3D打印方法和设备技术

一种用于打印三维组件的打印设备，该设备包括：操作表面；能量源，用于将能量束发射到所述操作表面；至少一个供给管，用于将粉末分配到所述操作表面；以及充电装置，用于对所述粉末和所述操作表面进行静电充电。粉末适用于被能量束熔化且施加到所述粉末的电荷与施加到所述操作表面的电荷具有相反极性。

3D printing method and apparatus

A print apparatus for printing three-dimensional components, the apparatus comprises an operation surface; energy source for the energy beam to the operation surface; at least one supply pipe for the powder is allocated to the operation surface; and the charging device for the electrostatic charging of the powder and the operating surface. The powder is suitable for melting by the energy beam, and charges applied to the powder have opposite polarities to charges applied to the surface of the operation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D打印方法和设备
本专利技术涉及一种3D打印方法和设备。更具体地说，本专利技术涉及一种用于从不同的源材料(例如不同的金属)制造整体3D部件的3D打印方法和设备。
技术介绍
三维(3D)打印部件使得通过铺设连续的薄材料层根据3D数字图像制造实体对象。通常这些3D打印的部件可以通过各种方法来制作，例如选择性激光烧结、选择性激光熔化或选择性电子束熔炼，其使得光或热能量束投射到粉床上以熔融粉床的顶层使得其焊接到基板或底层。该熔融过程被重复以将另外的层添加到该底层以逐步构建部件直至完全制成。许多现有的打印工艺受限于一次仅从一种合金或材料混合物制造打印部件的能力。它们不容易允许在熔融步骤的每一个步骤之间用不同材料进行打印，例如以交替顺序使用两种不同的金属或金属、塑料、陶瓷层。这是由于更换粉床所涉及的时间和难度。这个问题的进一步的例子在激光工程化净成形中也会遇到，其操作是通过除去粉床并将粉末直接注入激光束和熔池。这个过程中的问题是，只有少量的材料被熔池捕获且难以顺序地将多于一种材料给送到熔池。由于在送粉器关闭和粉末停止流经送粉管之间有时间滞后，所以不可能在要被焊接的材料之间快速切换。同样，当送粉器打开时也存在类似的滞后。这是由于粉末通过管道的流动特性导致的。其结果是，由于重叠流动，材料之间的切换往往会导致交叉污染，这只能通过停止操作并增加给送不同粉末之间的延迟来避免。此外，现有的打印工艺难以主动控制粉末沉积速率和能量束的焦点，使得由该装置递送的大量粉末未得到使用。为了正确操作和消除打印部件中的杂质，熔化过程必须在无菌环境中进行。这在目前通过在惰性或无反应的气体环境(例如氩气)中进行打印过程来实现。然而，许多打印工艺是有限的，因为它们不能在腔室中没有明显重复吹扫气体的情况下充分提供气体屏蔽。而这是耗费时间且浪费氩气。本专利技术的目的是提出一种3D打印方法和设备，这将有助于至少部分地克服这些问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于打印三维组件的打印设备，包括：操作表面；用于将能量束发射到操作表面上的能量源；至少一个供给管，用于将粉末分配到操作表面上，该粉末适于由能量束熔化；以及充电装置，用于给粉末和操作表面进行静电充电，由此施加到粉末的电荷与施加到操作表面的电荷具有相反极性。该设备可以包括多个供给管，用于将粉末分配到操作表面上，以及供给控制装置，用于独立地激活供给管的每一个以允许将粉末分配到操作表面上。供给控制装置可以允许粉末同时从多个供给管分配，从而将粉末混合物沉积在操作表面上。该设备可包括用于将惰性粉末分配到操作表面上以形成不会被能量束熔化的粉末床的供给管，所述粉末床适于支承所述部件。该设备可包括静电控制装置，用于控制离开供给管的带静电的粉末的流动方向。该打印设备可包括至少一个废料料斗，其中每个废料料斗与唯一的供给管相关联，用于从其相关联的供给管接收未分配到操作表面上的任意粉末。该设备可以包括公共喷嘴，其中来自每个供给管的粉末通过公共喷嘴被分配到操作表面上。公共喷嘴可以包括多个子喷嘴，其中每个子喷嘴包括与一个供给管相关联的供给入口，与废料管相关联的废料出口，以及分配出口。每个子喷嘴可以包括快门阀(shuttervalve)，用于选择性地关闭或打开分配出口以及选择性地启用或禁用供给入口和废料出口之间的流通。该打印设备可包括加热单元，用于加热所述打印部件、所述给送的粉末和所述操作表面周围的区域。加热单元可将打印部件加热到操作表面的工作温度的10％至70％之间的温度。该打印设备可包括耦合装置，用于提高粉末对来自能量束的能量的能量吸收。所述耦合装置可以包括形成在所述操作表面上的等离子体，其中所述等离子体包括金属离子。能量束可以被聚焦以在操作表面产生能量密度，该能量密度是至少10瓦特/mm3。能量源可以选自激光束、准直光束、微等离子焊接电弧、电子束和粒子加速器中的任意一者。激光束可以被聚焦到小于0.5平方毫米的光斑尺寸。光束可以被聚焦到小于1平方毫米的光斑尺寸。微等离子焊接电弧可以聚焦到小于1平方毫米的光斑尺寸。根据本专利技术的进一步方面，提供了一种用于打印三维组件的方法，该方法包括：提供用于将粉末分配到操作表面上的至少一个供给管；使用充电装置给粉末和操作表面进行静电充电，由此施加到粉末的电荷与施加到操作表面的电荷具有相反极性；以及使用能量源将能量束发射到操作表面上。附图说明现在将参照附图通过示例的方式描述本专利技术，在附图中：图1是根据本专利技术的第一实施例的3D打印设备的示意性布局的侧视图；图2是用于图1所示的打印设备中的进料喷嘴的示意图布局的放大视图；图3是根据本专利技术的第二实施例的3D打印设备的示意图布局的立体图；以及图4是图3中所示的3D打印设备的侧视图。附图详细描述现在参照图1和图2，示出了根据本专利技术的第一实施例的3D打印设备的示意性布局，总体是由参考数字10来表示。设备10包括具有操作表面14的基板12，在操作表面14上通过3D打印可以制作打印部件。可以理解的是，最初操作表面14将直接位于基板12上，但随着制造打印部件，操作表面14将位于打印部件的底层上。该设备10包括多个供给料斗16，包含粉末，其从每一个供给料斗16通过其供给管18流到公共喷嘴20以通过其被分配到操作表面14，在该表面14上能量束22(由能量源发出的)加热并熔化粉末由此形成打印部件。最初粉末直接被沉积并熔化到基板12上，但是，随着通过添加后续层制造打印部件，粉末被沉积并熔化到打印部件的底层上。可以设想，供给料斗16中的每一者将包含不同材料的粉末，例如一个供给料斗16可以包含不锈钢粉末，另一个供给料斗16可以包含黄铜粉，而还一个供给料斗16可以包含不反应惰性粉。能量束22可以是激光束、准直光束、微等离子焊接电弧、电子束和粒子加速器中的任意一者。优选地，能量束22具有适用于合适地聚焦能量束22的聚焦装置(未示出)，在操作表面14上产生至少10瓦特/mm3的能量密度。当能量束22束是激光束时，激光束可以被聚焦到操作表面14上小于0.5平方毫米的光斑尺寸。类似地，如果能量束22是准直光束，该光束可以被聚焦在操作表面14上小于1平方毫米的光斑尺寸。当能量束22是微等离子焊接电弧时，微等离子焊接电弧可以被聚焦到操作表面14上小于1平方毫米的光斑尺寸。这种微等离子焊接电弧通常能够在大约20000℃的温度产生光斑尺寸大约0.2平方毫米的聚焦等离子气体束。电子束和粒子加速器在操作上类似，不同在于电子束利用高速电子熔化金属而粒子加速器使用高速原子核。优选地选择使用电子束，因为使用粒子加速器产生的过高的速度会导致打印部件有辐射。该设备10还包括多个废料料斗24，其中每个废料料斗24与供给料斗16中的一个配对，且其中废料管26从喷嘴20通到废料料斗24。如图2中更详细示出，喷嘴20包括多个子喷嘴28，其中每个子喷嘴28与一对供给管18和废料管26相关联。子喷嘴28具有供给入口30、废料出口32以及分配出口34。快门阀36位于子喷嘴28内部的中枢，用于选择性地关闭或打开分配出口34。可以设想，任意的子喷嘴28可以同时打开。快门阀36在枢轴38连接到子喷嘴28。图2显示了一个关闭的子喷嘴28.1和打开的子喷嘴28.2。在关闭的子喷嘴28.1中快门阀36转动以关闭分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于打印三维组件的打印设备，包括：操作表面；能量源，用于将能量束发射到所述操作表面；至少一个供给管，用于将粉末分配到所述操作表面，其中所述粉末适用于被所述能量束熔化；以及充电装置，用于对所述粉末和所述操作表面进行静电充电，由此施加到所述粉末的电荷与施加到所述操作表面的电荷具有相反极性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.09 AU 2014903584;2014.10.15 AU 20149041191.一种用于打印三维组件的打印设备，包括：操作表面；能量源，用于将能量束发射到所述操作表面；至少一个供给管，用于将粉末分配到所述操作表面，其中所述粉末适用于被所述能量束熔化；以及充电装置，用于对所述粉末和所述操作表面进行静电充电，由此施加到所述粉末的电荷与施加到所述操作表面的电荷具有相反极性。2.根据权利要求1所述的打印设备，包括：多个供给管，用于将所述粉末分配到所述操作表面；以及供给控制装置，用于独立激活所述供给管的每一个以允许将所述粉末分配到所述操作表面上。3.根据权利要求2所述的打印设备，其中所述供给控制装置允许所述粉末从多于一个供给管同时被分配，由此将粉末混合物沉积到所述操作表面上。4.根据上述任一权利要求所述的打印设备，包括供给管，用于将惰性粉末分配到所述操作表面上以形成不被所述能量束熔化的粉末床，该粉末床适用于支撑所述三维组件。5.根据上述任一权利要求所述的打印设备，包括静电控制装置，用于控制离开所述供给管的所述静电充电的粉末的流动方向。6.根据上述任一权利要求所述的打印设备，包括至少一个废料料斗，其中每个废料料斗与唯一供给管相关联，用于从其相关联的供给管接收没有被分配到所述操作表面上的任意粉末。7.根据上述任一权利要求所述的打印设备，包括公共喷嘴，其中来自每个供给管的粉末通过所述公共喷嘴被分配到所述操作表面上。8.根据权利要求7所述的打印设备，其中所述公共喷嘴包括多个子喷嘴，以及每个子喷嘴包括与一个供给管相关联的供给入口、与废料管相关联的废料出口和分配出口。9.根据权利要求8所述的打印设备，其中每个子喷嘴包括快门阀，用于选择性关闭或打开所述分配出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴奇，
申请(专利权)人：极光实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU