[发明专利]一种金属3D打印方法和装置

说明书

本发明涉及一种金属3D打印方法和装置，包括3D打印头，还设有可跟随3D打印头运动的超声波发生装置，用于对通过3D打印头形成的三维部件进行消除应力处理，利用3D打印头逐层打印三维部件，三维部件的至少一部分区域在打印时采用超声波形式进行消除应力处理。本发明在3D打印的同时，采用超声波逐层冲击3D打印层，使打印层产生微量塑形变形，并且每层受到的超声波冲击力平均，从而及时彻底地消除金属打印层凝固时产生的拉应力，并且引入有益的压应力，同时可以使打印层组织晶粒得到细化，消除了裂纹，未熔合，凹坑，气泡和咬边等缺陷，改善了组织性能，提高了层与层之间的结合强度，进一步提高了打印质量。

技术领域

本发明涉及金属3D打印领域，特别是涉及一种金属3D打印方法和装置。

背景技术

3D打印技术正在快速改变传统的生产和生活方式，其中金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。金属3D打印作为一种增材制造技术，区别于以往去料成型的机械加工方式，摆脱了现有工艺水平的束缚，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印技术来实现。3D打印技术是以数字模型文件为基础，使用特殊材料作为耗材，通过打印，一层层的粘合材料来制造三维的物体，从而极大地缩短了产品的生产周期，提高了生产率，而且相对于钛合金等难机械加工成型的金属，除省去了机械加工和模具费用外，还大大减少了对加工过程中去料量的浪费，从而降低了金属部件的制造成本。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：选区激光烧结(SLS)、直接金属激光成型(DMLS)、选区激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM)和激光熔覆式成型技术(LMD)等成型方式来实现。

金属材料的3D打印制造技术存在较大难度，是因为金属的熔点比较高，并且涉及到金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程。而且，快速的加热和冷却还将引起试件内较大的残余应力，直接影响部件的耐磨性、耐蚀性、疲劳寿命等，导致整体部件机械性能下降，残余拉应力过大甚至使大尺寸部件发生断裂，成型失败。

现有技术的3D消除应力的方式和装置，都只能减少金属部件中的拉应力而不能完全消除，这样大大影响了金属部件的性能。并且现在有的技术，都只适用一种金属3D打印部件快速成型的方式，而不适用于其他的方式，有一定的局限性。

发明内容

基于此，有必要针对于现有技术中3D打印机消除应力不充分和装置只能匹配其固定的3D打印方式的问题，提供一种金属3D打印方法和装置。

一种金属3D打印方法，包括利用3D打印头逐层打印三维部件，其特征在于，所述三维部件的至少一部分区域在打印时采用超声波形式进行消除应力处理。

上述金属3D打印方法，在3D打印的同时，采用超声波逐层冲击3D打印层，使打印层产生微量塑形变形，并且每层受到的超声波冲击力平均，从而及时地彻底消除金属打印层凝固时产生的内应力。

在其中一个实施例中，进行消除应力处理的部位跟随3D打印头的运动而变化。

在其中一个实施例中，在打印当前层的同时进行消除应力处理。

在其中一个实施例中，通过带有冲击头的超声波发生装置进行消除应力处理，在进行消除应力处理的同时还检测所述冲击头与所接触的三维部件之间的压力，并根据压力相应调节所述冲击头的位置。

一种金属3D打印装置，包括3D打印头，其特征在于，还设有可跟随3D打印头运动的超声波发生装置，用于对通过3D打印头形成的三维部件进行消除应力处理。

上述金属3D打印装置，可跟随3D打印头运动且轨迹一样，可及时的消除金属打印层在凝固过程中产生的内应力。

在其中一个实施例中，所述超声波发生装置包括：

超声波发生器，用于将工频电流转换为超声频振荡信号；