一種基于冷噴涂的3d打印方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D實(shí)物成型領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是一種新興的成型技術(shù)，主要是以3D模型為基礎(chǔ)，將其處理成二維截面組合(即切片)，再采用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料。通過(guò)逐層沉積材料、并使層與層之間相互粘結(jié)的方式，最終構(gòu)造出所需的三維實(shí)體。目前3D打印材料的累積主要采用的方式有激光固化、激光燒結(jié)、熔絲制造和熔融沉積成型等。
[0003]打印原理及其所需的結(jié)構(gòu)等因素，現(xiàn)有技術(shù)存在一些問(wèn)題。
[0004]首先，3D打印屬于增材制造的范疇，尤其在金屬材料成型方面，存在制造效率不高的問(wèn)題。
[0005]第二，目前的3D打印技術(shù)存在打印材料單一的問(wèn)題，對(duì)要求多種打印材料甚至復(fù)合材料的打印件有一定的應(yīng)用局限；專利號(hào)為201410007083.7的中國(guó)發(fā)明專利“用于三維打印系統(tǒng)的粉末混合裝置和三維打印系統(tǒng)”需要多個(gè)粉末供給裝置，以及粉末接收箱、儲(chǔ)存箱、驅(qū)動(dòng)件等，略顯繁瑣。
[0006]第三，傳統(tǒng)的3D打印方式不可避免地存在殘余應(yīng)力以及孔隙率的問(wèn)題，造成打印件的強(qiáng)度差強(qiáng)人意，加之3D打印的分層制造原理存在“臺(tái)階效應(yīng)”，若各打印層之間的結(jié)合力達(dá)不到一定程度，也必定會(huì)影響打印件整體性能，專利號(hào)為201410289871.X的中國(guó)發(fā)明專利“一種提高3D打印金屬件性能的處理方法”需要對(duì)打印件進(jìn)行回火、深冷、二次回火等處理才能使金屬件內(nèi)部組織發(fā)生收縮，空隙減小，使產(chǎn)品致密度提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，公開一種基于冷噴涂的3D打印方法及系統(tǒng)，將冷噴涂技術(shù)與3D打印結(jié)合，可提高3D打印效率，減少打印件的殘余應(yīng)力、孔隙率，提高各打印層之間結(jié)合力。
[0008]本發(fā)明給出的技術(shù)方案為:
[0009]一種3D打印方法，基于冷噴涂技術(shù)，所使用的材料累積方式是利用冷噴涂的原理，使經(jīng)過(guò)低溫預(yù)熱的高壓氣體攜帶所需打印的粉末顆粒材料，經(jīng)過(guò)縮放型拉瓦爾噴管之后，產(chǎn)生超音速氣固雙向流，高速粒子流在固態(tài)情況下從噴管噴出，撞擊基體的同時(shí)發(fā)生塑性變形冷焊粘結(jié)在基體上。與此過(guò)程配合的是在打印平臺(tái)所在的真空密封室內(nèi)，該打印平臺(tái)可由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)需要進(jìn)行高度方向的伸縮、圍繞三個(gè)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)際所需打印的三維模型的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算與分析沿著哪一個(gè)截面設(shè)置打印截面效果更好，此時(shí)可自由旋轉(zhuǎn)升降的打印平臺(tái)調(diào)整自身高度與所需角度，與打印噴頭形成有利于最佳打印截面的相對(duì)工作位置，并且實(shí)時(shí)調(diào)整自身位置，實(shí)現(xiàn)快速高效的打印過(guò)程。
[0010]實(shí)現(xiàn)上述3D方法的3D打印系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為:
[0011]包括壓縮氣源1，用于提供高壓氣體，通常為He、N2或者它們的混合氣體；
[0012]包括加熱器2，打印過(guò)程是先利用加熱器2對(duì)高壓氣體進(jìn)行預(yù)熱；
[0013]包括送粉器3，供應(yīng)不同種類的打印粉末，由預(yù)熱過(guò)的高壓氣體攜帶送粉器供應(yīng)出一種或多種打印粉末；
[0014]包括縮放型拉瓦爾噴管5、可多角度旋轉(zhuǎn)的打印工作平臺(tái)8，縮放型拉瓦爾噴管5接收從送粉器供應(yīng)出的打印粉末，粉末經(jīng)過(guò)縮放型拉瓦爾噴管5并產(chǎn)生的超音速氣流攜帶粉末形成高速粒子流，在完全固態(tài)的情況下由縮放型拉瓦爾噴管5的噴嘴撞向可多角度旋轉(zhuǎn)的打印工作平臺(tái)8 ；
[0015]包括密封室6，所述密封室6內(nèi)設(shè)置有粉末回收裝置7、多角度旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)8和可升降平臺(tái)9，多角度旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)8的高度由可升降平臺(tái)9控制；縮放型拉瓦爾噴管5的后端也置于密封室6內(nèi)，其噴嘴5與多角度旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)8的距離保持在10?15mm的范圍之內(nèi)；
[0016]所述多角度旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)8的結(jié)構(gòu)為:
[0017]包括與升降平臺(tái)固定的基座85 ;
[0018]包括可在豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的第一轉(zhuǎn)軸83，由控制器(未圖示)控制第一馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)軸83與基座85垂直，且基座85支撐著第一轉(zhuǎn)軸83 ；
[0019]包括具有第二軸線87的第二軸82，由控制器(未圖示)控制第二馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第二軸線87與基座85平行；
[0020]包括具有第三軸線86的第三軸81，由控制器(未圖示)控制第三馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0021]包括打印平臺(tái)84，印平臺(tái)84連接于第三軸81上，且印平臺(tái)84垂直于第三軸線86 ；
[0022]3D打印的過(guò)程中，第一、第二、第三軸線的旋轉(zhuǎn)控制著可旋轉(zhuǎn)打印工作平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
[0023]包括第一計(jì)算機(jī)4-1，所述縮放型拉瓦爾噴管5是由第一計(jì)算機(jī)4-1控制；
[0024]包括第二計(jì)算機(jī)4-2，所述可旋轉(zhuǎn)打印工作平臺(tái)8是由第二計(jì)算機(jī)4-2控制，通過(guò)第二計(jì)算機(jī)4-2對(duì)實(shí)際的三維模型進(jìn)行分析，自動(dòng)計(jì)算與判斷最優(yōu)的打印截面，此時(shí)調(diào)整打印工作臺(tái)的相應(yīng)高度以及角度，并且實(shí)時(shí)適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的最佳打印截面。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果:
[0026]本發(fā)明基于冷噴涂的3D打印方法由于送粉速度較快，加之與噴嘴配合的可自由升降旋轉(zhuǎn)的打印平臺(tái)，可在選取最佳打印截面的相對(duì)工作位置的同時(shí)，提升制造效率。
[0027]本發(fā)明采用基于冷噴涂的材料累積原理，可實(shí)現(xiàn)金屬、合金、塑料和復(fù)合材料等的應(yīng)用，當(dāng)兩種及以上的粉末進(jìn)行同時(shí)噴涂時(shí)，只需要將粉末的速度同時(shí)超過(guò)各粉末的臨界速度即可。
[0028]本發(fā)明基于冷噴涂原理的3D打印方法由于冷噴涂過(guò)程引發(fā)的殘余應(yīng)力小、打印層具有較高的結(jié)合力、打印層具有高致密性等特征，能克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成示意圖。
[0030]圖2為可自由旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明技術(shù)方案中涉及的拉瓦爾噴管裝置屬于現(xiàn)有技術(shù)。噴管的前半部是由大變小向中間收縮至一個(gè)窄喉。窄喉之后又由小變大向外擴(kuò)張至箭底。箭體中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過(guò)窄喉后由后半部逸出。這一架構(gòu)可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至超音速。所