一種利用3d打印空間結構金屬支架的方法
【專利摘要】一種利用3D打印空間結構金屬支架的方法，其技術方案為首先將預生產支架的三維結構圖輸入3D打印設備電腦系統，將生產支架的金屬粉預熱堆放，然后使用3D打印設備的刮平棍子將表面的粉末均勻鋪平，高能電子束在3D打印設備電腦系統的控制下根據支架三維結構圖的分層信息進行選擇性融化后凝固，這樣完成一層的打印生產后進行下一層的融化，最后去除多余的粉末后形成最終需要的空間結構金屬支架。本方法使最終的金屬支架一體成型，每層融化的金屬液體在凝固時晶粒正常生長，使支架能夠有細密均勻的組織，具有優秀的力學性能。
【專利說明】一種利用3D打印空間結構金屬支架的方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種3D打印生產方法，尤其是用來打印具有空間結構的金屬支架。
[0002]【背景技術】:
三維打印(Three Dimens1nal Printing, 3 DP) 是美國麻省理工學院(MIT)在20世紀90年代發明的一種快速成型技術，準確地說，應該是增量制造(Additive Manufacturing, AM)技術。創意提出伊始，就樹立了可以制作任何構造(Any-composit1n)、任何材料(Any-material)和任何幾何形狀(Any-geometry)實物的愿景。3DP的工作原理類似噴墨打印機，不過噴出的不是墨水，而是粘結劑、液態的蠟、塑料或樹脂。按照噴出的材料不同，可以分為粘結劑打印、熔融蠟打印和熔融塑料涂覆(FDM)。可以把打印頭換成激光頭，激光燒結(SLS)、光固化樹脂(SLA)和激光熔融(SLM)也可以視為三維打印的特例，因此廣義的三維打印一詞包含了大多數增量疊層制造技術，從宏觀上進行系統思考，以便于公眾對新技術的理解。三維打印既與從毛坯上去除多余材料的切削加工方法完全不同，也與借助模具鍛壓、沖壓、鑄造和注射等強制材料成形的工藝迥然有異，是一種“增量”成形技術。具體成形過程是，根據三維CAD模型，經過格式轉換后，對零件進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓形狀。按照這些輪廓形狀，用噴射源選擇性地噴射一層層的粘結劑或熱熔性材料，或用激光束選擇性地固化一層層的液態光敏樹脂，或燒結一層層的粉末材料，形成每一層截面二維的平面輪廓形狀，然后再一層層疊加成三維立體零件。
[0003]到目前，增量疊層制造技術已經有了巨大的進步，增量疊層制造不僅僅局限于制作原型，還可以制造出可用的功能產品；不僅可以制造塑料產品，還可以制造金屬產品；不僅可用于航空航天，也即將進入千家萬戶；不僅可制作現代藝術品，也可用來高仿真復制古董；不僅可以制造身外之物，還可以制造人體植入物，甚至人體器官；不僅可以制造用品，還可以蓋房子、制作蛋糕和牛排；是一種具有無限可能的多用途技術，其前景極其絢麗，吸引了眾多的設計師、工程師、業余愛好者和投資者參與其中，成為可能引發新工業革命的導火線，各國電視媒體和期刊雜志紛紛加以報道。這一高潮的出現除了三維打印的獨特潛在優勢外，還由于近年取得的成本突破和材料突破以及應用領域的急劇擴大，與此同時孕育著和開始隱現出新的商務、生產模式以及新的生活方式。有些未來學家認為，它的作用將可與計算機和互聯網媲美。
[0004]桁架是一種常見的具有空間結構的金屬支架。普通桁架是一種由桿件彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結構，由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節省材料，減輕自重和增大剛度。桁架的優點是桿件主要承受拉力或壓力，可以充分發揮材料的作用，節約材料，減輕結構重量。常用的有鋼桁架、鋼筋混凝土桁架、預應力混凝土桁架、木桁架、鋼與木組合桁架、鋼與混凝土組合桁架。桁架是單獨生產桿材然后進行組裝，如果用3D打印進行一體化生產，則能夠顯著提高連接部位的力學性能。
[0005]
【發明內容】
: 本發明為一種利用3D打印空間結構金屬支架的方法，其技術方案為首先將預生產支架的三維結構圖輸入3D打印設備電腦系統，將生產支架的金屬粉預熱堆放，然后使用3D打印設備的刮平棍子將表面的粉末均勻鋪平，高能電子束在3D打印設備電腦系統的控制下根據支架三維結構圖的分層信息進行選擇性融化后凝固，這樣完成一層的打印生產后進行下一層的融化，最后去除多余的粉末后形成最終需要的空間結構金屬支架。
[0006]不同于低于熔點的燒結，高能電子束直接將單獨一層的金屬粉末進行融化，融化后的金屬凝固時完全遵循晶粒生長的規律，獲得細密組織的性能。
[0007]在高能電子束融化前對金屬粉末進行充分預熱，使其溫度接近熔點。
[0008]最終支架完成生產后，多余的粉末進行回收可以再次利用，這樣本方法生產空間結構金屬支架基本是材料零損耗的生產。
[0009]有益效果:
3D打印的空間結構金屬支架一體成型，桿件兩端的連接是晶粒內生而成，具有優良的力學性能。
[0010]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為利用3D打印出的空間結構金屬支架示意圖
【具體實施方式】
:
為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下。
[0011]將預生產支架的三維結構圖輸入3D打印設備電腦系統。
[0012]將生產支架的金屬粉預熱堆放，然后使用3D打印設備的刮平棍子將表面的粉末均勻鋪平。
[0013]高能電子束在3D打印設備電腦系統的控制下根據支架三維結構圖的分層信息進行選擇性融化后凝固。
[0014]完成一層的打印生產后進行下一層的融化，最后去除多余的粉末后形成最終需要的空間結構金屬支架。
[0015] 申請人:聲明，以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種利用3D打印空間結構金屬支架的方法，其特征在于:首先將預生產支架的三維結構圖輸入3D打印設備電腦系統，將生產支架的金屬粉預熱堆放，然后使用3D打印設備的刮平棍子將表面的粉末均勻鋪平，高能電子束在3D打印設備電腦系統的控制下根據支架三維結構圖的分層信息進行選擇性融化后凝固，這樣完成一層的打印生產后進行下一層的融化，最后去除多余的粉末后形成最終需要的空間結構金屬支架。
2.根據權利I所述的3D打印空間結構金屬支架的方法，其特征在于:不同于低于熔點的燒結，高能電子束直接將單獨一層的金屬粉末進行融化，融化后的金屬凝固時完全遵循晶粒生長的規律，獲得細密組織的性能。
3.根據權利I所述的3D打印空間結構金屬支架的方法，其特征在于:在高能電子束融化前對金屬粉末進行充分預熱，使其溫度接近熔點。
4.根據權利I所述的3D打印空間結構金屬支架的方法，其特征在于:最終支架完成生產后，多余的粉末進行回收可以再次利用，這樣本方法生產空間結構金屬支架基本是材料零損耗的生產。
【文檔編號】B22F5/00GK104399987SQ201410674019
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】趙婉藝, 陳志華 申請人:安徽省庫侖動力自動化科技有限公司