技术领域

[0001] 本发明涉及三维打印领域， 尤其涉及一种光固化金属三维打印装置及其打 印方 法。 本申请是基于申请日为 2016年 9月 21日， 申请号为 CN 201610839094.0的中国 发明专利申请， 上述申请的内容引入本文作为参考。

背景技术

[0002] 目前， 现有的三维打印机种类繁多， 具体按照成型方式 FDM

、 DLP、 SLA、 SLS、 SLM、 3DP等 3D成型的方法。 其中， DLP三维打印是利用 数字光处理技术使用一个投影仪逐层固化液态 光敏树脂， 其能够打印出来具有 非常精细分辨率的物体。

[0003] 现有的 DLP光固化 3D打印机包括光发射装置、 打印平台与树脂槽， 打印平台位 于树脂槽内， 光发射装置朝向打印平台照射， 继而在打印平台上逐层形成需要 打印的物体。

[0004] 然而， 由于打印平台在树脂槽内上下移动， 一方面， 由于液体光敏树脂与打印 平台的接触， 导致打印平台向上的作用力很大， 容易导致打印机液态树脂槽底 部材料损坏。 另一方面， 由于平台的移动将会存在误差， 导致打印物体位置以 及打印精度存在一定的误差。 同吋由于一般成像光用于对树脂等液态光固化 材 料进行照射固化， 其能量较小， 故无法对金属材料打印成型， 使用方面存在局 限性。

技术问题

[0005] 本发明的第一目的是提供一种打印成型效率高 和打印成本较低的光固化金属三 维打印装置。

[0006] 本发明的第二目的是提供一种打印成型效率高 和打印成本较低的光固化金属三 维打印装置。

[0007] 本发明的第三目的是提供一种打印成型效率高 和打印成本较低的光固化金属三 维打印装置的打印方法。 [0008] 本发明的第四目的是提供一种打印成型效率高 和打印成本较低的光固化金属三 维打印装置的打印方法。

问题的解决方案

技术解决方案

[0009] 为了实现本发明的第一目的， 本发明提供一种光固化金属三维打印装置， 其中 ， 包括控制装置、 第一平台、 刮板、 第二平台和光发射装置， 第一平台接收控 制装置输出的第一控制信号， 第一平台可沿竖直方向移动， 第一平台用于承载 成像材料， 成像材料包括液态光固化材料和金属粉末， 刮板接收控制装置输出 的第二控制信号， 刮板可沿水平方向移动， 第二平台接收控制装置输出的第三 控制信号， 第二平台可沿竖直方向移动， 刮板可将成像材料从第一平台输送至 第二平台上， 光发射装置接收控制装置输出的第四控制信号 ， 光发射装置位于 第二平台的上方， 光发射装置朝向第二平台照射。

[0010] 更进一步的方案是， 金属粉末的质量在成像材料的质量中的占比大 于等于 60%

[0011] 更进一步的方案是， 光固化金属三维打印装置还包括第一容纳腔和 第二容纳腔 ， 第一容纳腔和第二容纳腔在上方均设置有幵口 ， 第一平台位于第一容纳腔中 ， 第二平台位于第二容纳腔中。

[0012] 更进一步的方案是， 成像材料呈粘稠状液体。

[0013] 更进一步的方案是， 第一平台的数量为多个， 多个第一平台设置在第二平台的 外周。

[0014] 为了实现本发明的第二目的， 本发明提供一种光固化金属三维打印装置， 其中 ， 包括控制装置、 第一平台、 刮板、 第二平台、 喷嘴和光发射装置， 第一平台 接收控制装置输出的第一控制信号， 第一平台可沿竖直方向移动， 第一平台用 于承载金属粉末， 刮板接收控制装置输出的第二控制信号， 刮板可沿水平方向 移动， 第二平台接收控制装置输出的第三控制信号， 第二平台可沿竖直方向移 动， 刮板可将金属粉末从第一平台输送至第二平台 ， 喷嘴接收控制装置输出的 第四控制信号， 喷嘴用于朝向第二平台喷射液态光固化材料， 光发射装置接收 控制装置输出的第五控制信号， 光发射装置位于第二平台的上方， 光发射装置 朝向第二平台照射。

[0015] 由上述方案可见， 通过在第一平台上承载金属粉末， 第二平台用于成像， 继而 利用刮板逐层地向第二平台输送金属粉末， 同吋利用喷嘴均匀地朝向金属粉末 喷涂液态光固化材料， 并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材 料固化， 由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末 ， 故金属粉末通过液态光固化材 料作为粘结剂进行位置三维固化， 继而可实现金属三维的初步成型， 后续可通 过高温固化烧结将光固化材料去除并实现金属 粉末之间的融合连接， 最终完成 金属模型的三维打印， 由于利用的是 DLP光固化进行初步成型， 其打印成型效率 高， 且相比于昂贵的 SLM金属三维打印机， SLM金属三维打印机不仅价格高、 后期维护成本大、 消耗成本高， 本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的 打印不仅打印成本较低且结构较为简单， 易于维护。

[0016] 为了实现本发明的第三目的， 本发明提供一种光固化金属三维打印装置的打 印 方法， 其中， 光固化金属三维打印装置包括控制装置、 第一平台、 刮板、 第二 平台和光发射装置， 第一平台接收控制装置输出的第一控制信号， 第一平台可 沿竖直方向移动， 第一平台用于承载成像材料， 成像材料包括液态光固化材料 和金属粉末， 刮板接收控制装置输出的第二控制信号， 刮板可沿水平方向移动 ， 第二平台接收控制装置输出的第三控制信号， 第二平台可沿竖直方向移动， 光发射装置接收控制装置输出的第四控制信号 ， 光发射装置位于第二平台的上 方， 打印方法包括： 刮板将成像材料从第一平台输送至第二平台上 ， 并将第二 平台上的成像材料刮平； 光发射装置朝向第二平台上照射； 第二平台下降预设 距离， 第一平台上升预设距离。

[0017] 为了实现本发明的第四目的， 本发明提供一种光固化金属三维打印装置的打 印 方法， 其中， 包括控制装置、 第一平台、 刮板、 第二平台、 喷嘴和光发射装置 ， 第一平台接收控制装置输出的第一控制信号， 第一平台可沿竖直方向移动， 第一平台用于承载金属粉末， 刮板接收控制装置输出的第二控制信号， 刮板可 沿水平方向移动， 第二平台接收控制装置输出的第三控制信号， 第二平台可沿 竖直方向移动， 喷嘴接收控制装置输出的第四控制信号， 光发射装置接收控制 装置输出的第五控制信号， 光发射装置位于第二平台的上方， 打印方法包括： 刮板将金属粉末从第一平台输送至第二平台上 ， 并将第二平台上的金属粉末刮 平； 喷嘴用于朝向第二平台上的金属粉末喷射液态 光固化材料； 光发射装置朝 向第二平台上照射； 第二平台下降预设距离， 第一平台上升预设距离。

发明的有益效果

有益效果

[0018] 本发明的光固化金属三维打印装置， 通过在第一平台上承载成像材料， 第二平 台用于成像， 继而利用刮板逐层地向第二平台输送成像材料 ， 并在光发射装置 对成像材料中的液态光固化材料固化， 由于成像材料包括液态光固化材料和金 属粉末， 故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进 行位置三维固化， 继而 可实现金属三维的初步成型， 后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并 实 现金属粉末之间的融合连接， 最终完成金属模型的三维打印， 由于利用的是 DLP 光固化进行初步成型， 其打印成型效率高， 且相比于昂贵的 SLM金属三维打印 机， SLM金属三维打印机不仅价格高、 后期维护成本大、 消耗成本高， 本案的 光固化金属三维打印装置对金属模型的打印不 仅打印成本较低且结构较为简单 ， 易于维护。

[0019] 并且， 金属粉末占 60%， 可使得成像材料呈粘稠状材料， 使得成像材料更为具 有附着力， 也提高金属打印的成像品质。

[0020] 再者， 通过容纳腔对打印平台的承载， 有利于维护打印环境， 才， 成像材料存 放在容纳腔或落在容纳腔均可。

[0021] 另外， 粘稠状液体的成像材料能够更好地粘附在模型 上， 也能够减少金属粉末 的飞扬。

[0022] 而且， 通过多个第一平台的设置， 使得本案的光固化金属三维打印装置能够对 多种不同金属材料成像。

[0023] 本发明的光固化金属三维打印装置， 通过在第一平台上承载金属粉末， 第二平 台用于成像， 继而利用刮板逐层地向第二平台输送金属粉末 ， 同吋利用喷嘴均 匀地朝向金属粉末喷涂液态光固化材料， 并在光发射装置对成像材料中的液态 光固化材料固化， 由于成像材料包括液态光固化材料和金属粉末 ， 故金属粉末 通过液态光固化材料作为粘结剂进行位置三维 固化， 继而可实现金属三维的初 步成型， 后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并 实现金属粉末之间的融 合连接， 最终完成金属模型的三维打印， 由于利用的是 DLP光固化进行初步成型 ， 其打印成型效率高， 且相比于昂贵的 SLM金属三维打印机， SLM金属三维打 印机不仅价格高、 后期维护成本大、 消耗成本高， 本案的光固化金属三维打印 装置对金属模型的打印不仅打印成本较低且结 构较为简单， 易于维护。

[0024] 本发明的光固化金属三维打印装置的打印方法 ， 通过在第一平台上承载成像材 料， 第二平台用于成像， 继而利用刮板逐层地向第二平台输送成像材料 ， 并在 光发射装置对成像材料中的液态光固化材料固 化， 由于成像材料包括液态光固 化材料和金属粉末， 故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进 行位置三维 固化， 并在打印完一层后第一平台上升第二平台下降 ， 如此循环便可实现金属 三维的初步成型， 后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并 实现金属粉末 之间的融合连接， 最终完成金属模型的三维打印， 由于利用的是 DLP光固化进行 初步成型， 其打印成型效率高， 且相比于昂贵的 SLM金属三维打印机， SLM金 属三维打印机不仅价格高、 后期维护成本大、 消耗成本高， 本案的光固化三维 打印方法对金属模型的打印不仅打印成本较低 且结构较为简单， 易于操作。

[0025] 并且， 通过在第一平台上承载金属粉末， 第二平台用于成像， 继而利用刮板逐 层地向第二平台输送金属粉末， 同吋利用喷嘴均匀地朝向金属粉末喷涂液态光 固化材料， 并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材 料固化， 由于成像材 料包括液态光固化材料和金属粉末， 故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结 剂进行位置三维固化， 并在打印完一层后第一平台上升第二平台下降 ， 如此循 环便可实现金属三维的初步成型， 后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除 并实现金属粉末之间的融合连接， 最终完成金属模型的三维打印， 由于利用的 是 DLP光固化进行初步成型， 其打印成型效率高， 且相比于昂贵的 SLM金属三维 打印机， SLM金属三维打印机不仅价格高、 后期维护成本大、 消耗成本高， 本 案的光固化金属三维打印装置对金属模型的打 印不仅打印成本较低且结构较为 简单， 易于维护。

对附图的简要说明

附图说明 [0026] 图 1是本发明光固化金属三维打印装置第一实施� �的结构原理图。

[0027] 图 2是本发明光固化金属三维打印装置第二实施� �的结构原理图。

[0028] 图 3是本发明光固化金属三维打印装置第三实施� �的结构原理图。

[0029] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明 。

具体实施方式

[0030] 光固化金属三维打印装置第一实施例：

[0031] 参照图 1， 光固化金属三维打印装置包括控制装置 1、 平台 11、 容纳腔 111、 平 台 12、 容纳腔 121、 刮板 21和光发射装置 22， 控制装置 1采用具有运算能力的单 片机和处理芯片， 容纳腔 111和容纳腔 121在上方均设置有幵口， 平台 11位于第 一容纳腔中， 平台 12位于第二容纳腔中。 平台 11接收控制装置 1输出的控制信号 ， 平台 11在容纳腔 111内可沿竖直方向移动， 平台 11用于承载成像材料， 成像材 料包括液态光固化材料和金属粉末， 金属粉末的质量在成像材料的质量中的占 比大于等于 60%， 使得成像材料呈粘稠状液体， 成像材料可叠堆在平台 11上。

[0032] 平台 12接收控制装置 1输出的控制信号， 平台 12可在容纳腔 121内沿竖直方向移 动， 刮板 21接收控制装置 1输出的控制信号， 刮板 21呈长条状设置， 刮板 21可沿 水平方向移动。

[0033] 光发射装置 22接收控制装置 1输出的控制信号， 光发射装置 22采用数字激光头 并通过 DLP方式进行照射成像， 光发射装置 22位于平台 12的上方， 光发射装置 22 朝向平台 12照射成像图像光线。

[0034] 光固化金属三维打印装置的打印方法第一实施 例：

[0035] 上述光固化金属三维打印装置第一实施例进行 金属三维成像吋， 幵始吋， 平台 11一般位于容纳腔 111内， 平台 11上叠堆多层成像材料， 平台 12—般位于容纳腔 121的幵口处， 首先刮板 21将成像材料从平台 11输送至平台 12上， 并将成像材料 刮平， 随后光发射装置 22向平台 12的成像材料进行照射， 由于照射的成像光使 得成像材料中的液态光固化材料固化， 继而使预设的照射区域固化， 而光固化 材料作为金属粉末粒子之间的粘结剂， 也使得金属粉末在预设的照射区域位置 固定。 然后成像完毕的平台 11往下移动预设距离， 而平台 12往上移动预设距离 。 随后继续执行刮板 21将成像材料输送至平台 12上， 以及光发射装置 22对成像 材料进行光固化处理， 以及平台的上下移动， 直至三维模型逐层打印完毕。 最 后将初步完成的含有金属粉末的三维模型从平 台 12上取出， 并对其进行高温固 化烧结， 高温固化烧结会将模型中的光固化材料如树脂 去除， 并将金属粉末加 热熔融和相互结合， 最终完成金属三维模型打印。

[0036] 光固化金属三维打印装置第二实施例：

[0037] 参照图 2， 光固化金属三维打印装置包括控制装置 3、 平台 31、 容纳腔 311、 平 台 32、 容纳腔 321、 刮板 41、 光发射装置 42和喷头 43， 控制装置 3采用具有运算 能力的单片机和处理芯片， 容纳腔 311和容纳腔 321在上方均设置有幵口， 平台 3 1位于第一容纳腔中， 平台 32位于第二容纳腔中。 平台 31接收控制装置 3输出的 控制信号， 平台 31在容纳腔 311内可沿竖直方向移动， 平台 31用于承载金属粉末 51， 金属粉末 51可叠堆在平台 31上。

[0038] 平台 32接收控制装置 3输出的控制信号， 平台 32可在容纳腔 321内沿竖直方向移 动， 刮板 41接收控制装置 3输出的控制信号， 刮板 41呈长条状设置， 刮板 41可沿 水平方向移动。 喷头 43接收控制装置 3输出的控制信号， 喷头 43可沿水平方向移 动， 喷头 43可呈长条状延伸设置并用于朝向平台 32喷射液态光固化材料 52。

[0039] 光发射装置 42接收控制装置 3输出的控制信号， 光发射装置 42采用数字激光头 并通过 DLP方式进行照射成像， 光发射装置 42位于平台 32的上方， 光发射装置 42 朝向平台 32照射成像光。

[0040] 光固化金属三维打印装置的打印方法第二实施 例：

[0041] 上述光固化金属三维打印装置第一实施例进行 金属三维成像吋， 幵始吋， 平台 31—般位于容纳腔 311内， 平台 31上叠堆多层成像材料， 平台 32—般位于容纳腔 321的幵口处， 首先刮板 41将金属粉末从平台 11输送至平台 12上， 并将金属粉末 刮平， 然后喷头 43水平移动并朝向平台 32上金属粉末 51喷射液态光固化材料 52 ， 金属粉末 51和液态光固化材料 52相互融合， 由于金属粉末的直径一般在 8纳米 左右， 金属粉末之间容易相互吸引继而易成金属粉末 团， 其是不容易铺平的， 在喷射液态光固化材料 52后， 为了使该层更加平整， 刮板 41再对平台 32上的金 属粉末 51和液态光固化材料 52再次刮平。 [0042] 随后光发射装置 42向平台 32的液态光固化材料 52进行照射， 由于照射的成像光 使得液态光固化材料固化， 继而使预设的照射区域固化， 而光固化材料作为金 属粉末粒子之间的粘结剂， 也使得金属粉末在预设的照射区域位置固定。 然后 成像完毕的平台 31往下移动预设距离， 而平台 32往上移动预设距离。 随后继续 执行刮板 41将金属粉末输送至平台 32上， 再喷射液态光固化材料， 以及光发射 装置 42进行光固化处理， 以及平台的上下移动， 直至三维模型逐层打印完毕。 最后将初步完成的含有金属粉末的三维模型从 平台 32上取出， 并对其进行高温 固化烧结， 高温固化烧结会将模型中的光固化材料如树脂 去除， 并将金属粉末 加热熔融和相互结合， 最终完成金属三维模型打印。

[0043] 光固化金属三维打印装置第三实施例：

[0044] 参照图 3， 并基于上述光固化金属三维打印装置第一和第 二实施例的原理上， 可对光固化金属三维打印装置的工位进行改进 ， 如设置多个用于承载成像材料 或金属粉末的平台 61， 平台 61可分别承载不同金属材料， 设置多个承载模型的 平台 62， 并在每个平台 62的上方设置用于照射成像的光发射装置， 而平台 61和 平台 62之间相互交叉相邻地设置， 即多个平台 61可以设置在平台 62的外周， 使 得通过设置在侧面的两个刮板 63可对平台 62进行成像材料输送和刮平， 以及通 过设置在侧面的两个喷头 64通过移动便可对平台 62进行喷射， 进行多种金属混 合打印成型是， 可进行交替铺金属粉末以及喷射液态光固化材 料,利用多工位的 设置实现不同金属的金属三维打印， 以及提高打印成型效率。

[0045] 上述金属粉末可以采用青铜、 钴基合金、 铜基合金、 金基合金、 镍基合金、 不 锈钢、 铁、 铅、 锌合金中的至少一种， 以及本案中的第一平台、 第二平台、 舌 IJ 板和喷头均内置有移动电机并可沿预设轨道沿 水平移动或竖直移动， 控制装置 通过控制信号控制移动电机的转动便可实现移 动。

[0046] 由上可见， 通过在第一平台上承载成像材料， 第二平台用于成像， 继而利用刮 板逐层地向第二平台输送成像材料， 成像材料的形成可以通过两种方式形成， 并在光发射装置对成像材料中的液态光固化材 料固化， 由于成像材料包括液态 光固化材料和金属粉末， 故金属粉末通过液态光固化材料作为粘结剂进 行位置 三维固化， 继而可实现金属三维的初步成型， 后续可通过高温固化烧结将光固 化材料去除并实现金属粉末之间的融合连接， 最终完成金属模型的三维打印， 由于利用的是 DLP光固化进行初步成型， 其打印成型效率高， 且相比于昂贵的 S LM金属三维打印机， SLM金属三维打印机不仅价格高、 后期维护成本大、 消耗 成本高， 本案的光固化金属三维打印装置对金属模型的 打印不仅打印成本较低 且结构较为简单， 易于维护。

[0047] 工业应用性

[0048] 本发明的光固化金属三维打印装置及其打印方 法适用于三维打印应用场合中， 应用本发明的打印机装置和打印方法， 利用 DLP光固化先进行初步成型， 其打印 成型效率高， 后续可通过高温固化烧结将光固化材料去除并 实现金属粉末之间 的融合连接， 且相比于昂贵的 SLM金属三维打印机， SLM金属三维打印机不仅 价格高、 后期维护成本大、 消耗成本高， 本案的光固化金属三维打印装置对金 属模型的打印不仅打印成本较低且结构较为简 单， 易于维护。