[实用新型]一种基于电子束的3D打印装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及3D实物成型领域。

背景技术

3D打印技术又称积层制造(AdditiveManufacturing，AM)，属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础直接制造几乎任意形状三维实体的技术。3D打印运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体，即“层造形法”。目前3D打印材料的累积主要采用的方式有激光固化、激光烧结、熔丝制造和熔融沉积成型等。

3D打印概念起源于美国，作为快速成型中一类技术统称，其打印的流程被称为“加成式制造”。首先制作者使用计算机软件将物体模型化后，把数据输送给3D打印机并选择相应的打印材料；然后3D打印机会利用材料分层加工，让产品逐渐成形。和这种“加成法”工艺相对应的“减成法”工艺，属于传统的制造方法，即在原材料的基础上削减不需要的部分。

这种“加成法”带来的材料节省和设计方便的同时也伴随着许多问题。

首先就是材料局限性问题，目前3D打印机使用的材料非常有限，主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等，且打印材料单一。

其次，传统3D打印由于分层叠加的原理，各打印层间结合力不够容易影响整体构件的性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，公开一种基于电子束的3D打印装置，电子束物理气相沉积技术与3D打印结合，可对各种不同成分的材料进行打印，并且打印层致密、成分易于控制、无污染。

电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术是电子束技术与物理气相沉积(PVD)技术相结合的产物,并伴随着电子束与物理气相沉积技术的发展而发展起来。电子束物理气相沉积是真空蒸发技术的一种，目前广泛应用于材料表面镀膜。该工艺是利用金属灯丝在高温状态下内部的一部分电子获得足够大的能量逸出金属表面，发射出热电子，在电磁场的作用下热电子高速运动，形成电子束轰击靶材表面，电子的动能转变成热能，使材料表面快速升温而蒸发。其优点是：蒸发速率高，靶材选择范围大，为制备各种成分的材料提供了可能；污染小。在真空条件下蒸发材料，可以避免制备出的材料被污染和氧化，制备材料的可设计能力强。在采用多电子束枪、多坩埚蒸发沉积条件下，通过控制沉积工艺参数来获得各种不同成分的多层复合材料或梯度结构材料，来满足材料的设计需要。

本实用新型给出的技术方案为：

一种基于电子束的3D打印装置，其特征在于，

包括水冷坩埚，水冷坩埚的水循环通道铺设在坩埚支架内，外层用隔热材料包裹，以防止材料气体在支架上冷却沉积；

包括送料器1，通过管路其输出端连接有送料喷头7，用于将打印材料粉末送入打印头内；

包括第一电子枪，对打印材料粉末进行高温升华；

包括打印头，其内部设置有送料喷头、第一电子枪、水冷坩埚，送料喷头、第一电子枪位于水冷坩埚之上，其外部设置有第一电控压力阀、第二电控压力阀用于控制其内部的压力，第一电控压力阀设置于打印头腰部；水冷坩埚底部处设置有打印头的喷嘴10，第二电控压力阀安装于打印头的喷嘴上；

包括第二电子枪，对基体12进行预热；

包括三坐标位移平台11，三坐标位移平台之上附着有基体12，通过外部计算机控制三坐标位移平台的运动实现使打印材料粉末气体在基体不同位置沉积；

包括真空罩，其内部设置有打印头、第二电子枪、三坐标位移平台，其外部设置有气泵3使得真空罩保持真空的工作环境。

该实用新型3D打印是利用电子束物理气相沉积的技术特点，3D打印机的打印头是一个小型的真空室，整个打印过程也是在真空罩中进行，打印头的喷嘴通过第二电控压力阀控制其开关，并且配有第一电控压力阀负责控制残余气体的排放，真空罩配有气泵可以抽出残余气体以保持真空，不同的材料粉末颗粒通过送料喷头喷入水冷坩埚，并通过第一电子枪发射电子束使材料粉末升华，通过电控阀的开关来控制材料气体的释放，释放的材料气体会在基体上冷却沉积。打印头通过与计算机控制的三坐标移动打印平台在真空室中进行位移配合来实现材料气体在打印平台特定点的沉积以完成3D打印。

上述的3D打印，可根据需要打印多种材料混合的梯度功能材料及复合材料，打印多种混合材料时，所选择的材料应具有良好的物理及化学相容性。

上述的3D打印，可根据打印材料的熔沸点调整电子枪的输出功率以及坩埚的材料，以达到提高效率、节省资源的目的。