一种用于三维打印的熔融原料生成方法技术

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，通过加热固态原料来获得熔融原料，其特征在于：在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置与打印体或支撑平台之间的空间产生熔融原料。本发明专利技术的有益效果：可控性高、能耗低、结构简单、成本低，能产生高熔点导电性材料的熔融原料，在终止输出熔融原料后不残留原料，可用于真空打印环境中，加热能量作用范围集中且局限、不破坏已打印成型的精细结构，可实现高精度的三维打印，打印材料的可选择范围广，可将“冶金电场调控”集成于金属三维打印的成型过程中。

A method for generating molten raw materials for 3D printing

The invention discloses a method of producing molten raw materials for three-dimensional printing by heating solid raw materials to obtain molten material, which is characterized by applying a current between the solid material and the printing body or the support platform, and by heating the solid material between the guide device and the printer or the supporting platform through the resistance heating. Partially or wholly heated to molten state, molten material is produced in the space between the guiding device and the printing body or supporting platform. The beneficial effect of the invention is: high controllability, low energy consumption, simple structure and low cost, can produce melting raw material of high melting point conductive material, and can be used in vacuum printing environment after terminating the output of molten material, and the range of heating energy is concentrated and limited, and the fine structure of the printed form is not destroyed. It can realize high precision 3D printing and wide selection range of printing materials. It can integrate metallurgical electric field control into the forming process of 3D metal printing.

【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
本专利技术涉及三维打印技术中的熔融原料生成技术，尤其是涉及一种直接对打印原料进行电阻加热以获得熔融原料的方法，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和德国获得商业化，电子束熔融(ElectronBeamMelting，EBM)与2000年左右在瑞典获得商业化。通过堆叠熔化原料以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，例如钨、钼，也不能产生耐高温的金属陶瓷的熔融原料，例如碳化钛。并且现有技术在产生熔融原料的过程中的能耗高。
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导电性材料的高可控性、低能耗的熔融原料生成方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种可用于耐高温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：在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热(也称为电阻发热)的方式将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置与打印体或支撑平台之间的空间产生熔融原料；所采用的固态原料为导电性材料。可选地：所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料从引导装置的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置、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。可选地：产生熔融原料的主要步骤包括：步骤S1，固态原料从引导装置输出；在此步骤，通过驱动装置(例如送丝轮)驱动固态原料移动；步骤S2，固态原料与打印体或支撑平台之间建立电气连接，即电流可在固态原料与打印体或支撑平台之间流动，属于电阻连接、而非通过电弧实现连接；在此步骤，固态原料直接与打印体或支撑平台接触，或者固态原料先被局部熔化、然后通过熔融部位与打印体或支撑平台接触；步骤S3，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置与打印体或支撑平台之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态；在此步骤，可以施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、但不熔断(可以经过多次测试以获得经验值)，也可以施加特定强度范围的电流以产生熔融区域、且熔断(可以经过多次测试以获得经验值)；步骤S4，通过调节引导装置与打印体或支撑平台之间的相对位置来控制固态原料在打印体或支撑平台上的扫描位置，与此本文档来自技高网...

【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(1)引导固态原料的移动，所生成的熔融原料在打印体(8)或三维打印设备的支撑平台(4)上累积；所述的打印体(8)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(4)为在三维打印过程中用于支撑打印体(8)的装置或结构；其特征在于：在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的空间产生熔融原料；所采用的固态原料为导电性材料。

【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(1)引导固态原料的移动，所生成的熔融原料在打印体(8)或三维打印设备的支撑平台(4)上累积；所述的打印体(8)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(4)为在三维打印过程中用于支撑打印体(8)的装置或结构；其特征在于：在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的空间产生熔融原料；所采用的固态原料为导电性材料。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：固态原料从引导装置(1)的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置(1)、往打印体(8)或支撑平台(4)移动；固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间的相对移动控制熔融原料的累积位置。3.根据权利要求1和2所述的用于三维打印的熔融原料生成方法，其特征在于：产生熔融原料的主要步骤包括：步骤S1，固态原料从引导装置(1)输出；步骤S2，固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间建立电气连接，即电流可在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间流动，属于电阻连接、而非通过电弧实现连接；步骤S3，在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态；步骤S4，通过调节引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间的相对位置来控制固态原料在打印体(8)或支撑平台(4)上的扫描位置，与此同时，固态原料从引导装置(1)输出；在此过程中，在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流、对固态原料进行电阻加热，以持续产生熔融原料；所述的在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，是通过在与固态原料相接触的引导装置(1)与打印体(8)或支撑平台(4)之间施加电流，或者通过在与固态原料相接触的电极与打印体(8)或支撑平台(4)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：在固态原料与打印体(8)或支撑平台(4)接触前且尚未被电阻加热的时候，固态原料从引导装置(1)输出后且尚未与打印体(8)或支撑平台(4)接触，对固态原料的接近打印体(8)或支撑平台(4)的部位进行加热以实现固态原料的局部熔化，在固态原料的接近打印体(8)或支撑平台(4)的部位产生与...

【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