[发明专利]3D打印设备

说明书

本发明涉及一种用于通过以希望的样式依次将多个固化材料层沉积在基底构件上来制作具有预定形状的三维物体的设备。该设备包括：包含至少一个弧焊接炬(1)的打印头，弧焊接炬(1)包括轴向延伸的第一喷嘴(4)和轴向延伸的非自耗电极(3)；用于向电极供电的装置，和用于向第一喷嘴(4)供给保护气体(11)的装置。弧焊接炬(1)还包括：穿过电极(3)形成的轴向延伸的通孔(7)和布置在通孔(1)中的非电化的引导部分(8b)；以及通过引导部分(8)相对于电极(3)输送的消耗材料丝。

技术领域

本发明涉及一种用于通过以希望的样式依次将多个固化材料层沉积在基底构件上来制作具有预定形状的三维物体的设备(3D打印设备)，更具体地涉及一种基于弧焊(GMAW)的三维打印设备。

背景技术

在本说明书中，参考下面的现有技术描述了技术背景：

[1]Horrii,T.Kirihara,S.,“Freefrom fabrication method of alloys andintermetallic compounds by 3D Micro Welding”,Transactions of JWRI,Vol.37(2008),No.2；和

[2]CN 204470602 U。

三维(3D)打印是指基于数字3D物体模型和材料分配器来创造出3D物体的增材制作工艺。在3D打印中，分配器作至少2维运动，并根据确定的打印样式分配材料。为了构建3D物体，将保持被打印物体的平台调节成使得分配头能够施加多个材料层。换句话说，可以通过打印多个材料层来打印3D物体，每次打印一层。如果分配器作3维运动，则不需要使平台移动。针对不同的分配机构和材料而言，例如速度、精度、颜色选择和成本等3D打印特征是变化的。

存在多种自由形式的制作方法，例如立体平版印刷、熔融沉积成型、选择性激光烧结和3D打印。在用于生产三维物体的印刷工艺中，最节省材料并且最有利于机械设计的工艺是熔融沉积成型(FDM)工艺。这涉及到一种基于挤压的数字制造系统。还存在有基本类似但具有细微差异的其它已知工艺，例如熔丝制造(FFM)、熔融挤出成形(MEM)或选择性沉积成型(SDM)。

通过这些方法形成的许多物体不能达到实际产品所要求的机械性质，特别是对于金属产品而言。另外，针对金属的快速原型设计方法非常少，并且用于制作的金属材料非常有限。

在文献[1]中描述了一种用于3D打印金属物体的较新的方法，被称作“3D微焊接(3DMW)”。文献[1]公开了一种基于气体金属弧焊(GMAW)的三维打印设备，包括四个部分：打印头，弧控制单元，系统控制计算机，和视频监视装置。在打印头中具有X-Y-Z台架、焊接炬、和两个丝输送器。弧控制单元包含微型TIG焊机。所有这些部件都通过计算机系统进行控制。

在图4A中示出了文献[1]中所披露的打印头40的示意图和工艺。将金属基底41放在x-y台架42上，位于用于弧焊接的弧焊接炬44的钨电极43下方。如图4B所示，通过施加到直径为200μm的细金属丝49末端的微弧形成了直径为大约1mm的小金属珠体46。金属丝49由丝输送器44提供。这里，使用两个不同的丝输送器45。熔融的珠体46被焊接至金属基底41或者之前形成的珠体。通过在计算机系统的控制下继续进行该工艺和逐层堆积起珠体层47，可以产生出3D金属物体48。3D模型由3D计算机辅助设计(CAD)软件进行设计，并且通过商用软件被分割成一组薄层。

文献[2]也公开了一种基于气体金属弧焊(GMAW)的三维打印设备，其使用针状钨电极。