[发明专利]一种基于自蔓延反应的3D打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及自蔓延反应与3D打印技术，具体地说是涉及一种基于自蔓延反应的3D打印方法。

背景技术

3D 打印机即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。运用三维打印机打印模型，无需传统的切削加工机床和工模具，在计算机的控制下根据工件的三维模型，通过由点到线、由线到面、由面到体的分层离散与堆积过程，快速实现复杂三维实体的制造成形。

英国《经济学人》杂志认为，3D 打印技术与其它数字化生产模式一起，将推动并实现第三次工业革命。目前，市场上已有各种商业化的3D打印方法及其装备，包括光固化法、熔融沉积法、选区激光烧结法等。

但现有的3D打印技术多是利用粉末激光烧结，成本高，打印速率慢，打印周期长，且需要持续供能以支持激光烧结。如果要提高通常的3D 打印机的打印效率，则需要将填充率参数的填充率降低，而填充率的降低则导致打印出来的物体的密度降低，强度差。并且现有的3D 打印技术多数是针对需要打印的模型的尺寸和精度进行优化，简而言之就是要打的更大，更快和更光滑。这些技术无法快速获得打印部件，批量生产能力较差。

针对这一问题，设计了一种基于自蔓延反应的3D打印方法。自蔓延是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术，又被称为燃烧合成（Combustion Synthesis）。自蔓延技术利用化学反应自身放热，完全（或部分）不需要外热源。通过自动波快速燃烧的自维持反应得到所需要的成分和结构的产物。通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成分及结构。将自蔓延反应与3D打印相结合的技术，设备结构简单，操作安全，成本低廉，可以提高反应速率，缩短打印周期，可以快速大量获得打印产品，并且可应用多种金属粉末材料。

发明内容

    为解决上述技术问题，本发明提供一种基于自蔓延反应的3D打印方法，目的是将自蔓延反应与3D打印相结合，提高打印效率，缩短打印周期，快速大量的获得打印产品。

为达上述目的，本发明这样实现：

一种基于自蔓延反应的3D打印方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤一：对需要修补或建造的部件进行尺寸测量及材料分析；

步骤二：向三维建模软件录入测量的数据，为需要修补或打印的部件建模，将建成的三维模型分割成二维截面，并将截面信息传输给位移控制器和反应控制器；

步骤三：位移控制器调取第一层二维截面信息，设定填充率为0，层数为1，控制工作台进行前后、左右四个自由度的运动，并控制反应部分上下移动，使得熔液流液口做相对运动，运动路径总和构成三维模型分割成的第一层二维截面，打印始终从X轴最大坐标处开始，移动至X轴最小坐标处，打印后金属溶液还处于半熔融状态，被刷板刷平，位移控制器控制反应部分上升5~10mm安全距离，控制工作台沿-Y方向移动3~5mm，X轴方向回到最大坐标处，重复上述过程直至第一层二维截面完整打印；

同时，反应控制器使多个粉末仓的第一仓正对熔液流液口，通过点火装置引燃粉末，融化粉末仓底部盖板，使金属液从流液口流出，附着在待打印部位，第一仓金属熔液用尽时，移动粉末仓托板，使下一仓正对熔液流液口，引燃下一仓；粉末仓所装自蔓延粉末由按照化学反应配比的高热剂、造渣剂以及根据步骤一材料分析结果配制的金属粉末组成；

步骤四：当第一层二维截面打印完毕后，位移控制器控制打印部分上升一定高度，开始打印下一层；

步骤五：当打印全部完成时，打印部分移至纵轴最大尺寸处，反应控制器记录打印时间，打印用料情况。

根据上述的方法，铝基自蔓延粉末重量配比为：200目Al粉45%-50%、200目CaSO₄粉32%-37%、200目CaF₂粉4%-6%、50-100目Al粉11%-13%。

根据上述的方法，铜基自蔓延粉末重量配比为：200目Al粉55%-58%、200目CaSO₄粉20%-25%、200目CaF₂粉4%-6%、200目Cu粉10%-17%。

根据上述的方法，铁基自蔓延粉末重量配比为：200目Al粉53%-57%、200目CaSO₄粉22%-26%、200目CaF₂粉4%-6%、200目Fe粉11%-17%。

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1.整个打印过程利用自蔓延化学反应放热，完全（或部分）不需要外热源；