[发明专利]三维打印机以及三维打印机的打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维打印领域，具体地说，是涉及一种类型的三维打印机以及打印方法。

背景技术

三维（3D）快速成型，也被称为增材制造，基本原理是通过打印或铺设连续的材料层来产生三维物体。三维快速成型设备或三维打印机通过转换物体的三维计算机模型并产生一系列截面切片来工作，然后，打印每个切片，一个在另一个的顶部上，从而产生最终的三维物体。

三维快速成型的方法主要包括的类型为：立体平板印刷或光固化（Stereolithography,SLA)、分层实体制造（Laminated object manufacturing, LOM)、选择性激光熔化（Selective laser Melting, SLM)、熔融沉积成型（Fused deposition modeling, FDM)。

目前，市面上FDM类型的3D打印机最为常见，这种类型的3D打印机的生产成本较低，且打印的操作较为便利，初学者容易掌握。其主要原理是将线状丝材如PLA（聚乳酸）通过高温喷嘴熔融，然后利用后续线材的连续挤压，将熔融状的材料通过喷嘴出口挤出，然后熔融状材料在打印平台上层层堆积而产生三维物体，例如在申请号为CN201410827191.9、CN201510054483.8和CN201510313735.4的中国发明专利申请文件中记载了FDM类型的三维打印机及其工作原理。由于上述3D打印机采用丝料熔融分层累积的方法，这样会造成打印成型时间较长。并且由于成型材料的层与层之间仅仅是通过熔融状的材料黏结后冷却连接在一起的，而当层与层之间的材料温度不同时，就会造成层与层之间的粘接关系不牢固，造成成型物体的结构强度不稳定。当三维成型物体在放置一段时间之后，层与层之间甚至会出现分开的现象。

另外，对于粉末激光烧结成型的SLM类型的 3D打印，其基本原理是在打印平台上铺设一层粉末材料后再用激光选择性烧结，然后用粉末材料再铺设下一层再激光烧结一次，循环上述步骤后可得到三维立体实物。但是激光烧结的方式需要耗费大量的能源才能使得粉末在高温熔化后成型，并且这种3D打印设备需要非常专业的维护，消耗的成本极大。例如在申请号为201420377082.7的中国实用新型专利申请中公开了一种金属粉末激光烧结三维打印机，其通过铺粉辊完成打印平台上的铺粉工作，之后再进行选择性激光烧结，这种打印机不仅铺粉工作的效率不高，而且激光烧结的过程需要耗费大量能源且也会降低工作效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种金属三维物体成型迅速的三维打印机。

本发明的另一目的是提供一种金属三维物体的快速成型的三维打印机的打印方法。

本发明提供的三维打印机的打印方法，三维打印机包括：

打印头，打印头盛装有三维打印材料，其特征在于:三维打印材料包括金属粉末和黏结剂，且金属粉末在三维打印材料中所占重量百分比在60%以上；

打印方法包括下面的步骤：

初步成型步骤：用加热装置对三维打印材料进行加热处理，加热装置的加热温度为50℃至300℃，黏结剂在50℃至300℃下将金属粉末黏结，把三维打印材料挤出在打印平台上形成初步固化物体；

烧结步骤，把初步固化物体烧结固化为成型物体。

由上述方案可见，这种打印方法过程简单、迅速，只采用了一个打印头就可以把混合后的金属粉末和黏结剂依据三维打印的方式成型在打印平台上，黏结剂对金属粉末起到了初步的固化作用，避免金属粉末在打印平台上发生坍塌。待三维物体初步成型完成之后，再通过烧结步骤去除黏结剂并使得金属粉末之间发生较强作用力的成型固化，最终实现三维物体的成型。研发过程中发现，金属粉末的重量百分比应该控制在60%以上，因为当金属粉末在这个范围内时，可以找到合适的黏结剂材料而对金属粉末起到初步固化作用；然而，当金属粉末小于60%时，则容易造成三维物体成型过程的失败。

一个优选的方案是，三维打印材料由质量分数60%至70%的金属粉末以及30%至40%的黏结剂组成，金属粉末为青铜、钴基合金、铜基合金、金基合金、镍基合金、不锈钢、铁、铅/锌合金中的至少一种，黏结剂为聚乙二醇类黏结剂、聚甲基丙烯酸甲酯黏结剂、聚氧化乙烯类黏结剂中的至少一种；

由上述方案可见，本领域普通技术人员可以根据需求对金属粉末和黏结剂的种类、配比进行选择或调整。而按照上述的优选方案选择打印材料并进行打印时，三维物体的成型效果更好。