一種適用于選區(qū)激光熔化的帶磁場基板和采用該基板的3D打印方法與流程

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)，具體的說，涉及適用于金屬選區(qū)激光熔化的帶磁場基板和采用該基板的3D打印方法。

背景技術(shù)：

目前選區(qū)激光熔化的基板是一塊普通的金屬板，只能起到一個成型零件底部固定支撐的作用，沒有其他任何輔助儀器或機構(gòu)去提高成型零件懸垂部分的表面質(zhì)量。當(dāng)相鄰兩次激光熔化下層和上層不同金屬粉末區(qū)域時，若后一次激光熔化區(qū)域大于前一次激光熔化區(qū)域，那么增大的那一區(qū)域就是懸垂部分。對于懸垂成型缺陷避免的研究主要從三個方面入手：添加支撐成型、旋轉(zhuǎn)角度成型、粉末自支撐極限成型，但是這幾種方案都有自身的局限性。(1)添加支撐成型的局限性體現(xiàn)在：對于具有封閉內(nèi)腔零件，支撐無法去除，對于一些復(fù)雜零件是不能添加支撐成型的。(2)旋轉(zhuǎn)角度成型的局限性體現(xiàn)在：旋轉(zhuǎn)角度成型的最大特點是零件復(fù)雜性和空間隨意性，一般零件加工中有多個維度存在懸垂成型。因此在空間維度約束下，通過調(diào)整零件的擺放只能避免一個維度懸垂成型。(3)粉末自支撐極限成型：難以避免尺寸精度缺陷(懸垂物)、內(nèi)應(yīng)力缺陷(翹曲)和組織性能缺陷(縮孔)等缺陷的產(chǎn)生。

因此，為發(fā)展3D打印技術(shù)，懸垂成型存在缺陷問題，提高成型工件的表面精度等問題急需解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種通過線圈產(chǎn)生磁場力對懸垂部分進行支撐的適用于選區(qū)激光熔化的帶磁場基板和采用該基板的3D打印方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種適用于選區(qū)激光熔化的帶磁場基板，對金屬粉末懸垂部分提供向上的磁場力，包括空心基板、基板端蓋、粉末成型支撐機構(gòu)、控制機構(gòu)；基板端蓋安裝在空心基板上，兩者圍成容納粉末成型支撐機構(gòu)的空心容腔；粉末成型支撐機構(gòu)包括上金屬板、下金屬板、多個線圈，上金屬板和下金屬板上下平行的設(shè)置在空心容腔內(nèi)，多個線圈在同一水平面上均勻排布在上金屬板和下金屬板之間，上金屬板和下金屬板內(nèi)均設(shè)置有電路，各線圈的上端并聯(lián)的接入上金屬板的電路，各線圈的下端并聯(lián)的接入下金屬板的電路；控制機構(gòu)控制每個線圈的通斷，接通時，線圈通直流電產(chǎn)生向上的磁場力。

作為一種優(yōu)選，空心基板上端為平面，空心基板開口朝下，基板端蓋覆蓋空心基板的開口安裝；上金屬板和下金屬板均為平板，下金屬板固定在基板端蓋的上端；線圈外表設(shè)有絕緣層。

作為一種優(yōu)選，控制機構(gòu)包括控制器和保護開關(guān)。

作為一種優(yōu)選，多個線圈以矩形陣列的方式排列在同一水平面上，線圈的行間距等于列間距。

作為一種優(yōu)選，多個線圈在同一水平面上排列成多個同心圓環(huán)，處于同一圓環(huán)的線圈以環(huán)形陣列的方式排布。

作為一種優(yōu)選，在俯視方向上，線圈為圓形。線圈的形狀可以是細長形或者短粗型。

一種3D打印方法，采用一種適用于選區(qū)激光熔化的帶磁場基板，當(dāng)融化一層金屬粉末，該層產(chǎn)生懸垂部分時，控制機構(gòu)接通懸垂部分的投影覆蓋的線圈，該線圈產(chǎn)生向上的磁場力支撐懸垂部分。

作為一種優(yōu)選，粉末成型支撐機構(gòu)中各個線圈的通斷根據(jù)懸垂部分的軌跡坐標(biāo)變化而自動調(diào)節(jié)；接入電路中線圈的軌跡坐標(biāo)和懸垂部分的軌跡坐標(biāo)一致。

作為一種優(yōu)選，控制機構(gòu)的控制器根據(jù)每一層的金屬粉末離空心基板上端的距離，選擇一定大小的直流電，使得每一層懸垂部分的金屬粉末所受到的支撐力是一樣的。

作為一種優(yōu)選，控制流經(jīng)線圈的直流電大小以控制磁場力的大小。

本發(fā)明的原理是：通過線圈產(chǎn)生向上的磁場力對懸垂部分進行支撐；線圈均勻排布成像素陣列，單獨控制每個線圈的通斷，即可控制產(chǎn)生磁場力的區(qū)域，線圈排布得越多，區(qū)域控制越精細；控制通過線圈的直流電的大小，即可控制磁場力的大小。

總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)對懸垂部分施加支撐力，起支撐作用，可以避免成型過程中懸垂部分產(chǎn)生懸垂物，減少成型原件中心縮孔，解決表面不平滑的問題。

(2)可以提高懸垂部分的尺寸精度、避免組織疏松，解決成型復(fù)雜零件時懸垂物過多等問題。

(3)工作原理簡單、成本低、節(jié)能環(huán)保、無污染。

(4)結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是線圈的俯視圖。

圖4是空心基板的立體圖。

圖5是空心基板主視方向的剖視圖。

其中，1為空心基板，2為線圈，3為導(dǎo)線，4為保護開關(guān)，5為控制器，6為上金屬板，7為下金屬板，8為基板端蓋。

具體實施方式

下面來對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

一種適用于選區(qū)激光熔化的帶磁場基板，對金屬粉末懸垂部分提供向上的磁場力，包括空心基板、基板端蓋、粉末成型支撐機構(gòu)、控制機構(gòu)。

空心基板上端為平面，用于支撐成型零件，空心基板開口朝下，基板端蓋覆蓋空心基板的開口安裝，兩者圍成容納粉末成型支撐機構(gòu)的空心容腔。

粉末成型支撐機構(gòu)包括上金屬板、下金屬板、多個線圈，上金屬板和下金屬板上下平行的設(shè)置在空心容腔內(nèi)，多個線圈在同一水平面上均勻排布在上金屬板和下金屬板之間。上金屬板和下金屬板內(nèi)均設(shè)置有電路，各線圈的上端并聯(lián)的接入上金屬板的電路，各線圈的下端并聯(lián)的接入下金屬板的電路，各線圈的通斷可獨立控制。上金屬板和下金屬板均為平板，下金屬板固定在基板端蓋的上端；線圈外表設(shè)有絕緣層，以防線圈與上金屬板、下金屬板短路。多個線圈以矩形陣列的方式排列在同一水平面上，線圈的行間距等于列間距。

控制機構(gòu)包括通過導(dǎo)線連接的控制器和保護開關(guān)，位于空心容腔的外部?？刂茩C構(gòu)控制每個線圈的通斷，接通時，線圈通直流電產(chǎn)生向上的磁場力。

3D打印時，計算機輸出軌跡坐標(biāo)，激光熔化指定區(qū)域的金屬粉末，形成一層預(yù)定形狀。當(dāng)相鄰兩次激光熔化不同金屬粉末區(qū)域時，若后一次(上層)激光熔化區(qū)域大于前一次(下層)激光熔化區(qū)域，那么增大的那一區(qū)域就是懸垂部分。3D金屬打印機在工作的時候，計算機控制激光發(fā)射器熔化指定區(qū)域的金屬粉末，由于成型零件的不同，在疊加過程中肯定會遇到懸垂部分，計算機輸出模型的每一層的軌跡坐標(biāo)到控制器，然后控制器按照預(yù)定編好的程序處理軌跡坐標(biāo)，先得出存在懸垂部分的層，然后再得到懸垂部分的軌跡坐標(biāo)，最后根據(jù)控制器的算法，得出所在懸垂部分的軌跡坐標(biāo)內(nèi)的需要通電線圈；控制器發(fā)出指令控制需要通電的線圈接入電路中。

當(dāng)線圈通直流電產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場會對金屬粉末產(chǎn)生一定的支撐力，此支撐力正好支撐懸垂部分金屬粉末。

線圈的電流大小的控制過程為：金屬粉末每鋪一層，然后基板下降，其下降距離與一層金屬粉末厚度一致，控制器根據(jù)每一層的金屬粉末離基板的距離，選擇一定大小的直流電，使得每一層懸垂部分的金屬粉末所受到支撐力是一樣的。

當(dāng)計算機沒有檢測到懸垂部分的出現(xiàn)，計算機就會輸出一個信號給控制器，控制器就會控制保護開關(guān)斷開。

本實施例中，線圈和上金屬板的電路、下金屬板的電路的連接方式，控制機構(gòu)和電路的連接方式均為現(xiàn)有技術(shù)，作用是單獨控制每個線圈的通斷。

除了本實施例提及的方式外，多個線圈在同一水平面上排列成多個同心圓環(huán)，處于同一圓環(huán)的線圈以環(huán)形陣列的方式排布，圓環(huán)之間的距離相等。所有線圈覆蓋的區(qū)域可為矩形、圓形或其他需要的形狀，線圈的數(shù)量和密度均可根據(jù)實際需要靈活設(shè)置。線圈的形狀可以是細長形或者短粗型。這些變換方式均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。