一种原子级真空气态3D打印系统技术方案

本发明专利技术提供了一种原子级真空气态3D打印系统，包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块。其结构简单合理，实现原子级气态材料的层叠快速成型，成型品的精度高、表面光滑、致密性好，可用于微光机电、微电子和微生物工程等领域，实现一般纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型。

【技术实现步骤摘要】
一种原子级真空气态3D打印系统
本专利技术涉及3D打印设备领域，特别是涉及一种原子级真空气态3D打印系统。
技术介绍
3D打印，又称增材制造，其基本原理和过程是：把一个通过设计或扫描等方式做好的3D模型，按照某一坐标轴切成无限多个刨面，然后一层一层打印出来并按照原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型；具体使用的成型方式有很多种，主要包括熔融沉积快速成型、选择性激光烧结、光固化成型、叠层实体制造等技术，这些主要是通过固体熔融、固体烧结、液态固化、固体激光切割等固体或液体的形式进行快速成型的技术，存在成型精度低、表面粗糙度、致密性差等缺点。另外，现有的3D打印技术只能用于比较宏观物品的快速成型，对于微光机电、微电子和微生物工程等领域，制作一般纳米级或微米级尺寸的细微结构，传统的3D打印技术无法满足这一领域的要求。尤其在近年来，微光机电、微电子、微生物工程领域的快速发展，使得微机械结构的制造成为具有极大研究价值和经济价值的热点，因此研究微结构的3D打印技术具有很重要的价值。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种原子级真空气态3D打印系统，用于实现方向性好、精度高、表面光滑、致密性良好的微尺度的快速成型。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种原子级真空气态3D打印系统，包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块。本专利技术的进一步改进有：所述方向控制阀置于真空装置和箱体模块的气态原子通道上。所述的能量源为热源、电子束或者离子源。所述的材料靶为金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材中的一种或其组合。本专利技术在真空条件下，由能量源激发材料靶使得材料变成原子级气态材料，并通过方向控制阀控制气态原子的方向，进行定向打印，实现原子级气态材料的层叠快速成型，成型品的精度高、表面光滑、致密性好，可以用于微光机电、微电子和微生物工程等领域，实现一般纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型。本专利技术的优点在于：1、方向性好，打印精度高、致密性好，属于原子级气态的定向层层叠加，表面粗糙度低且成型品的物理性能良好；2、可以实现纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型，适用于微光机电、微电子和微生物工程等领域；3、可打印的材料种类广泛，如金属、陶瓷、合金等多种材料。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；附图标记说明：1、真空装置；2、能量源；3、材料靶；4、气态打印头；5、机械运动机构；6、可升降打印台；7、控制模块；8、箱体模块；9、方向控制阀。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例如图1所示，一种原子级真空气态3D打印系统，包括真空装置1、箱体模块8，所述真空装置1内设有材料靶3和用于激发材料靶3的气态原子的能量源2，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀9，输送到位于所述箱体模块8内的气态打印头4上，该箱体模块8内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台6、机械运动机构5，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构5，使所述可升降打印台6沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头4保持在可升降打印台6的台面上的控制模块7。优选地，所述方向控制阀9置于真空装置1和箱体模块8的气态原子通道上。所述的能量源2为热源、电子束或者离子源。所述的材料靶3为金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材中的一种或其组合。本专利技术在真空条件下，由能量源2激发材料靶3使得材料变成原子级气态材料，再进行定向打印，实现原子级气态材料的层叠快速成型，从而实现纳米或微米等微尺度的快速成型。主要包括真空装置1、能量源2、材料靶3、方向控制阀9、气态打印头4、机械运动机构5、可升降打印台6、控制模块7和箱体模块8等。其中，能量源2和材料靶3放置在真空装置1中，能量源2可以激发材料靶3，产生出靶材材料的气态原子；气态打印头4、机械运动机构5、可升降打印台6均放置在箱体模块8内；可升降打印台6用于承载成型的打印物体，可以沿与可升降打印台6垂直的方向进行升降；机械运动机构5用于控制气态打印头4，实现其在可升降打印台6的平面范围内自由移动；打印时，由真空装置1中的能量源2激发材料靶3，使得材料变成气态原子，并输送至气态打印头4上，并由控制模块7根据建立好的3D打印模型，驱动机械运动机构5，使气态打印头4在可升降打印台6的台面上进行一层打印，之后可升降打印台6下降一层，再进行一层打印，再下降，如此反复，实现原子级堆积打印成型。以氩离子源作为能量源2，材料靶3选取银靶为例，氩离子源通过轰击银靶，轰击出气态银原子，并通过方向控制阀9控制气态银原子的方向，输送到气态打印头4上，控制模块7根据构建好的3D打印模型，控制机械运动机构5，使气态打印头4在可升降打印台6的台面范围内自由移动并将气态原子打印成型，打印完一层后，可升降打印台6下降一层，再根据需要打印第二层，如此实现层层打印、层叠成型，得到所要的纳米级或微米级的细微结构。本专利技术结构简单、合理，构思较为巧妙，提出了对于气态形式的快速成型的技术方案，实现原子级气态材料的层叠快速成型，成型品的精度高、表面光滑、致密性好，可以用于微光机电、微电子和微生物工程等领域，实现一般纳米级或微米级尺寸细微结构的快速成型。上列详细说明是针对本专利技术可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本专利技术的专利范围，凡未脱离本专利技术所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原子级真空气态3D打印系统，其特征在于：包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种原子级真空气态3D打印系统，其特征在于：包括真空装置、方向控制阀、箱体模块，所述真空装置内设有材料靶和用于激发材料靶的气态原子的能量源，激发的气态原子经由用于控制其行进方向的方向控制阀，输送到位于所述箱体模块内的气态打印头上，该箱体模块内设有用于承载成型打印物体的可升降打印台、机械运动机构，还包括用于根据3D打印模型驱动所述机械运动机构，使所述可升降打印台沿垂直于台面的轴线移动、使所述气态打印头保持在可升降打印台的台面上的控制模块；所述方向控制阀置于真空装置和箱体模块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史继富，徐刚，朱艳青，李育坚，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44