CN111850617B - 一种金属3d打印方法及打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属3D打印方法,其用于金属3D打印机，所述金属3D打印机包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、阴极成型平台和两组压电式喷头，所述X轴运动组件、Y轴运动组件带动所述压电式喷头在X轴和Y轴方向移动，所述Z轴运动组件带动所述阴极成型平台在Z轴方向移动，其特征在于，包括：其中一组所述压电式喷头将电解液从阳极喷嘴喷射到所述阴极成型平台表面，金属原子沉积在受冲击的阴极区域；另一组所述压电式喷头喷射出导电材料沉积出支撑模型的支撑部；所述阴极成型平台下降到下一层，重复上述步骤，直到整个零件打印完成。

Description

一种金属3D打印方法及打印机

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种金属3D打印方法及打印机。

背景技术

金属3D打印技术，因为能够打印结构强度高，应用性强的金属零件，而备受推崇。目前业内所使用的金属3D打印技术，主要为SLM选区激光熔化技术,EBM电子束选择性熔化技术，LMD激光熔覆式成型技术等。

SLM选区激光熔化技术使用高功率密度激光器激光束使金属粉末完全熔化，直接成型金属件。开始激光束扫描前，水平铺粉辊先把金属粉末平铺到加工室的基板上，然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上的粉末，加工出当前层的轮廓，然后可升降***下降一个图层厚度的距离，滚动铺粉辊再在已加工好的当前层上铺金属粉末，设备调入下一图层进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。整个加工过程在抽真空或通有气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下与其他气体发生反应。

EBM电子束选择性熔化技术是采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末，从而使得粉末材料熔化成形。EBM电子束选择性熔化技术的工艺过程为：先在铺粉平面上铺展一层粉末；然后，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成形的部分粘接，层层堆积，直至整个零件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。上位机的实时扫描信号经数模转换及功率放大后传递给偏转线圈，电子束在对应的偏转电压产生的磁场作用下偏转，达到选择性熔化。

LMD激光熔化沉积技术，在成型过程中，通过喷嘴将粉末聚集到工作平面上，同时激光束也聚集到该点，将粉光作用点重合，通过工作台或喷嘴移动，获得堆积的熔覆实体。LMD技术使用的是千瓦级的激光器，由于采用的激光聚焦光斑较大，一般在1mm以上，虽然可以得到冶金结合的致密金属实体，但其尺寸精度和表面光洁度都不太好，需进一步进行机加工后才能使用。

目前业内所使用的金属3D打印技术，大都采用热加工将金属粉末融化成型的方式，所使用核心部件如激光、振镜、电子束及金属粉末等都非常昂贵。对工作环境等要求较高，对操作人员要求较高。受制于振镜、磁偏转器等影响，实际打印尺寸小，设备尺寸大而笨重。打印目前业内所使用的金属3D打印技术，具有打印精度较差，打印零件致密度不足，价格昂贵，设备操作难度高，打印范围小，设备尺寸大等问题。因此，业内迫切需要价格低廉、打印精度高、操作简单的金属3D打印技术。

发明内容

本发明提供了一种金属3D打印方法，旨在解决上述问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种金属3D打印方法，其用于金属3D打印机，所述金属3D打印机包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、阴极成型平台和两组压电式喷头，所述X轴运动组件、Y轴运动组件带动所述压电式喷头在X轴和Y轴方向移动，所述Z轴运动组件带动所述阴极成型平台在Z轴方向移动，包括以下步骤：

其中一组所述压电式喷头将电解液从阳极喷嘴喷射到所述阴极成型平台表面，金属原子沉积在受冲击的阴极区域；

另一组所述压电式喷头喷射出导电材料沉积出支撑模型的支撑部；

所述阴极成型平台下降到下一层，重复上述步骤，直到整个零件打印完成。

在本发明的金属3D打印方法中，还包括：取出打印的产品，将支撑部去除，得到打印的零件。

在本发明的金属3D打印方法中，所述取出打印的产品，将支撑部去除，得到打印的成品包括使用加热融化或化学溶液溶解将支撑部去除。

在本发明的金属3D打印方法中，所述压电式喷头从阳极喷嘴垂直喷射到所述阴极成型平台表面。

在本发明的金属3D打印方法中，所述电解液包括金属盐溶液，其用于为电沉积提供金属阳离子。

在本发明的金属3D打印方法中，所述电解液还包括酸溶液、碱溶液，其作为催化剂，用于提高电沉积效率。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种金属3D打印机，其采用了上述的金属3D打印方法。

本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请设计了一种金属3D打印方法及打印机，本申请基于喷射电沉积法与微滴喷射原理，具有价格低廉、打印精度高、操作简单的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的打印机的部分结构示意图；

图2是本发明实施例的打印实例示意图。

标号说明:

1、X轴滑块；11、X轴导轨；2、Y轴滑块；21、Y轴滑块；3、压电式喷头；31、Y轴滑块；4、阴极成型平台；5、Z轴滑块；51、Z轴导轨。

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。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明公开了一种金属3D打印方法，本申请是基于喷射电沉积法与微滴喷射原理，该方法用于金属3D打印机。金属3D打印机包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、阴极成型平台4和两组压电式喷头3。X轴运动组件、Y轴运动组件带动压电式喷头在X轴和Y轴方向移动；Z轴运动组件带动所述阴极成型平台在Z轴方向移动。该金属3D打印方法包括步骤S101-S104。

S101、其中一组所述压电式喷头将电解液从阳极喷嘴喷射到所述阴极成型平台表面，金属原子沉积在受冲击的阴极区域。

具体地，在打印金属部件时，X轴运动组件和Y轴运动组件带动压电式喷头运动到打印的位置，其中的一组压电式喷头将电解液精确的从阳极喷嘴喷射到阴极成型平台表面，使得电沉积反应在喷射流与阴极成型平台表面冲击的区域发生，金属原子沉积在受冲击的阴极成型平台。

S102、另一组所述压电式喷头喷射出导电材料沉积出支撑模型的支撑部。

具体地，另外一组压电式喷头在打印过程中，喷射出导电材料，沉积出用于支撑模型悬空部分的支撑部，从而完成当前一层打印。

S103、所述阴极成型平台下降到下一层，重复步骤S101和步骤S102，直到整个零件打印完成。

当第一层金属件和支撑部打印完成后，阴极成型平台下降到下一层。随后重复上述的动作。即一组压电式喷头将电解液精确的从阳极喷嘴喷射到阴极成型平台表面，使得电沉积反应在喷射流与阴极成型平台表面冲击的区域发生，金属原子沉积在受冲击的阴极成型平台。另外一组压电式喷头在打印过程中，喷射出导电材料，沉积出用于支撑模型悬空部分的支撑部，从而完成当前层打印。如此层层加工，直到整个零件打印完毕。本申请具有价格低廉、打印精度高、操作简单的优点。

在一个可选的实施例中，本申请还包括S104、取出打印的产品，将支撑部去除，得到打印的零件。具体地，用户只需要打印的零件，而不需要支撑部，需要将支撑部去除。导电材料具有良好的导电性，并且具备低熔点或是易溶解性。支撑部的固态状态下能够在300℃以内的温度融化，或容易被化学溶剂溶解。压电喷出的电解液包括金属盐溶液，其用于为电沉积提供金属阳离子。为了进一些提高电沉积的效率，可在金属盐溶液中添加酸溶液、碱溶液或是其它的催化剂。金属盐溶液包括硫酸铜，氯化铜等，硝酸铜。酸溶液包括硝酸，硫酸，盐酸等。碱溶液包括氢氧化钠，碳酸钠等，其它的催化剂包括次磷酸钠，氧化铝微粉，氯化钯等。请参照图2所示，图中黑色部分为打印的金属字母Q，灰色斜线区域为用于支撑模型的导电材料，打印结束后，使用加热融化去除或化学溶液溶解去除用于支撑模型的导电材料，最终得到打印的金属零件模型。

在一些较优的实施例中，为了增加成型的精度，压电式喷头从阳极喷嘴垂直喷射到所述阴极成型平台表面。通过此方式以减少重力对喷射位置精度的影响。

本实施例中，X轴运动组件包括X轴滑块1和X轴导轨11。Y轴运动组件包括Y轴滑块2和Y轴滑块21。Z轴运动组件包括Z轴滑块5和Z轴导轨51。该方法基于喷射电沉积法与微滴喷射原理,打印时X轴滑块1，X轴导轨11，Y轴滑块2，Y轴滑块21，带动喷头做XY轴运动。Z轴运动组件带动阴极成型平台在Z轴方向运动。

本申请还保护一种金属3D打印机，该3D打印机采用了上述基于喷射电沉积法与微滴喷射原理的金属3D打印方法。本申请包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、阴极成型平台4和两组压电式喷头3。X轴运动组件、Y轴运动组件带动压电式喷头在X轴和Y轴方向移动；Z轴运动组件带动所述阴极成型平台在Z轴方向移动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种金属3D打印方法，其用于金属3D打印机，所述金属3D打印机包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、阴极成型平台和两组压电式喷头，所述X轴运动组件、Y轴运动组件带动所述压电式喷头在X轴和Y轴方向移动，所述Z轴运动组件带动所述阴极成型平台在Z轴方向移动，其特征在于，包括以下步骤：

S101、其中一组所述压电式喷头将电解液从阳极喷嘴喷射到所述阴极成型平台表面，金属原子沉积在受冲击的阴极区域；

S102 、另一组所述压电式喷头喷射出导电材料沉积出支撑模型的支撑部；

S103、所述阴极成型平台下降到下一层，重复步骤S101和S102 ，直到整个零件打印完成。

2.根据权利要求1所述的金属3D打印方法，其特征在于，还包括：

取出打印的产品，将支撑部去除，得到打印的零件。

3.根据权利要求2所述的金属3D打印方法，其特征在于，所述取出打印的产品，将支撑部去除，得到打印的成品包括使用加热融化或化学溶液溶解将支撑部去除。

4.根据权利要求3所述的金属3D打印方法，其特征在于，所述压电式喷头从阳极喷嘴垂直喷射到所述阴极成型平台表面。

5.根据权利要求1所述的金属3D打印方法，其特征在于，所述电解液包括金属盐溶液，其用于为电沉积提供金属阳离子。

6.根据权利要求1所述的金属3D打印方法，其特征在于，所述电解液还包括酸溶液、碱溶液，其作为催化剂，用于提高电沉积效率。

7.一种金属3D打印机，其特征在于，采用了如权利要求1-6任一项所述的金属3D打印方法。

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