3D打印用复合粉末、打印设有嵌入的元器件的部件的方法及该部件和其打印模型技术

本发明专利技术提供了一种3D打印用复合粉末、直接打印设有嵌入的元器件的部件的方法及该部件和其打印模型，其中所述部件通过一3D打印装置(300)的3D打印技术进行制造，包括：打印步骤：通过3D打印技术打印出设有一个部件的基部(100)，其中所述基部(100)包括一个敞开的凹部(140)，其中在凹部(140)中设有一个盆形件(130)，其中所述盆形件(130)与所述凹部(140)的分离；分离步骤：取出所述盆形件(130)；嵌入步骤(S3)：在所述凹部(140)中放置需嵌入的元器件；后续打印步骤(S4)：在所述元器件的朝向所述凹部(140)的开口方向的一侧继续进行3D打印，直至打印完成整个部件。

3D printing uses composite powder, printing parts with embedded components, and parts and printing models thereof.

The present invention provides a method of 3D printing compound powder, a method for directly printing a component with embedded components and a printing model thereof, wherein the component is manufactured by a 3D printing technique of a 3D printing device (300), including a printing step: a base part (100) with a component is printed by a 3D printing technique. The base part (100) includes an open concave part (140) in which a basin part (130) is provided in the concave part (130), in which the basin part (130) is separated from the concave part (140); the separation step is taken out of the basin shaped part (130); the embedded step (S3) is inserted in the concave part (140); Printing step (S4): 3D printing is performed on the side of the opening direction of the concave part (140) when the component is directed, until the whole component is printed.

【技术实现步骤摘要】
3D打印用复合粉末、打印设有嵌入的元器件的部件的方法及该部件和其打印模型
本专利技术涉及3D打印
，特别是一种3D打印用的复合粉末打印设有嵌入的元器件的部件的方法及通过该方法打印的部件。
技术介绍
增材制造工艺(AdditiveManufacturing)是重要的3D打印技术之一，增材制造工艺能够快速地将预先设计的CAD模型制造出来，而且能够在较短的时间内制造出结构复杂的零部件。选择性激光熔化(SelectedLaserMelting,SLM)或者电子束融化(EBM)工艺/技术是增材制造(Additivemanufacturing)技术的一种，其通过高能量束烧结的方式可快速地将与CAD模型相同的零部件制造出来。目前选择性激光和电子束熔化工艺得到了广泛的应用。增材制造工艺的另一个显著的优点是可以制造具有复合结构的部件，例如设有嵌入的传感器的部件。然而，由于金属粉末的熔化温度很高，当用选择性激光或电子束熔化金属粉末时，嵌入的的传感器也会由于高能束的高温而损坏。因此，在现阶段对于这种复合结构如要一步成形，则只能由熔点低的聚合物制造。另一方面，若要使用金属粉末制造这种设有嵌入的元器件的部件，为了不让高能束的高温而损坏被嵌入的元器件，因而需将部件分为至少两部分进行打印，并预留出空腔以供放置嵌入元器件，随后通过粘接或焊接再将两部分连接到一起。
技术实现思路
为了解决上述一个或多个问题，本专利技术首先提供一种用于3D打印的复合粉末，其特征在于，所述复合粉末的粒径的取值范围为20微米至40微米，其中，每一复合粉末由复数个分散的粉末基体团聚而成，所述粉末基体的粒径的取值范围为20纳米至1微米。根据一种优选的实施方式，所述复合粉末的平均粒径为约30微米。由于复合粉末的粒径在30微米左右，其除了可以使零部件的表面具有较佳的粗糙度和精准度以后，由于复合粉末由20微米至40微米的粉末基体团聚而成，在激光加热时，复合粉末分解为纳米级的粉末基体，由于表面效应，纳米级的金属或陶瓷粉末的熔化温度或烧结温度相对于大尺寸粉末更低。因此，通过使用这种纳米级的金属或陶瓷复合粉末，只需要使用能量很低的激光或电子束加热就可以进行3D打印，从而可以保证3D打印的部件中，在金属粉末下面的传感器或功能元件等元器件不会在高能束流扫描过程中被产生的高温损坏。本专利技术的另一方面还提供了一种制造设有嵌入的元器件的部件的方法，其中所述部件通过一3D打印装置的3D打印技术进行制造，其特征在于，包括：打印步骤S1：通过3D打印技术打印出设有一个部件的基部，其中所述基部包括一个敞开的凹部，其中在凹部中设有一个盆形件，其中所述盆形件与所述凹部的分离；分离步骤S2：取出所述盆形件；嵌入步骤S3：在所述凹部中放置需嵌入的元器件；后续打印步骤S4：在所述元器件的朝向所述凹部的开口方向的一侧继续进行3D打印，直至打印完成整个部件。依据本专利技术的3D打印技术优选为选择性激光或电子束熔化技术。通过依据本专利技术的上述方法，可以不用如现有技术那样，将设有嵌入的元器件的部件分为两个分离的部分分别进行加工，再将其进行焊接或者粘接。通过本专利技术的实施方式的方法可以简单地通过取出盆形件将凹部内会存有的3D打印用粉末直接取出，而无需终止打印过程。凹部内的空腔在取出盆形件后可以直接用于放置元器件后继续后续打印。根据一种优选的实施方式，所述部件的基部被加工到一个预设高度，其中该高度可以根据取决于内嵌件或这说需要嵌入的元器件的高度进行设计。根据一种优选的实施方式，所述盆形件的外壁与所述凹部的内壁之间的间隙的宽度为10到20微米。由此可以将凹部内残留的3D打印粉末量降低到极小。根据一种优选的实施方式所述盆形件包括一个底部和侧壁，其中在所述侧壁的两个对置的侧壁部分别上设有一个孔。有利的是，通过3D打印设备的内置手套和装置在惰性气体保护下嵌入到所述孔中提起所述盆形件，并且不需要终止打印过程。由此，可以避免将待加工的部件暴露于空气或其他外环境中，造成氧化等情况，可以更好地对待加工件进行保护。有利的是，所述3D打印技术为选择性激光或电子束熔化技术，以及其中该3D打印设备所使用的3D打印用粉末为依据本专利技术的实施方式中所述的用于3D打印的复合粉末。本专利技术还保护了一种设有嵌入的元器件的部件，其特征在于，所述部件为按照依据本专利技术的上述各制造设有嵌入的元器件的部件的方法中任意一项所述的制造设有嵌入的元器件的部件的方法制造。本专利技术还提出了一种用于3D打印的打印模型，该打印模型可以是计算机模型或者说数字化模型，其设有一个具有预定高度的基部，其特征在于，所述基部包括：一个敞开的凹部其中在凹部中设有一个盆形件，其中所述盆形件与所述凹部分离。通过利用这样的打印模型，3D打印设备可以采用依据本专利技术的制造设有嵌入的元器件的部件的方法，直接加工出设有嵌入元器件的部件，而避免了分步式的加工方式，省去了不同部分之前的焊接、粘接，这样不仅减少加工流程和费用，更重要的是大幅增加了整体部件的强度和可靠性。有利的是，所述盆形件的外壁与所述凹部的内壁之间的间隙的宽度为10到20微米。由此可以将凹部内残留的3D打印粉末量降低到极小。根据一种有利的实施方式，所述盆形件包括一个底部和侧壁，其中在所述侧壁的两个对置的侧壁部分别上设有一个孔。该孔可以用于通过3D打印设备的内置手套和工具嵌入到所述孔中提起所述盆形件。由此，可以避免将待加工的部件暴露于空气或其他外环境中，造成氧化等情况，可以更好地对待加工件进行保护。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中，图1示例性地示出了一种通过3D打印技术以两步法制造的设有嵌入传感器的部件；图2示例性地示出了依据本专利技术的一种实施方式的用于3D打印的复合粉末从成型到分解的示意图；图3示例性地示出了通过3D打印用复合粉末进行加工的3D打印装置；图4示例性地示出了依据本专利技术的一种实施方式的通过3D打印制造的设有嵌入的元器件的部件的一部分；图5示例性地示出了依据本专利技术的一种实施方式的通过3D打印制造的设有嵌入的元器件的部件的一部分沿A-A切面的剖视图；图6示例性地示出了依据本专利技术的一种实施方式通过3D打印制造设有嵌入的元器件的部件的方法的流程图。附图标记列表103D打印用复合粉末12粉末基体20部件、零件、待打印件21基体22盖部23空腔24元器件、传感器100打印模型；待加工的部件110待加工部件的基部120间隙130盆形件131、132侧壁部140凹部151、152孔、抓取孔3003D打印装置301增材制造加工部件32材料供给单元322供给活塞323第一缸体324滚轮33成型单元332成型活塞333第二缸体334成型部34激光烧结单元342激光器343扫描镜D13D打印用复合粉末10的粒径D2粉末基体12的粒径具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。在通过3D打印的方式(尤其是选择性激光熔化技术，即SLM，Selectivelasermelting和电子束融化技术，即EBM,ElectronBealMelting)加工形状复杂又设有嵌入的的元器件的装置或者零部件，尤其是金属制成的部件时，由于金属粉末的熔化温度很高，当用选择性激光或电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于3D打印的复合粉末(10)，其特征在于，所述复合粉末(10)的粒径(D1)的取值范围为20微米至40微米，其中，每一复合粉末(10)由复数个分散的粉末基体(12)团聚而成，所述粉末基体(12)的粒径(D2)的取值范围为20纳米至1微米。

【技术特征摘要】
1.用于3D打印的复合粉末(10)，其特征在于，所述复合粉末(10)的粒径(D1)的取值范围为20微米至40微米，其中，每一复合粉末(10)由复数个分散的粉末基体(12)团聚而成，所述粉末基体(12)的粒径(D2)的取值范围为20纳米至1微米。2.如权利要求1所述的复合粉末(10)，其特征在于，所述复合粉末(10)的平均粒径为约30微米。3.制造设有嵌入的元器件的部件的方法，其中所述部件通过一3D打印装置(300)的3D打印技术进行制造，其特征在于，包括：打印步骤(S1)：通过3D打印技术打印出设有一个部件的基部(100)，其中所述基部(100)包括一个敞开的凹部(140)，其中在凹部(140)中设有一个盆形件(130)，其中所述盆形件(130)与所述凹部(140)的分离；分离步骤(S2)：取出所述盆形件(130)；嵌入步骤(S3)：在所述凹部(140)中放置需嵌入的元器件；后续打印步骤(S4)：在所述元器件的朝向所述凹部(140)的开口方向的一侧继续进行3D打印，直至打印完成整个部件。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述打印步骤包括：所述部件的基部(100)被加工到一个预设高度(H)。5.如权利要求3至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述盆形件(130)的外壁与所述凹部(140)的内壁之间的间隙(120)的宽度为10到20微米。6.如权利要求3至5中任意一项所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长鹏，姚志奇，陈国锋，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE