一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法技术

一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法，涉及金属3D打印方法。电加热阴极和阳极后分别接电源的正极和负极，阴极和阳极采用石墨材料，阴极和阳极保持与石墨头点接触，使阴极和阳极升温；将金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，打印前，3D打印工作台的正上方装夹通电阴极和阳极，通电加热；将丝状金属打印材料进入石墨头中，达到熔融打印标准后，通过送丝系统带动挤压，进行打印。基于接触电阻的金属3D打印装置设有电源、金属打印材料、电加热阳极、石墨头、3D打印工作台、电加热阴极和送丝系统；电源正极和负极与电加热阳极和阴极连接，电加热阳极和阴极分别与石墨头接触，金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，工作台设在石墨头下方。

A metal 3D printing method based on contact resistance heating

A metal 3D printing method based on contact resistance heating relates to metal 3D printing method. The cathode and anode are connected to the cathode and anode respectively. The cathode and anode are used graphite material, the cathode and anode are kept in contact with the graphite head point, and the cathode and anode are heated. The metal printing material is entered into the graphite head through the wire feeding system. Before printing, the cathode and anode are mounted above the 3D printing table. Electric heating; the filamentous metal printing material into the graphite head, after achieving the melt printing standard, through the wire feeding system driven extrusion, printing. The metal 3D printing device based on contact resistance is equipped with a power supply, a metal printing material, an electric heating anode, a graphite head, a 3D printing table, an electric heating cathode and a wire feeding system. The positive and negative electrodes of the power supply are connected with the electric heating anode and the cathode. The electric heating anode and the cathode are contacted with the graphite head respectively, and the metal printing material passes through the wire feeding. The system enters the stone head and the working table is located under the graphite head.

【技术实现步骤摘要】
一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法
本专利技术涉及金属3D打印方法，尤其是涉及一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法。
技术介绍
近几年来，金属3D打印成为一大热点，但是金属3D打印目前大多数是以激光、电子束等为热源，造价高，成本大，温度难控制，造成了金属3D打印技术的应用([1]黎志勇,杨斌,王鹏程,李俏,莫玉梅.金属3D打印技术研究现状及其趋势[J].新技术新工艺,2017(04):25-28.)，进展缓慢，难以普及。因此，人们为了推动金属3D打印的进展，节省成本，运用了很多其他的加热打印方式，比如，陶瓷烧结([2]朱丽娟,唐猛,于宝海,刘越,田彦文,翟玉春3东北大学材料与冶金学院材料化学系.TiC/NiCrMoAlTi金属陶瓷烧结过程研究[J].材料工程,2001(06):10-12.)、电阻丝加热([3]夏节文.电阻丝加热的成组热处理技术及应用[J].化工施工技术,1994(3):23-25.)等等。但是或多或少都存在一些问题，比如温度太低，温度难以控制，以及打印成品的质量差等。基于接触电阻的金属3D打印方法是利用直流稳压稳流电源接通特殊材料石墨加热，本专利的思路就是利用2个导体间点接触处，会产生接触电阻的特点([4]许军,李坤.电接触的接触电阻研究[J].电工材料,2011(01):10-13.)，这个接触电阻比导体本身的电阻大得多，给它施加一个几伏的直流电压，可以产生几十甚至数百安培电流，可以使接触点局部迅速达到很高温度，并且温度的高低是可以控制，能熔化不同熔点的金属材料，通过控制加热温度，亦可以改善金相组织特性，加热头配上数控系统，进行金属3D打印的加工。目前，比较成熟的金属3D打印技术，一般是以激光、电子束、等离子弧等为热源，一方面传统的金属3D打印无法在加热过程中调节加热的温度，只能将金属先熔化再塑形，而基于接触电阻的金属3D打印技术可以解决这个问题，为更多方向的金属打印提供可能。另一方面，当前的金属3D打印机及其昂贵，造价太高，而基于接触电阻加热的金属3D打印系统不超过1万元，成本低，可以满足普通大众消费水平。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法。所述基于接触电阻加热的金属3D打印方法采用基于接触电阻的金属3D打印装置，所述方法包括以下步骤：1)电加热阴极和阳极后分别接直流稳压稳流电源的正极和负极，所述阴极和阳极采用石墨材料，阴极和阳极保持与石墨头点接触，使阴极和阳极升温；2)将金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，进行打印前，3D打印工作台的正上方装夹通电阴极和阳极，通电加热；3)将丝状金属打印材料进入石墨头中，达到熔融打印标准后，通过送丝系统带动挤压，进行打印。在步骤1)中，所述阴极和阳极保持与石墨头点接触可用弹簧或螺钉加固，点接触产生的接触电阻大约0.1Ω，电压只需要几伏特就可以产生较大的功率，使得局部产生大量的焦耳热，升至高温。在步骤2)中，所述送丝系统可采用电机齿轮带动金属丝，并通过电机控制器调控送丝速度；所述通电加热可利用基于接触电阻加热原理，迅速升温。所述基于接触电阻的金属3D打印装置设有电源、金属打印材料、电加热阳极、石墨头、3D打印工作台、电加热阴极和送丝系统；所述电源的正极与电加热阳极连接，电源的负极与电加热阴极连接，电加热阳极和电加热阴极分别与石墨头接触，金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，所述3D打印工作台设在石墨头下方。本专利技术具有以下优点：1)成本低、效率高由于基于接触电阻的金属3D打印方法的成本相对激光等金属3D打印方法来说很小，因此本专利技术成本低，加热的升温效率高，可在几分钟之内达到所需温度，并进行后续打印工作。2)温度可调激光、电子束等金属3D打印方法温度无法调控，而基于接触电阻加热的方法是通过电压电流控制调节温度的大小的，温度可调，使得金属3D打印又向前迈进了一步。3)成品质量高本专利技术是在密闭的环境下进行，严格保证了金属熔化打印后的质量。附图说明图1为本专利技术实施例基于接触电阻的金属3D打印装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例的基于接触电阻的金属3D打印圆形铝成品示意图。图3为本专利技术实施例的基于接触电阻的金属3D打印金字塔形铝成品示意图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术采用基于接触电阻的金属3D打印装置(如图1所示)，所述基于接触电阻的金属3D打印装置设有电源1、金属打印材料2、电加热阳极3、石墨头4、3D打印工作台5、电加热阴极6和送丝系统7；所述电源1的正极与电加热阳极3连接，电源1的负极与电加热阴极6连接，电加热阳极3和电加热阴极6分别与石墨头4接触，金属打印材料2通过送丝系统7进入石墨头4，所述3D打印工作台5设在石墨头4下方。所述基于接触电阻加热的金属3D打印方法如下：电加热阴极、阳极(石墨材料，用其它金属材料高温时容易氧化)，分别接直流稳压稳流电源正极、负极后，都保持与石墨头点接触，为保证阴极和阳极与石墨头持续点接触，可用弹簧或螺钉加固。石墨头与石墨阴阳极之间是点接触，会产生接触电阻，这是本专利技术的关键所在。通过已有实验，可得点接触产生的接触电阻大约0.1Ω，电压只需要几伏特就可以产生较大的功率，使得局部产生大量的焦耳热，升至高温。石墨材料的阴极和阳极与石墨头接通，可在短时间内迅速升温，达到所需温度，可达1400℃以上，可以熔化不锈钢。金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，进行打印前，3D打印工作台的正上方装夹通电阴极和阳极，通电加热，利用基于接触电阻加热原理，迅速升温，然后丝状金属打印材料进入石墨头中，达到熔融打印标准后，通过送丝系统带动挤压，进行打印。以下给出本专利技术可行性实验结果及结论。为了验证本专利技术采用方法的可行性和有效性，按图1连接好电路，通过调节电压电流的大小，可达到不同金属材料的熔点。实验过程中，石墨头短短几分钟内，就变得通红，达到金属所需的熔点，并熔化了金属，流到3D打印工作台上。随着电压电流的增大，温度也会越来越大，目前，可以满足铝、铜、银的熔点。基于接触电阻的金属3D打印装置成本低，易于投入生产，实现了消费级金属3D打印，并且可以控制温度，得到优化。本专利技术实施例的基于接触电阻的金属3D打印圆形和金字塔形铝成品示意图参见图2和图3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法，其特征在于采用基于接触电阻的金属3D打印装置，所述方法包括以下步骤：1)电加热阴极和阳极后分别接直流稳压稳流电源的正极和负极，所述阴极和阳极采用石墨材料，阴极和阳极保持与石墨头点接触，使阴极和阳极升温；2)将金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，进行打印前，3D打印工作台的正上方装夹通电阴极和阳极，通电加热；3)将丝状金属打印材料进入石墨头中，达到熔融打印标准后，通过送丝系统带动挤压，进行打印。

【技术特征摘要】
1.一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法，其特征在于采用基于接触电阻的金属3D打印装置，所述方法包括以下步骤：1)电加热阴极和阳极后分别接直流稳压稳流电源的正极和负极，所述阴极和阳极采用石墨材料，阴极和阳极保持与石墨头点接触，使阴极和阳极升温；2)将金属打印材料通过送丝系统进入石墨头，进行打印前，3D打印工作台的正上方装夹通电阴极和阳极，通电加热；3)将丝状金属打印材料进入石墨头中，达到熔融打印标准后，通过送丝系统带动挤压，进行打印。2.如权利要求1所述一种基于接触电阻加热的金属3D打印方法，其特征在于在步骤1)中，所述阴极和阳极保持与石墨头点接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：王希，陈康伟，戴宇桦，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35