一种三维打印设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种三维打印设备及方法。三维打印设备包括金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置、激光控制装置、打印头、传感器组和控制器；高频磁场预加热装置包括电磁感应线圈，金属原料输送装置将金属原料输送至所述打印头内的电磁感应线圈形成的加热腔体内，对金属原料进行预加热；位置驱动装置将打印头输送至正确的像素位置，预加热后的金属从打印头的原料输出端口输出至正确的像素位置；激光打印装置对正确的像素位置的预加热后的金属进行激光加热，实现三维激光打印，并且通过控制器根据传感器组检测的状态和位置信息对打印过程实时控制。采用本发明专利技术的设备或方法可以在保证打印精度的同时，降低生产成本。

Three dimensional printing equipment and method

The invention discloses a three-dimensional printing equipment and method. Three-dimensional printing equipment including metal raw material conveying device, high frequency magnetic field pre heating device, position control device, driving device, laser print head, sensor and controller; high frequency magnetic field pre heating device comprises an electromagnetic induction coil, metal raw material conveying device of metal raw material conveying to the heating cavity to form an electromagnetic induction coil in the print head, pre heating of metallic materials; position of the driving device will be delivered to the correct pixel position of the print head, pre heating of the metal material from the print head is output to the correct pixel position; laser heating device for pre heating of the laser print pixel position right after the implementation of 3D laser printing, metal, and through the controller according to the sensor group detection status and position information of the print process real-time control. The equipment or method of the invention can reduce the production cost while ensuring the printing accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种三维打印设备及方法
本专利技术涉及三维打印领域，特别涉及一种三维打印设备及方法。
技术介绍
三维打印技术最早起源于19世纪末的美国，直到20世纪七八十年代在日本和美国得到完善并商业化。现在常见的主流三维打印技术，包括立体光固化成型法(StereoLithographyApparatus,SLA)、熔融沉积制造(FusedDepositionModeling，FDM)、选择性激光烧结(SelectingLaserSintering，SLS)、三维粉末粘接(ThreeDimensionalPrintingandGluing，3DP)，于20世纪八九十年代在美国获得商业化。其中，金属材料三维打印的技术，主要有选区激光熔化技术(SelectiveLaserMelting,SLM)和电子束熔融技术(ElectronBeamMelting，EBM)，但SLM和EBM技术都存在制造成本高昂、打印产生的金属零件的材料密度低的缺点；针对上述SLM和EBM技术的缺点，也出现了不少采用其它成型方法的低成本金属三维打印技术，但这些技术存在成型精度低问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为了在保证打印精度的同时降低成本，提供三维打印设备及方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种三维打印设备，包括金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置、激光控制装置、打印头、传感器组和控制器；所述打印头包括原料输入端口、原料输出端口，所述原料输入端口和所述原料输出端口分别设置于所述打印头的两端；所述金属原料输送装置通过管路与所述打印头的原料输入端口连通，用于将金属原料输送至打印头；所述高频磁场预加热装置包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈内形成空心结构，所述空心结构为加热腔体，所述电磁感应线圈设置于所述打印头的内部，所述电磁感应线圈的加热腔体、所述打印头的原料输入端口和所述打印头的原料输出端口相通；所述高频磁场预加热装置用于对从打印头的原料输入端口输入的金属原料进行预计热；所述位置驱动装置与所述打印头连接，用于将所述打印头调整至正确的像素位置；所述激光控制装置包括激光器和激光输出光纤，所述激光输出光纤从所述激光器连接到所述打印头，所述激光输出光纤设置于所述打印头的外侧，用于将从打印头的原料输出端口流出至正确的像素位置的预加热后的金属进行激光加热，实现三维激光打印；所述传感器组用于获取三维打印所需的状态和位置信息；所述控制器分别与所述传感器组、所述高频磁场预加热装置、所述激光控制装置、所述位置驱动装置、所述金属原料输送装置的通讯信号连接，用于实现对金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置和激光控制装置的控制。可选的，所述激光控制装置还包括激光器和激光功率控制器，所述激光功率控制器与所述激光器电连接，所述激光器与所述激光输出光纤连通，所述激光器用于产生激光，所述激光功率控制器用于控制所述激光器产生的激光的功率的大小，所述激光输出光纤用于将所述激光产生的激光输出至所述打印头。可选的，所述高频磁场预加热装置还包括预加热驱动装置，所述预加热驱动装置的控制端与所述控制器连接，所述预加热驱动装置的输出端与所述电磁感应线圈连接，用于在所述控制器的控制下驱动电磁感应线圈产生高频电磁场。可选的，所述三维打印设备还包括接触检测装置，所述接触检测装置与所述控制器连接，用于检测所述打印头与正确的像素位置是否接触，并将检测结果输送至所述控制器。可选的，所述金属原料输送装置包括金属原料仓、金属原料输送机构，所述金属原料仓与所述打印头的原料输入端口通过管路连通，所述原料输送机构用于将所述金属原料仓中的金属原料通过管路输送至所述打印头。可选的，所述控制器为通用计算机、嵌入式计算机、工控机或通用计算机与嵌入式计算机构成的复合计算机系统。可选的，所述三维打印设备还包括气密性保护箱体、保护气体输送装置、真空抽气装置、冷却装置和冷气喷射装置；所述气密性保护箱体将所述高频磁场预加热装置、所述位置驱动装置、所述激光控制装置、所述打印头包围在所述气密性保护箱体形成的气密性空间内；所述保护气体输送装置与所述位置驱动装置连接，用于保护位置驱动装置输送过程中的预加热后的金属；所属的真空抽气装置为机械式真空泵，与所述气密性保护箱体相连，用于对所述气密性空间进行抽气来降低机体内的氧气浓度；所述冷却装置包括水冷装置和风冷装置，安装于所述三维打印设备的外部，用于对所述三维打印设备进行降温；所述冷气喷射装置与所述位置驱动装置连接，用于对打印成型后的金属进行快速冷却。一种三维打印方法，所述三维打印方法应用于所述的三维打印设备，包括如下步骤：通过所述金属原料输送装置将金属原料输送至所述打印头内的高频磁场预加热装置的加热腔体内；通过所述高频磁场预加热装置对金属原料进行预加热，得到软化但未融化的金属；通过所述位置驱动装置将打印头内的所述软化但未融化的金属输送至正确的打印位置，并通过所述打印头的原料输出端口将所述软化但未融化的金属输出至正确的像素位置；通过所述激光控制装置对所述正确的像素位置的所述软化但未融化的金属进行激光加热，实现三维激光打印。可选的，所述通过所述激光控制装置对所述打印位置的所述软化但未融化的金属进行激光加热，实现三维激光打印的具体步骤包括：步骤S1开始打印第一层，以支撑层作为打印第一层的基础，第一层为待打印层，在控制器的控制下，所述软化但未融化的金属与所述支撑层上的与所述控制器产生的待打印层中的待打印像素队列当中的第一个像素点所对应的位置进行接触，将所述第一个像素点所对应的位置作为正确的像素位置，所述支撑层的上表面与待打印层的底面共面；步骤S2控制器根据用户设定或控制器产生的参数，对所述正确的像素位置施加激光，并由所述控制器控制所述激光打印装置施加的激光的功率，完成所述正确的像素位置的打印；步骤S3控制器判断待打印层的打印是否完成，如果没完成，将所述待打印层中待打印像素队列当中的下一个像素点所对应的位置作为正确的像素位置，将所述软化但未融化的金属与所述正确的像素位置接触，然后重复步骤S2-S3，如果已完成待打印层的打印，并且需要打印下一层，就进入步骤S4，如果不需要打印下一层，打印结束；步骤S4，开始打印新的一层，以已经打印成型的层为打印新的一层的基础，新的一层为待打印层，在控制器的控制下，所述软化但未融化的金属与已打印成型的层上的与控制器产生的待打印层中的待打印像素队列当中的第一个像素点所对应的位置进行接触,所述第一个像素点所对应的位置作为待打印层的正确的像素位置，已打印成型的层的上表面与待打印层的底面共面，重复步骤S2-S3。可选的，由所述控制器控制所述激光功率控制器调节所述激光器施加激光的功率，完成所述正确的像素位置的打印的具体步骤包括：通过所述控制器控制所述激光控制装置的施加的激光的功率，使所述打印位置的预加热后的金属温度升高但未融化，完成辅助性支架的打印；通过所述控制器控制所述激光控制装置的施加的激光的功率，使所述打印位置的预加热后的金属温度升高且融化，完成目标零件的打印。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开了三维打印设备及方法，所述三维打印设备包括金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置、激光控制装置、打印头、传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印设备，其特征在于，包括金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置、激光控制装置、打印头、传感器组和控制器；所述打印头包括原料输入端口、原料输出端口，所述原料输入端口和所述原料输出端口分别设置于所述打印头的两端；所述金属原料输送装置通过管路与所述打印头的原料输入端口连通，用于将金属原料输送至打印头；所述高频磁场预加热装置包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈内形成空心结构，所述空心结构为加热腔体，所述电磁感应线圈设置于所述打印头的内部，所述电磁感应线圈的加热腔体、所述打印头的原料输入端口和所述打印头的原料输出端口相通；所述高频磁场预加热装置用于对从打印头的原料输入端口输入的金属原料进行预计热；所述位置驱动装置与所述打印头连接，用于将所述打印头调整至正确的像素位置；所述激光控制装置包括激光器和激光输出光纤，所述激光输出光纤从所述激光器连接到所述打印头，所述激光输出光纤设置于所述打印头的外侧，用于将从打印头的原料输出端口流出至正确的像素位置的预加热后的金属进行激光加热，实现三维激光打印；所述传感器组用于获取三维打印所需的状态和位置信息；所述控制器分别与所述传感器组、所述高频磁场预加热装置、所述激光控制装置、所述位置驱动装置、所述金属原料输送装置的通讯信号连接，用于实现对金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置和激光控制装置的控制。...

【技术特征摘要】
1.一种三维打印设备，其特征在于，包括金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置、激光控制装置、打印头、传感器组和控制器；所述打印头包括原料输入端口、原料输出端口，所述原料输入端口和所述原料输出端口分别设置于所述打印头的两端；所述金属原料输送装置通过管路与所述打印头的原料输入端口连通，用于将金属原料输送至打印头；所述高频磁场预加热装置包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈内形成空心结构，所述空心结构为加热腔体，所述电磁感应线圈设置于所述打印头的内部，所述电磁感应线圈的加热腔体、所述打印头的原料输入端口和所述打印头的原料输出端口相通；所述高频磁场预加热装置用于对从打印头的原料输入端口输入的金属原料进行预计热；所述位置驱动装置与所述打印头连接，用于将所述打印头调整至正确的像素位置；所述激光控制装置包括激光器和激光输出光纤，所述激光输出光纤从所述激光器连接到所述打印头，所述激光输出光纤设置于所述打印头的外侧，用于将从打印头的原料输出端口流出至正确的像素位置的预加热后的金属进行激光加热，实现三维激光打印；所述传感器组用于获取三维打印所需的状态和位置信息；所述控制器分别与所述传感器组、所述高频磁场预加热装置、所述激光控制装置、所述位置驱动装置、所述金属原料输送装置的通讯信号连接，用于实现对金属原料输送装置、高频磁场预加热装置、位置驱动装置和激光控制装置的控制。2.根据权利要求1所述的打印设备，其特征在于，所述激光控制装置还包括激光功率控制器，所述激光功率控制器与所述激光器电连接，所述激光器与所述激光输出光纤连通，所述激光器用于产生激光，所述激光功率控制器用于控制所述激光器产生的激光的功率的大小，所述激光输出光纤用于将所述激光器产生的激光输出至所述打印头。3.根据权利要求1所述的一种三维打印设备，其特征在于，所述高频磁场预加热装置还包括预加热驱动装置，所述预加热驱动装置的控制端与所述控制器连接，所述预加热驱动装置的输出端与所述电磁感应线圈连接，用于在所述控制器的控制下驱动电磁感应线圈产生高频电磁场。4.根据权利要求1所述的一种三维打印设备，其特征在于，还包括接触检测装置，所述接触检测装置与所述控制器连接，用于检测所述打印头与正确的像素位置是否接触，并将检测结果输送至所述控制器。5.根据权利要求1所述的一种三维打印设备，其特征在于，所述金属原料输送装置包括金属原料仓、金属原料输送机构，所述金属原料仓与所述打印头的原料输入端口通过管路连通，所述原料输送机构用于将所述金属原料仓中的金属原料通过管路输送至所述打印头。6.根据权利要求1所述的一种三维打印设备，其特征在于，所述控制器为通用计算机、嵌入式计算机、工控机或通用计算机与嵌入式计算机构成的复合计算机系统。7.根据权利要求1所述的一种三维打印设备，其特征在于，所述三维打印设备还包括气密性保护箱体、保护气体输送装置、真空抽气装置、冷却装置和冷气喷射装置；所述气密性保护箱体将所述高频磁场预加热装置、所述位置驱动装置、所述激光控制装置、所述打印头包围在所述气密性保护箱体形成的气密性空间内；所述保...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳海军，
申请(专利权)人：岳海军，
类型：发明
国别省市：河北,13