一种用于三维打印的熔融原料生成方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种用于三维打印的熔融原料生成方法及其设备，通过加热固态原料来获得熔融原料，方法的主要特征在于：固态原料在引导装置的输出端和/或在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台接触前，只与固态原料接触并被固态原料支持；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台发生接触后，与固态原料、打印体和/或支撑平台发生接触并被支持，不与其它结构接触；所述的熔融区即为熔融原料。本发明专利技术的主要有益效果：可控性高、可靠性高；能产生超高熔点导电性材料的熔融原料；不破坏三维打印设备先前打印产生的精细结构；可用于高精度的三维打印；可用于真空和失重打印环境中。

A method and equipment for generating fused raw materials for three-dimensional printing

The invention discloses a method and device for melting raw material generation method of 3D printing, by heating the solid material to obtain molten material, is characterized in that: the method of solid materials at the output of the guide and / or the output end of the external guide device by electromagnetic induction heating for melting state and the formation of the melting zone; the melting zone and in print and / or support platform before contact, and only the solid material and the solid material contact support; produced by melting zone and in print and / or platform contact, contact and support and solid materials, printed and / or support platform, do not contact with the other structure; the melting zone is the melting of raw materials. The main of the invention has the advantages of high controllability and high reliability; the molten material can produce high melting point conductive material; do not destroy the fine structure of 3D printing equipment to print previously generated; can be used for high precision 3D printing; can be used in vacuum and weightlessness environment in print.

【技术实现步骤摘要】
一种用于三维打印的熔融原料生成方法及其设备
本专利技术涉及三维打印技术中的熔融原料生成技术，尤其是涉及一种基于电磁感应加热原理的高可控性、可用于超高熔点材料的熔融原料生成方法及其设备，属于增材制造

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逐步商业化。现在常见的主流三维打印技术，例如立体光固化成型法(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。通过堆叠熔化原料实现三维打印的技术中，例如常见的FDM塑料打印和其它类似原理的金属打印，其中重要核心组件之一就是产生熔融原料的熔炉/挤出头/发生装置；又如喷射熔化原料的打印技术也属于堆叠熔化原料，其熔化原料喷射装置也是核心组件。目前有不少关于产生熔融金属原料的发生装置的专利申请，例如申请号为201410513433.7、名称为“一种用于金属熔融挤出成型的3D打印头”的中国专利申请，又如申请号为201520533246.5、名称为“一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置”的中国专利申请，这些专利申请无法产生液滴，可以产生连续的金属流。也有采用气压作为喷射动力的方式，可以产生金属液滴，例如文献Experimentsonremeltingandsolidificationofmoltenmetaldropletsdepositedinverticalcolumns(来源：期刊名《JournalofManufacturingScienceandEngineering-TransactionsoftheAsme》，2007年第129卷第2期311-318页)中记载的装置及方法，主要原理是采用脉冲气流在微型熔炉/坩埚内产生脉冲式的压强振动就可以在喷嘴出口处形成金属液滴；申请号为201520561484.7、名称为“一种液态金属打印墨盒”的中国专利申请使用的方法与该文献中记载的技术类似；又如申请号为201520644682.X、名称为“一种金属3D打印加支撑结构的装置”的中国专利申请,也是采用脉冲气流/气压来实现金属液滴生成。这些产生金属液滴的方法都是通过施加脉冲压力和利用流体的特性来产生金属液滴，也可以产生连续液态金属流；但这些技术不能在工作过程中连续添加固态原料，这对一些打印情形会带来不便(例如打印大型金属零件)，并且这类技术由于气体是可压缩的物质形态，存在压力传导延滞，金属液滴的生成速度不高,更严重的是可控性差。在现有技术中，如果喷嘴的内径与液态原料储存仓或主流道的内径之比过小(例如与喷嘴连接的液态原料储存仓或主流道的内径为2毫米、喷嘴内径为50微米)，特别是当原料为液态金属时，液态原料的表面张力和粘度较大，要施加大压力才能克服表面张力和流阻以实现喷射。在2D打印技术中常用的喷射技术可以快速产生液滴，例如美国惠普和日本爱普生等企业开发的喷墨打印机的喷射技术，基于流道形变挤压(在喷嘴流道壁上或与流道连接的控制腔体上设置有电致形变材料)或局部加热蒸发(在喷嘴流道壁上设置有发热元件)实现液体喷射，但这些技术不适用于高熔点材料的熔液的喷射(例如航空铝合金、铜、不锈钢等)，并且也不适用于高粘度液态材料的喷射。美国惠普公司2015年公开的多射流(MJF，Multi-Jet-Fusion)塑料3D打印技术，虽然用到了2D喷墨打印的喷射技术，但所喷射的液体只是一些高流动性的辅助性的试剂(所喷射的试剂在常温下处于液态)，主体材料仍然是固态塑料粉末(采用类似SLS铺粉技术的方式实现铺塑料粉层)。也有基于电场力的液态原料喷射方法，例如“电场喷射”技术(参见书籍《电场喷射》，作者李建林，上海交通大学出版社，2012年)，又如申请号为201610224283.7(名称为“一种液态金属打印设备”)、申请号为201310618953.X(名称为“一种高压静电驱动且可变直径3D打印机”)等中国专利申请也使用了电场驱动技术；这些技术都是在喷嘴(喷嘴须采用非导电性材料制造)与外界的电极(打印支撑平台作为电极)之间建立高压静电场或脉冲式高压静电场，以实现液态原料的喷射；但“电场喷射”也有局限性，例如：由于液态原料具有粘性，尤其是表面张力大的液态金属，必须施加高压静电场、甚至超高压静电场，以产生克服液态原料粘滞力和表面张力所需的拉力并产生一定的流动速度；高压电场存在危险性、容易产生电击穿、可控性不高；由于高压电场的可控性不高，导致电场喷射过程的可控性不高，以及对所产生的液滴的控制性不高。如上述的众多现有的产生熔融原料的技术，并不能产生高熔点金属的熔融原料，例如钛、钨。并且现有技术在产生熔融原料的过程中能耗高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于三维打印的高可控性的熔融原料生成方法及其设备，所使用的原料能被电磁感应加热。本专利技术的另一个目的在于提供一种可用于超高熔点的导电性材料的熔融原料的生成方法，以实现耐高温零件的三维打印。为了实现上述的专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，在生成熔融原料的过程中采用引导装置引导固态原料的移动；所述的引导装置设置有输入端和输出端，固态原料从引导装置输入端输入，固态原料或熔融原料从引导装置输出端输出；所生成的熔融原料在打印体或三维打印设备的支撑平台上累积；所述的打印体为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台为三维打印设备在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构；其特征在于：固态原料在引导装置的输出端和/或在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台接触前，只与固态原料接触并被固态原料支持；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台发生接触后，熔融区与固态原料、打印体和/或支撑平台发生接触，不与其它结构接触，熔融区通过与固态原料、打印体和/或支撑平台接触而被支持；所述的熔融区即为熔融原料；所使用的固态原料能被电磁感应加热熔化。可选地：所产生的熔融区不与引导装置接触，熔融区不与电磁感应加热发生装置接触；所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。可选地：在三维打印过程中，所产生的熔融区只与固态原料、打印体和/或支撑平台或支撑体发生接触，不与其它结构发生接触；所述的支撑体是指在三维打印过程中起支撑作用的结构(例如辅助性支架、辅助性支撑粉体)。如果在产生熔融原料的过程中使用保护气氛，熔融区与保护气氛发生接触，但保护气氛不具备结构形态。可选地：所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料在通过引导装置时所产生的移动推动熔融原料远离引导装置和/或远离电磁感应加热发生装置所产生的加热磁场、往打印体或支撑平台移动；固态原料与打印体或支撑平台之间的相对移动控制熔融原料的累积位置；所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。可选地：产生熔融原料的主要步骤包括：步骤S1，驱动引导装置移动至特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，在生成熔融原料的过程中采用引导装置引导固态原料的移动；所述的引导装置设置有输入端和输出端，固态原料从引导装置输入端输入，固态原料或熔融原料从引导装置输出端输出；所生成的熔融原料在打印体或三维打印设备的支撑平台上累积；所述的打印体为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台为三维打印设备在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构；其特征在于：固态原料在引导装置的输出端和/或在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台接触前，只与固态原料接触并被固态原料支持；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台发生接触后，熔融区与固态原料、打印体和/或支撑平台发生接触，不与其它结构接触，熔融区通过与固态原料、打印体和/或支撑平台接触而被支持；所述的熔融区即为熔融原料；所使用的固态原料能被电磁感应加热熔化。

【技术特征摘要】
1.一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，在生成熔融原料的过程中采用引导装置引导固态原料的移动；所述的引导装置设置有输入端和输出端，固态原料从引导装置输入端输入，固态原料或熔融原料从引导装置输出端输出；所生成的熔融原料在打印体或三维打印设备的支撑平台上累积；所述的打印体为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台为三维打印设备在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构；其特征在于：固态原料在引导装置的输出端和/或在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台接触前，只与固态原料接触并被固态原料支持；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台发生接触后，熔融区与固态原料、打印体和/或支撑平台发生接触，不与其它结构接触，熔融区通过与固态原料、打印体和/或支撑平台接触而被支持；所述的熔融区即为熔融原料；所使用的固态原料能被电磁感应加热熔化。2.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料在通过引导装置时所产生的移动推动熔融原料远离引导装置和/或远离电磁感应加热发生装置所产生的加热磁场、往打印体或支撑平台移动；固态原料与打印体或支撑平台之间的相对移动控制熔融原料的累积位置；所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。3.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：在产生熔融原料的过程中，当熔融原料与打印体或支撑平台发生接触后，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流。4.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：所述的固态原料采用线状的固态原料、或采用丝状的固态原料、或采用条状的固态原料、或采用棒状的固态原料；固态原料采用导电性材料。5.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：产生电磁感应加热作用的磁场对引导装置产生加热作用，引导装置携带的热量在固态原料被熔化前部分地或全部地传导给固态原料。6.根据权利要求1所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：所述的引导装置设置有驱动装置和/或电磁感应加热发生装置；所述的驱动装置用于推动和/或拉动固态原料移动，所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。7.一种用于三维打印的熔融原料生成设备，主要由驱动装置、引导装置、电磁感应加热发生装置组成，其中：驱动装置用于推动和/或拉动固态原料移动；引导装置用于引导固态原料的移动，引导装置设置有输入端和输出端；电磁感应加热发生装置用于产生磁场以加...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁福鹏，
申请(专利权)人：梁福鹏，
类型：发明
国别省市：江苏,32