[发明专利]一种直接成型金属聚合物复合材料的3D打印设备及方法

说明书

一种直接成型金属聚合物复合材料的3D打印设备及方法，包含成型缸和粉料缸，还包含塑料填充系统、激光扫描系统、密封成型室、吸粉铺粉装置和粉末储存装置；塑料填充系统、成型缸、粉料缸和吸粉铺粉装置布置在密封成型室内；密封成型室的外侧布置有激光扫描系统，未熔融的金属粉末由可活动的吸粉铺粉装置处理，吸粉铺粉装置与粉末储存装置连通，塑料填充系统包含喷嘴和驱动机构；成型方法包含：一、连续铺粉及一定厚度层的激光加工；二、形成一定厚度层后的金属孔洞内熔融塑料填充；三、完成步骤二后，重复步骤一和步骤二，进行下一厚度层的激光扫描加工和金属孔洞内熔融塑料填充，如此轮回，直至完成金属聚合物复合材料工件的打印加工。

技术领域

本发明涉及一种3D打印设备及成型方法，具体涉及一种直接成型金属聚合物复合材料的3D打印设备及方法。

背景技术

在传统行业中，有铸造和锻造等加工方法可以加工出正方形金属板，而板上的内六角金属孔可以使用拉削加工和钻孔加工。使用拉削加工加工内六角孔，会使得内六孔的表面出现环状波纹与啃切伤痕，使得与塑料材料的表面结合度不高。

在上述的内六角孔中加入塑料的方法是压缩成型，这种加工方法使得塑件的表面不平或者产生波纹；填充不足，有褶皱，表面起泡，有气眼等缺点。

上述的加工方法加工出来的工件中，金属内六角孔表面和塑料表面的结合不牢靠。而且加工方法比较复杂且需要的加工设备种类多。

3D打印的加工方法中有SLM和FDM这两种方法可以加工出上述工件。一种是激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术，另一种是熔融沉积制模(Melt depositionmolding，FDM)技术；两种3D打印技术的特点都能有效的避免传统加工方法出现的问题，但是对于加工金属和塑料的复合材料，上述技术及加工工艺复杂，而且不能保证加工后产品结构的稳定性和质量。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种直接成型金属聚合物复合材料的3D打印设备及方法。该发明具有结构可靠，成型方法简便的优点，该设备及方法能有效改善金属聚合物复合材料的质量，加工出来的工件具有金属和塑料的界面结合强度高的特点。

一种直接成型金属聚合物复合材料的3D打印设备，包含成型缸和粉料缸，还包含塑料填充系统、激光扫描系统、密封成型室、吸粉铺粉装置和粉末储存装置；所述塑料填充系统、成型缸、粉料缸和吸粉铺粉装置布置在密封成型室内；所述密封成型室的外侧布置有激光扫描系统，所述激光扫描系统的激光能透过密封成型室熔化成型缸内的金属粉末，所述金属粉末由粉料缸及吸粉铺粉装置输入，未熔融的金属粉末由可活动的吸粉铺粉装置处理，吸粉铺粉装置与粉末储存装置连通，塑料填充系统包含喷嘴和具有三自由度的驱动机构，喷嘴由驱动机构驱动作用于成型缸上方的成型金属区，并向由吸粉铺粉装置处理后的金属孔洞填充熔融塑料。

一种直接成型金属聚合物复合材料的3D打印设备的成型方法，包含如下过程：

一、连续铺粉及一定厚度层的激光加工，首先粉料经粉料缸的升降台顶升后，启动吸粉铺粉装置，粉刷将金属粉末平铺到成型缸内的升降台上，回退粉刷至原始位置，开启激光扫描系统使光束透射入成型缸内，熔化成型缸内的金属粉末，完成一层扫描后停止，然后再向成型缸内平铺金属粉末，回退粉刷至原始位置，再开启激光扫描系统使光束透射入成型缸内，熔化成型缸内的金属粉末，完成第二层扫描后停止，如此上述反复操作，当扫描完成到一定厚度层后，控制吸粉铺粉装置，吸粉腔运动到成型缸边缘时，开启粉末储存装置开始工作，通过吸粉腔的吸粉口将成型缸中未经激光加工的金属粉末吸到粉末储存装置内，待吸粉腔跨过成型缸到达另一侧边缘时，回退吸粉腔，回退过程保持吸粉继续进行，待回退到原始位置时，停止粉末储存装置工作；