[发明专利]粉末床3D打印方法及设备

说明书

本发明涉及一种粉末床3D打印方法及设备，激光束扫描支撑区域时，第一焦点平面位于在先固化物层与在后粉末层的接合面。因此，激光束的上光锥用于加热在后粉末层，而下光锥则用于加热在先固化物层，故在粉末熔化产生的新生熔体的同时，在先固化物层也将会再次熔融，从而确保在后固化物层与在先固化物层实现紧密结合。而激光束在扫描悬空区域时，第二焦点平面相对于第一焦点平面上移第一厚度的距离，故新生熔体的上表面与第二焦点平面重合。如此，激光束的上光锥将暴露在空气中，而只有下光锥用于维持熔池深度。因此，可避免将在后粉末层下层的粉末熔融，以确保在后固化物层的厚度在先固化物层保持厚度一致，从而提升良品率。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种粉末床3D打印方法及设备。

背景技术

粉末床3D打印已被广泛应用于金属、高分子材料甚至陶瓷零件的成型加工，其原理一般是通过激光或电子束处理粉末薄层，使得选定区域的粉末横向结合为片状固化物，通过打印基板在成形缸中的逐层下降，每一次铺粉及选区处理所生成片状固化物与之前已生成固化物纵向结合，最终累积形成为完整三维成形体。

得益于逐层铺粉、逐层累积由2D至3D的成形原理，粉末床3D打印规避了减材加工复杂零件时刀具干涉的问题，使得其在空腔、内流道、晶格填充等具有复杂几何特征部件成形领域的应用优势日益凸显。但是，目前粉末床3D打印产品的成功率还不足以满足规模制造业的需求。特别是针对具有悬垂、连续变化截面的模型进行打印时，每一层片状固化物的厚度难以保持一致，从而导致产品良品率较低。

发明内容

基于此，有必要针对的问题，提供一种能够提升良品率的粉末床3D打印方法及设备。

一种粉末床3D打印方法，包括步骤：

铺设覆盖第一厚度的在先固化物层的粉末，形成在后粉末层，所述在后粉末层与所述在先固化物层重叠的区域为支撑区域，与所述在先固化物层错开的区域为悬空区域；

采用激光束对所述在后粉末层进行激光扫描得到在后固化物层，并使所述激光束在所述支撑区域的第一焦点平面与在所述悬空区域的第二焦点平面间隔所述第一厚度，所述第一焦点平面位于所述在先固化物层与所述在后粉末层的接合面，所述第二焦点平面位于所述在后粉末层内。

在其中一个实施例中，在铺设覆盖第一厚度的在先固化物层的粉末的步骤之前，还包括步骤：带动所述在先固化物层下降所述第一厚度的距离。

在其中一个实施例中，还包括步骤：在成型平台的表面固化得到首层固化物层，并将首层固化物层作为其中一个所述在先固化物层。

在其中一个实施例中，在成型平台的表面固化得到首层固化物层的步骤为：在成型平台的表面铺设初始粉末层；采用激光束对所述初始粉末层进行激光扫并使所述激光束的焦点位于所述首层粉末层内并与所述成型平台的表面间隔所述第一厚度，以得到所述第一厚度的所述首层固化物层。

在其中一个实施例中，铺设覆盖第一厚度的在先固化物层的粉末，形成在后粉末层的步骤为：每次铺设厚度小于所述在后粉末层厚度的粉末层，且经过多次重复得到所述在后粉末层。

在其中一个实施例中，在进行激光扫描的过程中，所述激光束的输出功率保持不变。

上述粉末床3D打印方法，激光束扫描支撑区域时，第一焦点平面位于在先固化物层与在后粉末层的接合面。因此，激光束的上光锥用于加热在后粉末层，而下光锥则用于加热在先固化物层，故在粉末熔化产生的新生熔体的同时，在先固化物层也将会再次熔融，从而确保在后固化物层与在先固化物层实现紧密结合。而激光束在扫描悬空区域时，第二焦点平面相对于第一焦点平面上移第一厚度的距离，故新生熔体的上表面与第二焦点平面重合。如此，激光束的上光锥将暴露在空气中，而只有下光锥用于维持熔池深度。因此，可避免将在后粉末层下层的粉末熔融，以确保在后固化物层的厚度在先固化物层保持厚度一致，从而提升良品率。