[发明专利]一种多头协同3D打印设备及打印方法

说明书

本发明公开了一种多头协同3D打印设备和方法；所述3D打印设备包括三轴位移平台、打印头模块、移动托板和控制单元；三轴位移平台不限于桌面式三轴平台及非桌面式三轴平台；打印头模块安装在三轴位移平台上，包括打印头安装板和打印头组合；打印头组合可包含不同规格的3D打印头，一种规格的3D打印头为利用压电驱动的打印头，可达到高精度的打印效果；另一种规格的3D打印头为利用电磁驱动的打印头，可达到高效率的打印效果；本3D打印设备和打印方法可打印金属或非金属材料；打印过程无需惰性气体保护，不需要激光加热装置及铺粉装置，显著提高了工作效率；大幅降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及3D打印技术，尤其是一种多头协同3D打印设备及打印方法。

背景技术

3D打印技术是基于离散-堆积制造原理的增材制造技术，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来实现三维产品的制造。与传统的制造技术相比，3D打印技术不必去除大量材料，不必通过复杂的制造加工工艺，也不必事先制造生产模具，特别是与产品结构拓扑优化技术结合后，极大的实现了产品的结构优化，同时节约了材料和能源。因此，3D打印技术是对传统制造业的一种变革，特别是在金属制造行业，3D金属打印具有广阔的发展前景。

目前常用的3D打印技术有熔融沉积成型技术(Fused DepositionSLS)、直接激光烧结技术(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)、选择性激光熔融技术(SelectiveLaser Melting,SLM)、电子束熔融成型技术(Electron Beam Melting,EBM)。打印设备都是由烧结/熔化部件，铺粉装置、运动平台组成，基本原理都是对粉料进行加热，使其与已经固化的结构部分粘结，逐层固化、凝结成型的过程。其中附图1示出了SLS选择性激光烧结3D打印技术原理。

如上所述，无论现有的哪种打印方法，针对打印材料来说，都需将其制备成粉末态，再混合粘接剂或其他原料，以供3D打印装置使用。另外，针对钛合金和铝合金一些常用金属材料，打印过程中都需要有惰性气体的保护，其高温成型的工艺使得冷却后的金属表面硬度较高，再次加工难度很大。同时，现有的打印方法和设备难以实现多种材料的打印。

针对打印设备而言，多数金属打印时，都需要真空环境，激光加热设备/或者电子束加热设备，这些设备需整合在一起，不仅工艺复杂，设备使用和维护也相当繁琐；同时，使得整个3D打印设备造价昂贵，其应用的广泛性受到相当的制约；也造成了设备体积庞大，应用空间受限。

针对打印成件来说，除了SLM选择性激光熔融3D打印技术外，零件的力学性能都很难与传统的减材制造方法相匹敌，一般3D打印的零件，多用于成型简单形状、简单零件的毛坯等，造成了产品应用范围受到了相当大的限制。

目前，3D打印技术的驱动原理多样，不同实现原理的3D打印技术其成型方法不尽相同，主要由铺粉装置、送丝机构、气体压力驱动、压电驱动、电磁驱动等；

压电驱动方式主要由压电效应的逆效应来实现，通过对压电陶瓷施加一定的电功率，从而实现压电陶瓷的体积变化；

以稀土为主要原料的电磁驱动材料，其驱动特性同压电陶瓷的驱动特性类似，以Tb-Dy-Fe稀土超磁致材料为例，对比压电驱动材料其也有几个不同点：

输出功率大；

工作温度高，温度适应性好；

低电压驱动、滞后小；

没有压电陶瓷的老化、性能衰减现象；

响应频率较压电陶瓷偏低。

基于稀土超磁致电磁驱动材料的上述特性，以及压驱动器件的特性，本发明的优选实施案例中选择共同使用压电驱动的打印头和电磁驱动的打印头共同协作完成3D打印。

发明内容