[发明专利]一种基于电化学反应的金属3D打印机及其打印方法

说明书

本发明公开了一种基于电化学反应的金属3D打印机，包括：打印基台、控制终端、电解液池、输液管道、液压控制阀、打印头部件、阳极料棒、电源输出器、打印头运动控制支架及电解液。本发明的金属3D打印机的加工过程完全是通过电化学反应方式得以实现，无需高温，且整个过程无需将打印加工零件浸泡在电解液中，而是利用电解液的表面张力作用将电解液层附着在零件的当前加工层表面，形成电解液薄膜，通过电化学反应，完成当前加工层的金属打印。

技术领域

本发明涉及金属3D打印技术领域，特别涉及一种基于电化学反应的金属3D打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印技术近些年得到了高速发展，在各个行业都得到了广泛的应用，金属3D打印技术尤其是在模具制造、艺术品加工、高端零部件加工等领域具有深广意义，目前，行业内普遍使用的激光3D打印技术，无论是SLS、SLM、LENS等，机理本质基本相同，就是通过激光产生的高温，将目标区域金属粉料融化，逐层堆积，最终完成零件的打印加工工作，这个过程由于加工点区域是在高温下完成，难以避免会产生气孔、裂隙、质地不均、曲翘变形、应力集中等加工缺陷，尤其是较大尺寸零件，加工缺陷尤其明显。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种基于电化学反应的金属3D打印机及其打印方法，整个打印过程是通过电化学反应令电解液中的金属阳离子还原为金属，并按所加工零件构造进行逐层堆积，最终完成金属零件的打印加工工作，本发明的加工过程完全是通过电化学反应方式得以实现，无需高温，且整个过程无需将打印加工零件浸泡在电解液中，而是利用电解液的表面张力作用将电解液层附着在零件的当前加工层表面，形成电解液薄膜，通过电化学反应，完成当前加工层的金属打印，可以有效避免零件在打印过程中，由于零件浸泡在电解液中的，随着时间的推移，电解液中的金属阳离子在已打印区域被还原，使得最终完成的打印零件与原设计发生偏离。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种基于电化学反应的金属3D打印机，包括：打印基台、控制终端、电解液池、输液管道、液压控制阀、打印头部件、阳极料棒、电源输出器、打印头运动控制支架及电解液；所述打印基台与电源输出器的阴极相连，并为打印零件提出基础打印平台，控制终端用于对打印数据进行处理并控制打印头运动控制支架的三维运动，以及通过对液压控制阀的控制来维持电解液供给的稳定，电解液池用于存储电解液，输液管道的一端与电解液池连通，输液管道的另一端与液压控制阀连通，液压控制阀与打印头部件相连，液压控制阀用于在控制终端的控制下维持打印头部件稳定的电解液供给，打印头部件固定于打印头运动控制支架上用于在打印过程中，为打印零件提供供给量稳定的电解液，阳极料棒设于打印头部件内且与电源输出器的阳极相连，阳极料棒用于在电化学反应作用下，为电解液提供充足的金属阳离子，使电解液中的金属阳离子始终处于饱和状态，打印头运动控制支架为三维运动部件用于在控制终端的控制下，带动固定在其上的打印头部件按预设做出三维运动，电源输出器的阴阳两极分别与打印机的打印基台和阳极料棒连接，构成电化学反应的反应电场，并提供反应过程中的能源损耗；

本发明的基于电化学反应的金属3D打印机的工作原理为：打印头部件通过液压控制阀控制电解液供给压力，在打印头部件的喷嘴口形成连续电解液液珠，随着打印头运动控制支架对打印头部件的走位控制，打印头部件的喷嘴将电解液均匀涂抹在零件当前层打印区域，并在其表面形成电解液薄膜，此电解液薄膜在电化学反应的作用下，其内的金属阳离子会被迅速还原为金属，并与打印零件的已打印层结合，如此逐层堆积，最终完成零件的打印加工工作。

进一步地，所述打印头部件内设有电解液储盒，所述阳极棒料整体或部分浸泡在所述电解液储盒内，从而补充电化学反应过程中，电解液中的金属阳离子的损耗，并使电解液中的金属阳离子始终保持饱和状态。

进一步地，所述打印零件倒挂于打印基台上，其目的是防止电解液局部因堆积过多而流落到打印零件已打好部分上，在电化学反应作用下，造成打印零件局部发生与原设计不符的变化。