[发明专利]一种3D打印设备及方法

说明书

本发明公开一种3D打印设备及方法，涉及增材制造技术，在3D打印时，对于熔点较高的金属粉末预热不均匀，容易发生粉末溃散的问题。该3D打印方法包括：通过电磁线圈对底板进行三段式预热，三段式预热依次包括初始预热、加速预热和平缓预热；通过送铺粉机构送铺一层金属粉末；对金属粉末进行三段式预热，待金属粉末达到第一预设温度时，按照预设模型利用电子束对金属粉末进行融化扫描，之后再进行一次三段式预热，重复上述步骤，直至打印结束。本发明采用的三段式预热方法不但减少了金属粉末的预热时间，提高了加工效率，而且通过三段式预热方法对金属粉末进行预热，可以使金属粉末预热更加均匀，避免了在打印中后期出现底板溃散的问题。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种3D打印设备及方法。

背景技术

粉床电子束3D打印技术是一种增材制造技术。这种技术以数字模型为基础，将材料（如：金属粉末）逐层堆积熔化制造出实体产品。与传统制造业相比，粉床电子束3D打印技术解决了兼顾复杂形状和高性能金属结构件快速制造的技术难题。近几年来，通过粉床电子束3D打印技术打印的钛、钨、钽、铌、锆等金属复杂精密构件在航空航天、国防军工、精密电子等行业一直发挥着不可替代的作用。

粉床电子束3D打印技术通常以电子束作为3D打印设备的热源。现阶段，以电子束作为热源进行粉末融化时，电子枪发射的电子存在高速动能及库仑作用力，因此，对熔点较高的金属粉末进行融化时极易造成粉末溃散、起始线缺陷以及热应力等问题，而粉末预热可大大减少此类问题的发生。

一般而言，对于预热阶段的粉末烧结最直接的方式是利用电子束快速扫描，但此方法仅限于表层预热，内部有较大的温度差，并且存在粉末溃散的可能。

发明内容

本发明提供一种3D打印设备及方法，解决了在进行3D打印时，对于熔点较高的金属粉末预热不均匀，容易在打印时发生粉末溃散的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种3D打印设备，其特殊之处在于，所述3D打印设备包括电子枪、成形室、位于所述成形室内的送铺粉机构和成形缸、位于所述成形室外的控制器；

所述成形缸位于所述成形室的底部，所述成形缸内设有底板升降机构，所述底板升降机构包括底板以及设置于所述底板底部的驱动器；

所述成形缸上沿其缸口绕制有电磁线圈，所述电磁线圈与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述电磁线圈进行三段式预热，所述三段式预热依次包括初始预热、加速预热以及平缓预热，所述电磁线圈进行初始预热时的功率为第一功率、进行加速预热时的功率为第二功率、进行平缓预热时的功率为第三功率，第二功率≥第一功率，且，第二功率≥第三功率；

所述送铺粉机构位于所述成形缸一侧，用于向所述底板上送铺金属粉末；

所述电子枪安装于所述成形室的顶部，所述电子枪的作用端伸入所述成形室内并与所述底板对应，用于对金属粉末进行融化扫描。

结合第一方面，在一种可能实现的方式中，所述3D打印设备还包括水冷机构；

所述电磁线圈内设有中空部；

所述水冷机构包括冷却水管和水冷机；

所述冷却水管穿设在所述电磁线圈的中空部内，并与所述水冷机连接；

所述水冷机位于所述成形室外。

结合第一方面，在一种可能实现的方式中，所述3D打印设备还包括温度采集机构；

所述温度采集机构与所述控制器连接，所述温度采集机构设置于所述成形室顶部，所述温度采集机构的作用端伸入所述成形室并与所述底板对应；所述温度采集机构的数量大于或等于两个，且以所述底板为中心均匀分布。

结合第一方面，在一种可能实现的方式中，所述电磁线圈绕制在所述成形缸上的部分与所述成形缸的缸口齐平。

结合第一方面，在一种可能实现的方式中，所述电磁线圈靠近所述成形缸的两个引出端之间设有高度差。