[发明专利]一种针尖放电金属粉体3D打印机及方法

说明书

本发明公开了一种针尖放电金属粉体3D打印机，包括打印基板，在所述打印基板上铺设金属粉体进行3D打印，其特征在于，还包括针尖和针尖基体，所述针尖与针尖基体导电连接，所述针尖与所述金属粉体之间存在放电间隙，形成等离子体放电区，用于加热熔融所述金属粉体；还包括放电电源，所述放电电源分别与所述打印基板和所述针尖导电连接。本发明通过使用针尖放电金属粉体3D打印机及3D打印方法，大大缓解甚至彻底消除常规已有金属3D打印技术中存在的问题，提高了金属3D打印的精度。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种针尖放电金属粉体3D打印机及3D打印方法。

背景技术

3D打印技术可以突破传统设计和加工限制快速获得产品，并可满足个性加工需求，已经发展为先进智能制造领域的核心技术之一。3D打印已经在基于高分子材料、陶瓷与水泥材料的加工制造方面，凸现了巨量实际应用，但是在基于金属材料的3D打印方面，则一直存在诸多不足，其中一个最大的不足是，传统的金属加工方法已经普遍实现精度在2μm以下的加工误差，而当前的金属3D打印方法，其加工误差至少还在100μm以上，远不能满足机械加工制造对精度的要求。

要实现高精度金属3D打印，需要原材料和热源熔融尺寸两个方面的基础。在原材料方面，已经有多种不同的方法实现微纳米粒径尺寸的金属粉体制备。在熔融热源方面，金属3D打印目前的热源主要为激光和电子束，无论激光还是电子束，其束斑直径虽然已经可以控制在微米甚至纳米尺度上，但是因为电子束、激光束与金属相互作用时，金属粉体是通过吸收其能量直接转化为热能而实现3D打印的，在这个过程中，因为打印原材料金属粉体颗粒自身的热容、颗粒之间的热导率的原因，往往被作用的金属颗粒已经气化，但是其热量不能及时传导到临近颗粒或打印基板，导致一方面形成颗粒气化飞溅，另一方面又没有及时的粘接固化，或者，所有临近颗粒都被传导加热，形成远大于束斑本身的热熔固化打印点。实际上，当前的金属3D打印，为了保证打印过程顺利进行，一般都要采用更大的束斑、更小的能量密度，所以所获得的打印点尺寸、最终打印产品的精度都在亚毫米级，远不能与当前传统机械加工的精度相比。

发明内容

本发明的目的是提供一种针尖放电金属粉体3D打印机及3D打印方法，解决金属3D打印精度不高的问题。

为解决上述问题，本发明一方面提供了一种针尖放电金属粉体3D打印机，包括打印基板，在所述打印基板上铺设金属粉体进行3D打印；还包括针尖和针尖基体，所述针尖与针尖基体导电连接，所述针尖与所述金属粉体之间存在放电间隙，形成等离子体放电区，用于加热熔融所述金属粉体；还包括放电电源，所述放电电源分别与所述打印基板和所述针尖导电连接。

优选地，还包括密封腔体，所述针尖放电金属粉体3D打印机位于所述密封腔体内。

优选地，所述金属粉体的粒径为0.01～10μm。

优选地，所述针尖的直径为0～10μm。

优选地，所述针尖基体长度为0.1～20mm。

优选地，所述针尖和/或针尖基体为具有良好导电且高耐热的金属或合金材料。

优选地，所述放电间隙的宽度为0.01～100μm。

优选地，所述放电电源为直流或脉冲电源；所述放电电源的功率为0.1mW～100W，且连续可调。

根据本发明的第二方面，提供了一种利用第一方面所述的针尖放电金属粉体3D打印机进行3D打印的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、对所述密封腔体抽真空，在所述密封腔体内充入保护气体，压强为0.001～1000Pa；