一種適用于選區激光熔化的帶磁場基板和采用該基板的3D打印方法與流程

本發明涉及3D打印技術，具體的說，涉及適用于金屬選區激光熔化的帶磁場基板和采用該基板的3D打印方法。

背景技術：

目前選區激光熔化的基板是一塊普通的金屬板，只能起到一個成型零件底部固定支撐的作用，沒有其他任何輔助儀器或機構去提高成型零件懸垂部分的表面質量。當相鄰兩次激光熔化下層和上層不同金屬粉末區域時，若后一次激光熔化區域大于前一次激光熔化區域，那么增大的那一區域就是懸垂部分。對于懸垂成型缺陷避免的研究主要從三個方面入手：添加支撐成型、旋轉角度成型、粉末自支撐極限成型，但是這幾種方案都有自身的局限性。(1)添加支撐成型的局限性體現在：對于具有封閉內腔零件，支撐無法去除，對于一些復雜零件是不能添加支撐成型的。(2)旋轉角度成型的局限性體現在：旋轉角度成型的最大特點是零件復雜性和空間隨意性，一般零件加工中有多個維度存在懸垂成型。因此在空間維度約束下，通過調整零件的擺放只能避免一個維度懸垂成型。(3)粉末自支撐極限成型：難以避免尺寸精度缺陷(懸垂物)、內應力缺陷(翹曲)和組織性能缺陷(縮孔)等缺陷的產生。

因此，為發展3D打印技術，懸垂成型存在缺陷問題，提高成型工件的表面精度等問題急需解決。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種通過線圈產生磁場力對懸垂部分進行支撐的適用于選區激光熔化的帶磁場基板和采用該基板的3D打印方法。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種適用于選區激光熔化的帶磁場基板，對金屬粉末懸垂部分提供向上的磁場力，包括空心基板、基板端蓋、粉末成型支撐機構、控制機構；基板端蓋安裝在空心基板上，兩者圍成容納粉末成型支撐機構的空心容腔；粉末成型支撐機構包括上金屬板、下金屬板、多個線圈，上金屬板和下金屬板上下平行的設置在空心容腔內，多個線圈在同一水平面上均勻排布在上金屬板和下金屬板之間，上金屬板和下金屬板內均設置有電路，各線圈的上端并聯的接入上金屬板的電路，各線圈的下端并聯的接入下金屬板的電路；控制機構控制每個線圈的通斷，接通時，線圈通直流電產生向上的磁場力。

作為一種優選，空心基板上端為平面，空心基板開口朝下，基板端蓋覆蓋空心基板的開口安裝；上金屬板和下金屬板均為平板，下金屬板固定在基板端蓋的上端；線圈外表設有絕緣層。

作為一種優選，控制機構包括控制器和保護開關。

作為一種優選，多個線圈以矩形陣列的方式排列在同一水平面上，線圈的行間距等于列間距。

作為一種優選，多個線圈在同一水平面上排列成多個同心圓環，處于同一圓環的線圈以環形陣列的方式排布。

作為一種優選，在俯視方向上，線圈為圓形。線圈的形狀可以是細長形或者短粗型。

一種3D打印方法，采用一種適用于選區激光熔化的帶磁場基板，當融化一層金屬粉末，該層產生懸垂部分時，控制機構接通懸垂部分的投影覆蓋的線圈，該線圈產生向上的磁場力支撐懸垂部分。

作為一種優選，粉末成型支撐機構中各個線圈的通斷根據懸垂部分的軌跡坐標變化而自動調節；接入電路中線圈的軌跡坐標和懸垂部分的軌跡坐標一致。

作為一種優選，控制機構的控制器根據每一層的金屬粉末離空心基板上端的距離，選擇一定大小的直流電，使得每一層懸垂部分的金屬粉末所受到的支撐力是一樣的。

作為一種優選，控制流經線圈的直流電大小以控制磁場力的大小。

本發明的原理是：通過線圈產生向上的磁場力對懸垂部分進行支撐；線圈均勻排布成像素陣列，單獨控制每個線圈的通斷，即可控制產生磁場力的區域，線圈排布得越多，區域控制越精細；控制通過線圈的直流電的大小，即可控制磁場力的大小。

總的說來，本發明具有如下優點：

(1)對懸垂部分施加支撐力，起支撐作用，可以避免成型過程中懸垂部分產生懸垂物，減少成型原件中心縮孔，解決表面不平滑的問題。

(2)可以提高懸垂部分的尺寸精度、避免組織疏松，解決成型復雜零件時懸垂物過多等問題。

(3)工作原理簡單、成本低、節能環保、無污染。

(4)結構簡單，制作方便。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的內部結構示意圖。

圖3是線圈的俯視圖。

圖4是空心基板的立體圖。

圖5是空心基板主視方向的剖視圖。

其中，1為空心基板，2為線圈，3為導線，4為保護開關，5為控制器，6為上金屬板，7為下金屬板，8為基板端蓋。

具體實施方式

下面來對本發明做進一步詳細的說明。

一種適用于選區激光熔化的帶磁場基板，對金屬粉末懸垂部分提供向上的磁場力，包括空心基板、基板端蓋、粉末成型支撐機構、控制機構。

空心基板上端為平面，用于支撐成型零件，空心基板開口朝下，基板端蓋覆蓋空心基板的開口安裝，兩者圍成容納粉末成型支撐機構的空心容腔。

粉末成型支撐機構包括上金屬板、下金屬板、多個線圈，上金屬板和下金屬板上下平行的設置在空心容腔內，多個線圈在同一水平面上均勻排布在上金屬板和下金屬板之間。上金屬板和下金屬板內均設置有電路，各線圈的上端并聯的接入上金屬板的電路，各線圈的下端并聯的接入下金屬板的電路，各線圈的通斷可獨立控制。上金屬板和下金屬板均為平板，下金屬板固定在基板端蓋的上端；線圈外表設有絕緣層，以防線圈與上金屬板、下金屬板短路。多個線圈以矩形陣列的方式排列在同一水平面上，線圈的行間距等于列間距。

控制機構包括通過導線連接的控制器和保護開關，位于空心容腔的外部。控制機構控制每個線圈的通斷，接通時，線圈通直流電產生向上的磁場力。

3D打印時，計算機輸出軌跡坐標，激光熔化指定區域的金屬粉末，形成一層預定形狀。當相鄰兩次激光熔化不同金屬粉末區域時，若后一次(上層)激光熔化區域大于前一次(下層)激光熔化區域，那么增大的那一區域就是懸垂部分。3D金屬打印機在工作的時候，計算機控制激光發射器熔化指定區域的金屬粉末，由于成型零件的不同，在疊加過程中肯定會遇到懸垂部分，計算機輸出模型的每一層的軌跡坐標到控制器，然后控制器按照預定編好的程序處理軌跡坐標，先得出存在懸垂部分的層，然后再得到懸垂部分的軌跡坐標，最后根據控制器的算法，得出所在懸垂部分的軌跡坐標內的需要通電線圈；控制器發出指令控制需要通電的線圈接入電路中。

當線圈通直流電產生恒定磁場，恒定磁場會對金屬粉末產生一定的支撐力，此支撐力正好支撐懸垂部分金屬粉末。

線圈的電流大小的控制過程為：金屬粉末每鋪一層，然后基板下降，其下降距離與一層金屬粉末厚度一致，控制器根據每一層的金屬粉末離基板的距離，選擇一定大小的直流電，使得每一層懸垂部分的金屬粉末所受到支撐力是一樣的。

當計算機沒有檢測到懸垂部分的出現，計算機就會輸出一個信號給控制器，控制器就會控制保護開關斷開。

本實施例中，線圈和上金屬板的電路、下金屬板的電路的連接方式，控制機構和電路的連接方式均為現有技術，作用是單獨控制每個線圈的通斷。

除了本實施例提及的方式外，多個線圈在同一水平面上排列成多個同心圓環，處于同一圓環的線圈以環形陣列的方式排布，圓環之間的距離相等。所有線圈覆蓋的區域可為矩形、圓形或其他需要的形狀，線圈的數量和密度均可根據實際需要靈活設置。線圈的形狀可以是細長形或者短粗型。這些變換方式均在本發明的保護范圍內。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。