[发明专利]一种大型精密金属零件的分区并行式三维打印成型方法

摘要

本发明提供了一种大型精密金属零件的分区并行式三维打印成型方法，包括：准备三维打印成型零件的CAD数据文件、成型基板、金属粉末和金属粉末感应熔炼成型阵列板；将各个分层切片分割为若干个封闭轮廓图形块；将所有封闭轮廓图形块进行内部分块式填充；通过平行喷嘴阵列与成型基板之间相对移动来填充每个封闭轮廓图形块中的每个小区块；从而实现成型零件从底部到顶部的层层堆叠。本发明将大型零部件的分层切片灵活分成多个图形块，利用并行式金属粉末感应熔炼成型阵列板与成型基板的相对运动，依次对每个图形块进行面阵投影式粉末并行喷射成型，使得原理上成型尺寸不受任何限制，可实现任意大尺寸零件的精密成型。

主权项

1.一种大型精密金属零件的分区并行式三维打印成型方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备三维打印成型零件的CAD数据文件、成型基板、金属粉末和金属粉末感应熔炼成型阵列板；所述三维打印成型零件的CAD数据文件是采用三维CAD软件对待成型加工的零部件进行三维建模，并根据获得的零部件三维模型尺寸外形添加辅助支撑结构，然后按传统三维打印的叠层制造原理设定层厚进行分层切片后获得的封闭轮廓图形数据集合；所述成型基板的上表面为平面且要求能够将三维打印成型零件的最底层切片的封闭轮廓图形包括在内；所述金属粉末用于三维打印成型，要求所述金属粉末的熔点不高于成型基板的熔点，且具有高频或中频电场感应涡流加热效应；所述金属粉末感应熔炼成型阵列板包括由若干个送粉喷嘴组合构成的平行喷嘴阵列和感应线圈，所述感应线圈为高频感应线圈或中频感应线圈，感应线圈为多个，要求其个数与送粉喷嘴的个数相等，每个感应线圈分别一一对应的固定设置在每个送粉喷嘴的出射端，使得感应线圈的磁场中心位于送粉喷嘴的出射端中心轴线上；所述送粉喷嘴的外壁内部和感应线圈的内部均设置有冷却水循环通道；所述送粉喷嘴上设置有喷射阀门，通过控制喷射阀门的关闭与打开，即可控制是否喷射金属粉末；(2)设平行喷嘴阵列上所有送粉喷嘴的出射端排布图形为S，三维打印成型零件的各个分层切片的封闭轮廓图形为Ki，i＝1～N，N为分层切片的个数；遍历各个分层切片的封闭轮廓图形为Ki，若S能将Ki包含在内，则将封闭轮廓图形为Ki作为该分层切片对应的封闭轮廓图形块；若S不能将Ki包含在内，则将对应的Ki分割为若干个封闭轮廓图形块且使每个封闭轮廓图形块均被S包含；(3)根据金属粉末感应熔炼成型阵列板的平行喷嘴阵列排布关系，将每层切片对应的所有封闭轮廓图形块进行内部分块式填充，其分块式填充方法为：将封闭轮廓图形块的内部分割为若干个小区块，要求每个小分块的位置均与唯一一个送粉喷嘴的位置对应，即小区块与送粉喷嘴的数量和位置为一一对应关系，且小分块质心与其对应的送粉喷嘴出口横截面几何中心之间的连线相互平行；与送粉喷嘴对应的，小区块的形状是任意多边形或者曲线封闭图形，要求每个小区块的尺寸面积均小于面积设定值，所述面积设定值是指步骤(7)中金属粉末熔化后的单层平铺面积×(1‑重叠量)，所述重叠量为10～50％；(4)将三维打印成型零件的CAD数据文件最底层切片作为当前切片；(5)取得当前切片的切片数据，选择其任一个未成型的封闭轮廓图形块作为当前图形块；(6)通过平行喷嘴阵列与成型基板之间相对移动来调整成型基板与金属粉末感应熔炼成型阵列板的相对方位，使得金属粉末感应熔炼成型阵列板中平行喷嘴阵列与成型基板的表面垂直，并且当前图形块按照分块式填充后获得的每个小区块均与平行喷嘴阵列中的一个送粉喷嘴位置对应，即金属粉末经由平行送粉喷嘴喷射出来并被感应线圈熔化后的金属液滴近乎垂直撞击于成型基板的表面，用于填充对应小区块；(7)按照当前图形块对应分割的小区块，控制打开对应的送粉喷嘴的喷射阀门并保持对应的感应线圈处于工作状态，通过输运气体流的驱动作用，使得金属粉末经由送粉喷嘴流出，之后经过感应线圈的快速加热熔化，形成金属液滴随后近乎垂直撞击于成型基板的当前成型表面，即落在当前成型表面所对应的分块式填充的小区块中，并流平于小区块内，紧接着与当前成型表面凝固为一体，并使其对应的小区块增加一定厚度，从而完成当前图形块的成型；(8)判断当前切片是否存在未成型的封闭轮廓图形块，若是，则将该未成型的封闭轮廓图形块作为当前图形块，返回步骤(6)；否则，进入步骤(9)；(9)调整成型基板与金属粉末感应熔炼成型阵列板喷射输出端口的相对距离，按照分层切片从底部到顶部的顺序，取下一个切片为当前切片；(10)重复执行步骤(5)‑(9)，实现成型零件从底部到顶部的层层堆叠，直至所有分层全部成型完毕。