粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置制造方法及图纸

针对现有选择性烧结装置结构复杂的问题，本发明专利技术提供一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置，属于增材制造技术领域。包括：步骤一：根据要加工的模型，确定分层及各层所要加工的截面形状；步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热；步骤三：在粉末层上方设置工具电极，调整工具电极与粉末层上表面的间隙，间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道；步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型；重复步骤二至步骤四，直至完成所有层的烧结成型，结束。本发明专利技术根据上述方法还提供一种装置，结构简单。

Method and device for producing selective addition of powder materials by spark discharge sintering

In view of the problems of complex structure of the existing selective sintering device, the invention provides a method and device for the selective electrical discharge sintering of powder materials and a device, which belongs to the field of material increasing manufacturing technology. Including: step one: according to the model to be processed, determine the sectional shape of the layer and each layer. Step two: evenly spread a layer of powder material, preheat the flat powder layer; step three: set tool electrode above the powder layer, adjust the gap between the tool electrode and the surface of the powder layer, and set the voltage on the gap. The discharge channel can be knocked out under action; step four: the tool electrode is scanned according to the shape of the current powder layer corresponding to the current powder layer. In the area scanned by the tool electrode, the surface layer powder material is fused or sintered after the electric spark discharge is heated and fused or sintered; repeat step two to step four until all of them are completed. The layer is sintered and finished. According to the above method, the invention also provides a device with simple structure.

【技术实现步骤摘要】
粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置
本专利技术涉及一种利用火花放电逐层对粉末材料进行选择性烧结从而累加成型的增材制造方法及装置，属于增材制造(AdditiveManufacturing，AM)

技术介绍
增材制造(也称3D打印)是材料逐层累加的制造方法，可快速得到任意复杂的结构，被称为是当今制造业的一场革命，特别是近几年获得了日新月异的发展。典型的增材制造方法有：光固化成型(StereoLithographyApparatus，SLA)、分层实体制造(LaminatedObjectManufacturing，LOM)、选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)、熔融沉积造型(FusedDepositionModeling，FDM)、三维印刷(Three-DimensionPrinting，3DP)等。这些方法因在使用的材料、能源和成型方式等方面各有不同而各具特征和用途。其中，选择性激光烧结是以激光作为能源，对粉末材料选择性加热，使之烧结或熔融后凝固形成三维原型或制件。选择性激光烧结具有材料选择广泛、制造工艺简单、制造精度高等优点，特别是由于它可以加工金属零件，因而被认为是最有发展前途的增材制造技术之一。但是选择性激光烧结以激光作为能源，成本高，且体积庞大。也有采用电子束作为能源烧结粉末的，但需要复杂的装置结构，设备体积庞大且使用环境受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有选择性烧结成本高且需要复杂的装置结构的问题，本专利技术提供一种实现简单、成本低、可控性好、可实现设备小型化的粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置。本专利技术的粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据要加工的模型，确定分层及各层所要加工的截面形状；步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热；步骤三：在粉末层上方设置工具电极，调整工具电极与粉末层上表面的间隙，所述间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道，且所述间隙保证工具电极与粉末层上表面之间连续发生脉冲放电；步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型，完成该层所述截面形状的烧结成型，转入步骤二，在所述粉末层上表面平铺下一层粉末材料，直至完成所有层的烧结成型，结束。优选的是，所述步骤四中，工具电极进行扫描时，使放电点处的表面粉末受热熔融或烧结从而粘结在一起，并能与前一层已烧结层的已成型粉末烧结在一起。优选的是，所述步骤四中，工具电极进行扫描时，使已烧结完的粉末层及其上表面未被烧结的粉末层接地，保持零电位。优选的是，所述步骤四中，通过设置单脉冲放电能量、放电频率、工具电极相对粉末层表面的扫描速度，获得需要的粉末材料电火花烧结成型的质量和速度。优选的是，所述粉末材料为一种导电粉末、多种导电粉末的混合、导电粉末与粘结剂的混合或陶瓷粉末材料。优选的是，所述方法是在充有惰性气体的密闭加工室中进行的。一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造装置，所述装置包括铺粉预热辊筒2、原料腔3、原料腔底板4、成型腔5、成型腔底板6、工具电极8、工作台基体10和脉冲电源；工作台基体10内设有两个腔，分别为：原料腔3和成型腔5，所述工作台基体10的顶面为平面；原料腔底板4设置在原料腔3内，可上下运动；成型腔底板6设置在成型腔5内，可上下运动；铺粉预热辊筒2设置在工作台基体10的顶面上；工具电极8设置在成型腔5的上部，脉冲电源的正极与工具电极8连接，脉冲电源的负极与成型腔底板6及工作台基体10同时接地，成型腔底板6及工作台基体10均为导电材料；铺粉预热辊筒2能将原料腔3中的表层粉末均匀铺放到成型腔5内，并对粉末具有预加热作用。优选的是，所述装置还包括电极自动进给部件7、X方向进给部件11和Y方向进给部件12；所述工具电极8安装在电极自动进给部件7上，电极自动进给部件7控制工具电极8与成型腔5顶面之间的距离；所述电极自动进给部件7为Z向进给；X方向进给部件11，用于控制工作台基体10的X向进给；Y方向进给部件12，用于控制工作台基体10的Y向进给。优选的是，所述装置还包括密闭加工室，所述铺粉预热辊筒2、原料腔底板4、成型腔底板6、电极自动进给部件7、工具电极8、工作台基体10、X方向进给部件11、Y方向进给部件12和脉冲电源均设置在密闭加工室1中。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提出利用电火花加工(ElectricalDischargeMachining，EDM)中具有高能量密度的放电通道，将电能转化为热能作用在粉末材料上，利用分层的思想，使处于受热区域的粉末材料熔融或烧结后凝固逐层累加形成三维原型或制件；本专利技术具有实现简单、成本低、可控性好、可实现设备小型化等优点。本专利技术可用来加工金属零件，甚至可以用来加工陶瓷件，因此具有很大的潜在发展前途；本专利技术通过降低放电能量，可实现微细增材制造；通过调节参数还可方便地实现加工过程中电火花烧结增材制造与电火花去除加工的结合。附图说明图1为本专利技术的粉末材料选择性电火花烧结增材制造装置的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为本专利技术的粉末材料选择性电火花烧结增材制造装置实现烧结增材制造时的流程示意图；图4为粉末材料选择性电火花烧结成型工作原理说明图；图5基于RC驰张式脉冲电源的电火花烧结电路图；图6基于独立式晶体管脉冲电源的电火花烧结电路图；图7基于电容耦合脉冲电源的电火花烧结电路图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。本实施方式所述的粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法包括如下步骤：步骤一：根据要加工的模型的三维CAD造型，确定分层离散后的截面数据，获得各层所要加工的截面形状；步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热至即将熔化的温度；步骤三：在粉末层上方设置工具电极，该工具电极具有足够小的截面尺寸以保证电火花烧结的定域性；调整工具电极与粉末层上表面的间隙，所述间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道，工具电极与粉末层之间施加一定电压幅值和频率的脉冲电源用以击穿极间介质产生放电通道，工具电极与粉末层表面之间保持最佳距离，以保证处于最佳放电状态，保证工具电极与粉末层上表面之间连续发生脉冲放电；步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型，未被扫描到的粉末仍呈松散状，作为成型件和下一粉末层的支撑，完成该层所述截面形状的烧结成型，转入步骤二，在所述粉末层上表面平铺下一层粉末材料，直至完成所有层的烧结成型，结束。本实施方式利用电火花加工具有高能量密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据要加工的模型，确定分层及各层所要加工的截面形状；步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热；步骤三：在粉末层上方设置工具电极，调整工具电极与粉末层上表面的间隙，所述间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道，且所述间隙保证工具电极与粉末层上表面之间连续发生脉冲放电；步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型，完成该层所述截面形状的烧结成型，转入步骤二，在所述粉末层上表面平铺下一层粉末材料，直至完成所有层的烧结成型，结束。

【技术特征摘要】
1.一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据要加工的模型，确定分层及各层所要加工的截面形状；步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热；步骤三：在粉末层上方设置工具电极，调整工具电极与粉末层上表面的间隙，所述间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道，且所述间隙保证工具电极与粉末层上表面之间连续发生脉冲放电；步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型，完成该层所述截面形状的烧结成型，转入步骤二，在所述粉末层上表面平铺下一层粉末材料，直至完成所有层的烧结成型，结束。2.根据权利要求1所述的一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述步骤四中，工具电极进行扫描时，使放电点处的表面粉末受热熔融或烧结从而粘结在一起，并能与前一层已烧结层的已成型粉末烧结在一起。3.根据权利要求1所述的一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述步骤四中，工具电极进行扫描时，使已烧结完的粉末层及其上表面未被烧结的粉末层接地，保持零电位。4.根据权利要求1所述的一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述步骤四中，通过设置单脉冲放电能量、放电频率、工具电极相对粉末层表面的扫描速度，获得需要的粉末材料电火花烧结成型的质量和速度。5.根据权利要求1所述的一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述粉末材料为一种导电粉末、多种导电粉末的混合、导电粉末与粘结剂的混合或陶瓷粉末材料。6.根据权利要求1所述的一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，其特征在于，所述方法是在充有惰性气体的密闭加工室...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓冬，李世争，岳晓明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23