3d打印裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及3D打印技術(shù)領域，具體而言，涉及3D打印裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的3D打印裝置主要包括以下三種:SLS (Selective Laser Sintering)、SLM (Selective Laser Melting)和 DMLS (Direct Metal Laser Sintering)。上述三種 3D打印裝置工作原理如下:
[0003]先在計算機上利用pro/e、UG、CATIA等三維造型軟件設計出零件的三維實體模型，然后通過切片軟件對該三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，設備將按照這些填充掃描線，控制激光束選區(qū)加工材料材料，逐步堆疊成三維零件。
[0004](I)激光束開始掃描前，通過送粉缸或者其他裝置送入一定量的材料，鋪粉輥或者鋪粉刮板等將材料帶到工作平面的基板上，形成一個均勻平整的粉層；
[0005](2)在計算機控制下，激光束根據(jù)零件CAD模型的的第一層數(shù)據(jù)信息選擇性地熔化粉層中某一區(qū)域的材料，以成形零件的一個水平方向二維截面；
[0006](3)該層輪廓熔掃描完畢后，工作缸下降一個切片層厚的距離，通過送粉缸或者其他裝置送入一定量的材料，鋪粉輥或者鋪粉刮板等將材料再將材料送到已經(jīng)熔化的材料上部，形成一個層厚的均勻粉層，計算機調(diào)入下一個層面的二維輪廓信息，并進行加工；
[0007](4)如此層層加工，直至成形過程完成，得到與三維實體模型相同的三維零件。
[0008]上述3D打印裝置的加工具有以下缺點:
[0009]加工過程都是一個對材料的熔化凝固或燒結(jié)凝固的過程，加工精度以及成型之后的表面質(zhì)量都與融化凝固或燒結(jié)凝固的熔池的大小密切相關(guān)。通常的加工精度僅能達到0.05mm，成型表面質(zhì)量在15um到50um之間，相比于傳統(tǒng)的減材制造(如切削等)，雖然，成型件經(jīng)過簡單的手工打磨或者采用噴丸、電解拋光等后續(xù)處理能夠獲得良好的表面質(zhì)量，但是當零件內(nèi)部復雜且為關(guān)鍵部位功能，或者是一些精細零件時，上述后續(xù)處理方式將不再適用。
[0010]逐層加工過程中，前一層水平面的表面質(zhì)量直接影響到下一層的鋪粉均勻性，影響加工精度。金屬材料的打印中如果前一層的表面粗糙度值很大，甚至存在球化現(xiàn)象，則可能導致下一層的鋪粉過程無法完成，從而使得成型加工無法繼續(xù)。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，如何提高3D打印形成器件的精度和表面質(zhì)量。
[0012]為此目的，本實用新型提出了一種3D打印裝置，包括:電子束發(fā)射器和功率密度調(diào)節(jié)元件，
[0013]所述功率密度調(diào)節(jié)元件在接收到第一指令時，將所述電子束發(fā)射器聚焦點的功率密度調(diào)節(jié)為第一功率密度，以使所述電子束發(fā)射器發(fā)射電子對加工平面的待成型材料進行處理，和/或在所述加工平面設置待成型材料，以在加工平面逐層形成輪廓層；
[0014]所述功率密度調(diào)節(jié)元件在接收到第二指令時，將所述電子束發(fā)射器聚焦點的功率密度調(diào)節(jié)為第二功率密度，以使所述電子束發(fā)射器在形成每層輪廓層后和/或形成所述輪廓層的過程中，發(fā)射電子去除該層輪廓層中超出預設區(qū)域的材料，和/或去除該輪廓層中超出預設高度的材料。
[0015]優(yōu)選地，還包括:
[0016]真空室，其中，所述待成型材料位于所述真空室中；
[0017]抽真空元件，用于抽出所述真空室中的氣體。
[0018]優(yōu)選地，所述功率密度調(diào)節(jié)元件在接收到第三指令時，將所述電子束發(fā)射器聚焦點的發(fā)射功率密度調(diào)節(jié)為第三功率密度，以使所述電子束發(fā)射器發(fā)射電子在所述輪廓層的表面形成預設圖形。
[0019]優(yōu)選地，所述功率密度調(diào)節(jié)元件包括:
[0020]功率調(diào)節(jié)元件，根據(jù)接收到的指令調(diào)節(jié)所述電子束發(fā)射器發(fā)射電子的功率；
[0021]和/或
[0022]電子偏轉(zhuǎn)元件，根據(jù)接收到的指令調(diào)節(jié)所述電子束發(fā)射器發(fā)射電子的偏轉(zhuǎn)方向；
[0023]還包括:
[0024]時間控制元件，用于控制所述電子束發(fā)射器按照預定的工作時間和休止時間比發(fā)射電子。
[0025]優(yōu)選地，還包括:
[0026]送粉缸，用于向成型缸的加工平面上傳輸材料；
[0027]所述成型缸，用于控制所述加工平面運動，以根據(jù)每層輪廓層形成三維器件。
[0028]本實用新型還提出了一種3D打印裝置，包括:激光發(fā)射器和功率密度調(diào)節(jié)元件，
[0029]所述功率密度調(diào)節(jié)元件在接收到第四指令時，將所述激光發(fā)射器聚焦點的功率密度調(diào)節(jié)為第四功率密度，以使所述激光發(fā)射器發(fā)射激光對加工平面的待成型材料進行處理，和/或在所述加工平面設置待成型材料，以在加工平面逐層形成輪廓層；
[0030]所述功率密度調(diào)節(jié)元件在接收到第五指令時，將所述激光發(fā)射器聚焦點的功率密度調(diào)節(jié)為第五功率密度，以使所述激光發(fā)射器在形成每層輪廓層后和/或形成所述輪廓層的過程中，發(fā)射激光去除該層輪廓層中超出預設區(qū)域的材料，和/或去除該輪廓層中超出預設高度的材料。
[0031]本實用新型還提出了一種3D打印裝置，包括:
[0032]第一電子束發(fā)射器，用于對加工平面的待成型材料進行處理，和/或在所述加工平面設置待成型材料，以在加工平面逐層形成輪廓層；
[0033]第二電子束發(fā)射器，用于在所述第一電子束發(fā)射器形成每層輪廓層后和/或形成所述輪廓層的過程中，去除該層輪廓層中超出預設區(qū)域的材料，和/或去除該輪廓層中超出預設高度的材料。
[0034]優(yōu)選地，還包括:
[0035]電子偏轉(zhuǎn)元件，根據(jù)接收到的指令調(diào)節(jié)所述第一電子束發(fā)射器和/或第二電子束發(fā)射器發(fā)射電子的偏轉(zhuǎn)方向；
[0036]時間控制元件，用于控制所述第一電子束發(fā)射器和/或第二電子束發(fā)射器按照預定的工作時間和休止時間比發(fā)射電子。
[0037]優(yōu)選地，還包括:
[0038]真空室，其中，所述待成型材料位于所述真空室中；
[0039]抽真空元件，用于抽出所述真空室中的氣體。
[0040]優(yōu)選地，還包括:
[0041]送粉缸，用于向成型缸的加工平面上傳輸材料；
[0042]所述成型缸，用于控制所述加工平面運動，以根據(jù)每層輪廓層形成三維器件。
[0043]根據(jù)上述技術(shù)方案，通過在每層輪廓形成后，或在每層輪廓成型過程中，可以通過電子束發(fā)射器發(fā)射電子束去除超出預設區(qū)域和/或預設高度的材料，可以提高形成的每層輪廓的精度和表面質(zhì)量，從而提高形成的三維器件的精度和表面質(zhì)量。
【附圖說明】
[0044]通過參考附圖會更加清楚的理解本實用新型的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解為對本實用新型進行任何限制，在附圖中:
[0045]圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的3D打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的3D打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]附圖標號說明:
[0048]圖1中:11-電子束發(fā)射器；12-功率密度調(diào)節(jié)元件；121-功率調(diào)節(jié)元件；122_電子偏轉(zhuǎn)元件；13-真空室；14-抽真空元件；15-成型缸；16_送粉缸；17_三維器件；
[0049]圖2中:21_第一電子束發(fā)射器；22_第二電子束發(fā)射器；23_電子偏轉(zhuǎn)元件；24-真空室；25_抽真空元件；26_送粉缸；27_三維器件；28_三維器件。
【具體實施方式】
[0050]為了能夠更清楚地理解本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0051]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是，本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本實用新型的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。
[0052]如圖1所示，根據(jù)本實用新型一個實施例的3D打印裝置，包括:電子束發(fā)射器11和功率密度調(diào)節(jié)元件12，
[0053]功率密度調(diào)節(jié)元件12在接收到第一指令時，將電子束發(fā)射器11聚焦點的功率密度調(diào)節(jié)為第一功率密度，以使電子束發(fā)射器11發(fā)射電子對加工平面的待成型材料進行處理，和/或在加工平面設置待成型材料，以在加工平面逐層形成輪廓層；
[0054]功率密度調(diào)節(jié)元件12在接收到第二指令時，將電子束發(fā)射器11聚焦點的功率密度調(diào)節(jié)為第二功率密度，以使電子束發(fā)射器11在形成每層輪廓層后和/或形成輪廓層的過程中，發(fā)射電子去除該層輪廓層中超出預設區(qū)域的材料，和/或去除該輪廓層中超出預設高度的材料。
[0055]在本實施例中，可以在每層輪廓形成后，或在每層輪廓成型過程中，通過電子束發(fā)射器11發(fā)射電子束去除輪廓層中超出預設區(qū)域(預設區(qū)域可以是相應層的標準輪廓)和/或預設高度的材料，可以保證形成的每層輪廓均與相應層的標準輪廓相同，從而提高形成的每層輪廓的精度和表面質(zhì)量，并使得每層材料可以平整地鋪設于加工平面，提高形成的三維器件的精度和表面質(zhì)量。
[0056]并且本實施例功率密度調(diào)節(jié)元件12來調(diào)節(jié)電子束發(fā)射器11的功率，實現(xiàn)了通過一個電子束發(fā)射器11在加工平面逐層形成輪廓層，以及去除該層輪廓層中超出預設區(qū)域的材料，和/或去除該輪廓層中超出預設高度的材料，無需分別設置形成輪廓層的元件和去除材料的元件，節(jié)省了裝置占用的空間。
[0057]通過電子束熔融材料或去除材料具有以下優(yōu)點:
[0058]I)電子束可以實現(xiàn)精準的聚焦，使得加工處的精度能夠達到0.1微米，束斑和強度的誤差在I %以內(nèi)，便于進行精確加工，不易對其他區(qū)域造成熱影響；
[0059]2)電子束的功率可以調(diào)節(jié)的很高，在去除材料時，能夠使得材料的溫度急劇上升，材料未經(jīng)融化直接變?yōu)榱藲怏w(即升華)，去除過程中無機械力作用，工件產(chǎn)生的應力和形變都很小，適用于對各種材料的產(chǎn)品進行加工，例如脆性材料、導體材料、半導體材料等。
[0060]優(yōu)選地，還包括:
[0061]真空室13，其中，待成型材料位于真空室13中；
[0062]抽真空元件14，用于抽出真空室13中的氣體。
[0063]通過真空室13和抽真空元件14可以保證電子束在真空環(huán)境下進行加工，使得電子束在照射到工件之前，不