[发明专利]电阻焊式金属三维打印机及其使用方法

说明书

技术领域

本发明主要使用在三维打印领域。

背景技术

SLS（Selective laser sintering）选区激光烧结技术：SLS选区激光烧结技术是通过预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非 金属粉末），然后让激光在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该方法制造工艺简单，材料选择范围广，成型速度快，主要应用于铸造业直接制作快速模具。

SLS三维打印机使用的激光器成本较高，而且激光器寿命有限需要定期更换。

电阻焊（Resistance welding）就是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。

本发明之前，电阻焊尚未使用在三维打印过程中。

基于电弧焊的金属3D打印机：利用电弧焊接的原理，在三维空间移动打印头，使得焊接头上的焊丝能按照3D编程的设置逐层焊接，进而形成一个完整的3D固态物体形状产品。

基于电弧焊的金属3D打印机（专利号CN201420250363.6）和FDM（Fused Deposition Modeling 熔融沉积成型）类似，该技术难以打印大倾角、或者 重心偏上支撑面小的模型，比如蘑菇模型。更难以打印被吊起，或者悬空的模型。本技术也难以一次打印多种金属。

发明内容

本发明提供一种廉价的金属三维打印机。该三维的打印机可以打印悬空的、大倾角的模型。本发明还可以一次打印多种的金属（或者其他导电材料）。

本发明工作时，首先在金属底板或者前面一层打印的表面均匀地铺一层金属粉末（或者其他导电材料的粉末）。金属粉末有三个作用：1 构成打印模型的材料。2粉末起支撑作用，从而实现悬空的、大倾角于模型的打印。3 最上层以外的粉末连接金属底板和最上层的粉末，提供电流。

可根据需要，在不同位置，铺不同材料的粉末；从而实现多种材料的一次打印。但是整体上粉末要均匀而且高度一致。

铺粉工作完成后，即可用电阻焊的方式固化粉末。本发明采用针状电极，末端尖锐，保证 在整个通电回路中，电极尖端和粉末接触的地方横截面积最小、电阻最大。电极材料耐高温，保证在粉末熔化的时候，电极不熔化不变软。采用坚硬耐磨电极，减缓电极在粉末中移动时的磨损。

把电极移动到 粉末表面。此时给电极和金属底板通电。因为电极和粉末表面接触的地方电阻最大，所以会产生很多的热量。热量将粉末熔化并粘在一起，同时也和下面一层焊接在了一起。其他地方的电阻较小，虽然有同样的电流强度，但是产生的热量并不多。

因为焊接过程不需要昂贵的激光器，这样设备整体成本就比较低了。

根据图纸，移动电极，便在电极移动的轨迹处，形成了 焊接在一起的 且 坚固实在的金属。在图纸不需要的地方，只移动电极，不通电。

打印完一层，提升电极，并重复铺粉和电阻焊的工作，便实现了金属三维打印。

第一层粉末较厚，保证被打印的物体不会焊接到底板上。

底板材料必须是导电材料，将电流输送到已经固化或者没有固化的粉末；底板必须坚硬，能承受一定的打印重量；底板必须表面光滑，不容易粘住被打印的物体；底板还必须是难熔金属做成，在粉末熔化的时候，底板不能熔化或者变软。

电阻焊结既包括点焊，又包括缝焊。点焊是脉冲的方式工作，缝焊是连续的工作。本发明和缝焊一样，多数情况下电极都是连续的通电。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。图中，1、三维移动装置；2、钨电极；3、钨电极导线；4、铺粉器；5、金属粉末（包括已经固化 和 没有固化的）；6、底板；7、底板导线。

具体实施

下面结合附图对本发明进行描述，很显然的，附图所描述的仅仅是本发明的一部分而不是全部实施例。

如图1所示，本发明包括 三维移动装置（1）、其上的钨电极（2）、电极导线（3） 和 金属底板（6）、底板导线（7），本发明还包括一个铺粉器（4）。

三维移动功能，可以直接使用传统的FDM打印机的三维移动部分实现。铺粉功能直接采用SLS的铺粉器实现。

使用金属底板作为打印平台，可以方便的给粉末通电。

使用钨铜合金电极保证，熔化粉末时电极不熔化。钨电极尖端小于0.1毫米，提高其电阻值，保证40A的电流就可以熔化铁粉。电源采用3V40A的开关电源，不必使用电阻焊专用设备。