的激光束使疏松压实粉末(如塑料、金属、陶瓷、蜡等)的复合层选定区域逐层烧结，直至整个制品全部构造完成。快速造型的另外一种变体被称为三维打印快速造型技术，其中计算机控制的喷墨打印设备(例如连续喷射型或按需滴落型)根据计算机指定的图案从一个或多个喷嘴中将粘合剂流喷到第一层疏松颗粒(例如直径为大约60μm到大约140mμ)的选定区域。用微型计算机，例如用计算机辅助设计(CAD)工作中的计算机，根据制品的三维(3D)计算机模型和二维(2D)层片模型控制喷嘴是本领域技术人员常用的手段。然后，疏松颗粒的第二层置于第一层的顶上，同时随着第一层的形状，喷墨机有选择地喷出粘合剂流到第二层颗粒上。在施加粘合剂前，通过沉积干燥的颗粒或悬浮于挥发液体中的颗粒到制品表面形成颗粒层。使用时，在其上沉积第二层之前，允许至少部分挥发性液体从第一层蒸发。逐层重复该工艺步骤，直到完成该制品。在下一层颗粒到达之前，该层上的粘合剂至少部分已经硬化(例如干燥或固化)。其后完成的制品可以被加热，以进一步干燥/固化粘合剂，从而提供给制品足够的湿态强度以进行处理，或者在不导致制品变形或损坏的情况下允许这些疏松的、未粘合的颗粒与粘接的颗粒分离。然后，制品可以进一步被加热以将颗粒烧结或焊合形成完成的多孔制品。根据制品预定的用途，决定是否需要用合适的渗透剂(如聚合物或液相线温度比烧结金属颗粒低的金属)进行渗透来密合制品、减少孔隙率。

利用三维打印快速造型技术制造由Al或Mg或它们的合金(以后以Al/Mg颗粒表示)的颗粒形成轻量级的制品是非常合适的。但是，迄今为止，这种方法还不能实现，这是由于Al/Mg颗粒比较活泼，且易于在空气中氧化而在颗粒表面形成氧化膜，从而阻止颗粒相互烧结或熔接在一起。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维打印快速成型方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维打印快速成型方法，所述方法步骤包括：

在基座上铺展第一颗粒形成第一层；

将计算机控制的粘合剂射流引导至所述第一层的选定区域上，所述选定区域由所述计算机指定图案控制；

在所述第一层上的所述选定区域上铺展第二颗粒形成第二层，所述第二层与所述第一层用所述粘合剂粘合；

重复上述步骤直到制品形成；

硬化所述粘合剂；

将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来。

优选的，一颗粒与所述第二颗粒为相同材质颗粒。

优选的，所述第一颗粒和所述第二颗粒为单质的材料，所述材料包括Al、Mg、Si、Cu、Ni、Zn和Sn。

优选的，所述第一颗粒和所述第二颗粒包括合金的材料，所述材料选自Al、Mg、Si、Cu、Ni、Zn和Sn。

优选的，所述的将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来的方法包括，对所述粘合剂高温熔化，将与所述粘合剂粘合的颗粒和未与所述粘合剂粘合的颗粒分离，所述熔化温度高于所述粘合剂的熔点且低于所述第一颗粒和所述第二颗粒中较低的熔点温度。

优选的，所述第一颗粒和所述第二颗粒包括金属芯层和金属涂层，所述金属芯层为Al、Mg及它们的合金，所述金属涂层位于所述芯层上以保护所述芯层在所述熔化前不被氧化，所述金属涂层包括的金属能在低于所述芯层的液相线温度下熔化或者能够与所述芯层合金化后熔化，且在非氧化气氛下被加热到低于所述芯层的液相线温度的温度时其氧化物可被还原。

优选的，所述金属涂层包括Cu、Ni、Zn和Sn。

优选的，所述金属涂层包括在所述Cu下面的金属层，所述金属层与所述Cu形成在低于所述液相线温度下熔化的合金。

优选的，所述第一层和所述第二层包含重量为约2％到约40％的烧结助剂，加热后所述助剂促进瞬间液相烧结。

优选的，所述烧结助剂包含约50％Al和约50％Mg。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的快速成型方法可以很好地满足三维快速成型的造型需要，并且尽量较少了材料的浪费和污染，且所采用的材料价格适宜，储量丰富，经济实惠，具有较高的经济和科技价值。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的方法流程示意图，下面结合图1对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种三维打印快速成型方法，所述方法步骤包括，在基座上铺展第一颗粒形成第一层；将计算机控制的粘合剂射流引导至所述第一层的选定区域上，所述选定区域由所述计算机指定图案控制；在所述第一层上的所述选定区域上铺展第二颗粒形成第二层，所述第二层与所述第一层用所述粘合剂粘合；重复上述步骤直到制品形成；硬化所述粘合剂；将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来。

其中，所述第一颗粒与所述第二颗粒为相同材质颗粒，当然，由于设计的不同，第一颗粒和第二颗粒也可以分别选择不同材质的颗粒。

所述第一颗粒和所述第二颗粒可以为单质的材料，包括Al、Mg、Si、Cu、Ni、Zn和Sn这些单质形成的单质材料。或者，所述第一颗粒和所述第二颗粒也可以为合金的材料，包括Al、Mg、Si、Cu、Ni、Zn和Sn这些单质中任意两种或者两种以上的材料按照任意比例形成的合金材料。

另外的，当需要将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来时，具体步骤为：对所述粘合剂高温熔化，将与所述粘合剂粘合的颗粒和未与所述粘合剂粘合的颗粒分离，所述熔化温度高于所述粘合剂的熔点且低于所述第一颗粒和所述第二颗粒中较低的熔点温度。通过不同熔点的温度控制，可以将已经粘合的和没有完全粘合的颗粒进行分离，从而保证计算机所设计的造型的顺利完成。

当在使用融化这一方法分离颗粒时候，所述第一颗粒和所述第二颗粒包括金属芯层和金属涂层，所述金属芯层为Al、Mg及它们的合金，所述金属涂层位于所述芯层上以保护所述芯层在所述熔化前不被氧化，所述金属涂层包括的金属能在低于所述芯层的液相线温度下熔化或者能够与所述芯层合金化后熔化，且在非氧化气氛下被加热到低于所述芯层的液相线温度的温度时其氧化物可被还原。

在一些实施例中，所述金属涂层包括Cu、Ni、Zn和Sn。在另外一些实施例中，所述金属涂层包括在所述Cu下面的金属层，所述金属层与所述Cu形成在低于所述液相线温度下熔化的合金。

为了确保颗粒烧结的顺利进行，所述第一层和所述第二层包含重量为约2％到约40％的烧结助剂，加热后所述助剂促进瞬间液相烧结。所述烧结助剂包含约50％Al和约50％Mg，由于Al和Mg熔点较低，氧化物性质稳定，且价格合理，能够很好地满足需要。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种三维打印快速成型方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

在基座上铺展第一颗粒形成第一层；

将计算机控制的粘合剂射流引导至所述第一层的选定区域上，所述选定区域由所述计算机指定图案控制；

在所述第一层上的所述选定区域上铺展第二颗粒形成第二层，所述第二层与所述第一层用所述粘合剂粘合；

重复上述步骤直到制品形成；

硬化所述粘合剂；

将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来。

2.根据权利要求1所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述第一颗粒与所述第二颗粒为相同材质颗粒。

3.根据权利要求1所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述第一颗粒和所述第二颗粒为单质的材料，所述材料包括Al、Mg、Si、Cu、Ni、Zn和Sn。

4.根据权利要求1所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述第一颗粒和所述第二颗粒包括合金的材料，所述材料选自Al、Mg、Si、Cu、Ni、Zn和Sn。

5.根据权利要求1所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述的将未粘合的颗粒与所述粘合剂粘合的颗粒分离开来的方法包括，对所述粘合剂高温熔化，将与所述粘合剂粘合的颗粒和未与所述粘合剂粘合的颗粒分离，所述熔化温度高于所述粘合剂的熔点且低于所述第一颗粒和所述第二颗粒中较低的熔点温度。

6.根据权利要求5所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述第一颗粒和所述第二颗粒包括金属芯层和金属涂层，所述金属芯层为Al、Mg及它们的合金，所述金属涂层位于所述芯层上以保护所述芯层在所述熔化前不被氧化，所述金属涂层包括的金属能在低于所述芯层的液相线温度下熔化或者能够与所述芯层合金化后熔化，且在非氧化气氛下被加热到低于所述芯层的液相线温度的温度时其氧化物可被还原。

7.根据权利要求6所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述金属涂层包括Cu、Ni、Zn和Sn。

8.根据权利要求6所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述金属涂层包括在所述Cu下面的金属层，所述金属层与所述Cu形成在低于所述液相线温度下熔化的合金。

9.根据权利要求1所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述第一层和所述第二层包含重量为约2％到约40％的烧结助剂，加热后所述助剂促进瞬间液相烧结。

10.根据权利要求9所述的三维打印快速成型方法，其特征在于，所述烧结助剂包含约50％Al和约50％Mg。