[发明专利]金属件快速成型用打印头、打印装置和打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及快速成型技术领域，尤其涉及一种金属件快速成型用打印头、打印装置和打印方法。

背景技术

快速成型技术可以实现在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计(CAD)数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。其基本原理是“分层制造，逐层叠加”，类似于数学上的积分过程。

随着快速成型技术的飞速发展，目前主要通过如下几种方式来实现3D打印：

1、SLA主体光刻造型技术

技术原理：用特定波长与强度的激光聚集到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面的顺序凝固。然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一层面，不断重复该过程，直至成型。

2、SLS选择性激光烧结技术

技术原理：首先铺一层粉末材料，将材料预热到将要融化点，再使用激光在该层面上扫描，使粉末的温度升至融化点，然后烧结形成粘结，不断重复该过程，直至成型。

3.3DP三维粉末粘结技术

技术原理：通过使用液态连接体，将铺有粉末的各层固化，逐层创建出三维实体原型。

4.按需供墨多喷嘴喷墨打印技术

使用的油墨是UV固化墨。喷头的供墨方式是按需供墨(Drop On Demand)方式。喷头移动实现平面的扫描喷印，由与喷头固定在一起的UV灯实现油墨固化。

5.FDM熔积成型技术

该方法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高1℃)，在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。日常常见的入门级3D打印技术是利用塑料丝的融化粘接、堆积进行塑料模型的快速成型。

其中，金属零部件的3D打印快速成型技术是信息化与机械化高度融合的标志性技术之一。SLS选择性激光烧结技术虽然能够用于大型金属零部件的3D打印，但是激光熔融所制造的零件表面粗糙，实现3D堆积的密度较低，尺寸精度较差，远不能满足精密机械零部件制造的要求。同时激光设备的价格昂贵，能耗也大。

而SLA主体光刻造型技术，虽然能够为产品的前期设计与后期的修改提供3D实物，但是，产品的材质都不是金属类。

直接快速打印出金属件，是世界3D打印领域的研究热点之一。经过检索，可以发现国内也先后出现一些关于金属件快速打印的专利公开文件。其中，有关于采用电解刻蚀、电镀堆积进行金属件快速成型的技术。

中国专利申请第201310457824.7号，公开了一种电解刻蚀电镀堆积3D打印机，其包括X轴轨道架,Z轴轨道架,Y轴轨道架,万向数控转向架，导电底板,安装在万向数控转向架上的同轴套管打印头,与同轴套管打印头外管相连的回流外软管,与同轴套管打印头内管相连的自流内软管,装有电解液的储液槽,金属电极块,安装在回流外软管末端回吸电解液到储液槽的数控吸泵。该3D打印机通过金属电极块、电解质溶液、导电底板、直流电源构成电解装置，用电解质溶液电解在导电底板析出金属镀层作为堆积打印材料，或使导电底板与同轴套管打印头的电解质溶液接触部分发生氧化反应，金属铁导电底板逐渐被刻蚀，实现刻蚀阴模制作。

通过阅读第201310457824.7号的公开文件，本申请人发现上述技术方案是在同轴套管打印头罩设下进行逐点打印，打印效率依旧较低，且打印精度十分的低，仅适合打印体积较大、精度要求较低、结构较简单的金属件。

中国专利申请第201410418989.8号，公开了一种点阵阳极式电还原金属沉积零件3D打印装备，包括有计算机数控系统、装备基座、阳极数控垂直升降机构、以及电沉积系统，该电沉积系统包括有阳极、金属离子溶液工作槽、电化学电源、循环泵、过滤器、阴极以及工作时构成导电连接的工作基板，设有一水平x和y轴方向点阵分布状的阳极台面，每个点阵处均固定设有阳极并相互绝缘形成点阵分布式阳极台柱，该阳极台面朝向阴极及其工作时构成导电连接的工作基板，并与之形成能让金属离子溶液流转的缝隙配合，所有阳极均并联的与其电化学电源连接，所有阳极均为非溶性阳极，阳极台柱中还设有点阵分布的阳极输液通道与带压的金属离子溶液输送装置连通，计算机数控系统将待成型工件的三维图像数据转换为水平x和y轴方向点阵和垂直步进的三维控制数据，其控制信号一路与控制各阳极和电化学电源通断的电源智能控制处理器连接，控制信号另一路与控制阳极垂直升降的阳极数控升降机构的数控处理器连接。