[发明专利]利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置

说明书

本发明公开利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置。本发明实施例的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法的特征在于，包括：步骤(a)，通过接地线将三维打印部造型物与第一电极相连接，使在合金金属粉末包芯线的周边表面敲击(tapping)有电极接触尖端(tip)的第二电极与上述造型物的打印部的表面的一部分相接触后，借助上述第一电极和第二电极的电位差产生电弧，使得合金金属粉末包芯线的前端和打印部的表面一同熔融；步骤(b)，通过将上述合金金属粉末包芯线的熔融物和打印部的表面的熔融物混合并凝固来形成单层；以及步骤(c)，通过连续进行单层覆盖(overlay)，来层叠上述单层。

技术领域

本发明涉及定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置，更详细地涉及利用电弧及合金金属粉末包芯线的定向能量沉积电弧三维合金金属粉末的打印方法及其装置。

背景技术

在定向能量沉积三维打印中，通过计算机建模创建数字设计数据并将其区分为二维平面，然后利用三维打印装置将未分化的材料打印在表面上。这是将已打印的材料以叠层(layer-by-layer)方式继续层叠制备三维产品的技术。作为与切割材料或削除生产的切削加工(Subtractive Manufacturing)对比的概念，作为官方术语称为增材制造(AM：Additive Manufacturing)或快速雏型(RP：Rapid Prototyping)，从高分子原材料开始最近与金属原材料相关的三维打印飞跃地发展。美国材料试验学会(ASTM，American Societyfor Testing and Materials)及国际标准化组织(ISO，International Organization forStandardization)将三维打印技术分类为如下7种。

第一、作为光聚合方式(PP：Photo Polymerization)，通过照射光，来产生塑料原材料的聚合反应，从而进行固体化而制造物体。

第二、作为材料喷射(MJ：Material Jetting)，利用紫外线等使溶液形态的原材料喷射且进行固化，来制造物体。

第三、作为粘结剂喷射(BJ：Binder Jetting)，通过向粉末形态的母材上排出液体形态的粘结剂，来与粉末形态的母材相结合，从而制造物质。

第四、作为材料挤出方式(ME：Material Extrusion)，通过喷嘴用压力连续推出利用高温进行加热的材料来移动位置，并制造物体。

第五、作为薄片层叠(SL：Sheet Lamination)，通过以利用热量或粘结剂等粘贴薄膜形态的材料的方式层叠，来制造物体。

第六、作为粉末床熔融方式(PBF：Powder Bed Fusion)，通过向粉末母材上注射高能量束(激光束或者电子束)，来使粉末熔融及凝固，从而一层一层地层叠，并制造物体。

第七、作为定向能量沉积方式(DED：Directed Energy Deposition)，属于高能量束(激光束或电子束)。就定向能量沉积而言，通过向木材上喷射合金金属粉末，来同时熔融母材及粉末，从而以一层一层地附着并进行层叠而制造物体。

在上述7种三维打印技术中，将金属原材料利用于三维打印的技术为将激光束用作热源的粉末床熔融及定向能量沉积技术。

作为粉末床熔融技术，在床上平整地放金属粉末，并根据预先程序化的路径，选择性地移动照射小于1kW的输出较低的激光束。通过局部性地熔融及凝固金属粉末，来制造二维的金属层，再次降低床之后，在二维的金属层的凝固物上再次涂敷金属粉末，来反复熔融及凝固的工序，从而制造三维形状。