一种用于三维打印的熔融原料生成方法及其设备与流程

本发明涉及三维打印技术中的熔融原料生成技术，尤其是涉及一种基于电磁感应加热原理的高可控性、可用于超高熔点材料的熔融原料生成方法及其设备，属于增材制造技术领域。

背景技术：

三维打印技术最早起源于19世纪末的美国，直到20世纪七八十年代在日本和美国得到完善并逐步商业化。现在常见的主流三维打印技术，例如立体光固化成型法(stereolithographyapparatus,sla)、熔融沉积制造(fuseddepositionmodeling，fdm)、选择性激光烧结(selectinglasersintering，sls)、三维粉末粘接(threedimensionalprintingandgluing，3dp)，于20世纪八九十年代在美国获得商业化。通过堆叠熔化原料实现三维打印的技术中，例如常见的fdm塑料打印和其它类似原理的金属打印，其中重要核心组件之一就是产生熔融原料的熔炉/挤出头/发生装置；又如喷射熔化原料的打印技术也属于堆叠熔化原料，其熔化原料喷射装置也是核心组件。目前有不少关于产生熔融金属原料的发生装置的专利申请，例如申请号为201410513433.7、名称为“一种用于金属熔融挤出成型的3d打印头”的中国专利申请，又如申请号为201520533246.5、名称为“一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置”的中国专利申请，这些专利申请无法产生液滴，可以产生连续的金属流。也有采用气压作为喷射动力的方式，可以产生金属液滴，例如文献experimentsonremeltingandsolidificationofmoltenmetaldropletsdepositedinverticalcolumns(来源：期刊名《journalofmanufacturingscienceandengineering-transactionsoftheasme》，2007年第129卷第2期311-318页)中记载的装置及方法，主要原理是采用脉冲气流在微型熔炉/坩埚内产生脉冲式的压强振动就可以在喷嘴出口处形成金属液滴；申请号为201520561484.7、名称为“一种液态金属打印墨盒”的中国专利申请使用的方法与该文献中记载的技术类似；又如申请号为201520644682.x、名称为“一种金属3d打印加支撑结构的装置”的中国专利申请,也是采用脉冲气流/气压来实现金属液滴生成。这些产生金属液滴的方法都是通过施加脉冲压力和利用流体的特性来产生金属液滴，也可以产生连续液态金属流；但这些技术不能在工作过程中连续添加固态原料，这对一些打印情形会带来不便(例如打印大型金属零件)，并且这类技术由于气体是可压缩的物质形态，存在压力传导延滞，金属液滴的生成速度不高,更严重的是可控性差。在现有技术中，如果喷嘴的内径与液态原料储存仓或主流道的内径之比过小(例如与喷嘴连接的液态原料储存仓或主流道的内径为2毫米、喷嘴内径为50微米)，特别是当原料为液态金属时，液态原料的表面张力和粘度较大，要施加大压力才能克服表面张力和流阻以实现喷射。

在2d打印技术中常用的喷射技术可以快速产生液滴，例如美国惠普和日本爱普生等企业开发的喷墨打印机的喷射技术，基于流道形变挤压(在喷嘴流道壁上或与流道连接的控制腔体上设置有电致形变材料)或局部加热蒸发(在喷嘴流道壁上设置有发热元件)实现液体喷射，但这些技术不适用于高熔点材料的熔液的喷射(例如航空铝合金、铜、不锈钢等)，并且也不适用于高粘度液态材料的喷射。美国惠普公司2015年公开的多射流(mjf，multi-jet-fusion)塑料3d打印技术，虽然用到了2d喷墨打印的喷射技术，但所喷射的液体只是一些高流动性的辅助性的试剂(所喷射的试剂在常温下处于液态)，主体材料仍然是固态塑料粉末(采用类似sls铺粉技术的方式实现铺塑料粉层)。

也有基于电场力的液态原料喷射方法，例如“电场喷射”技术(参见书籍《电场喷射》，作者李建林，上海交通大学出版社，2012年)，又如申请号为201610224283.7(名称为“一种液态金属打印设备”)、申请号为201310618953.x(名称为“一种高压静电驱动且可变直径3d打印机”)等中国专利申请也使用了电场驱动技术；这些技术都是在喷嘴(喷嘴须采用非导电性材料制造)与外界的电极(打印支撑平台作为电极)之间建立高压静电场或脉冲式高压静电场，以实现液态原料的喷射；但“电场喷射”也有局限性，例如：由于液态原料具有粘性，尤其是表面张力大的液态金属，必须施加高压静电场、甚至超高压静电场，以产生克服液态原料粘滞力和表面张力所需的拉力并产生一定的流动速度；高压电场存在危险性、容易产生电击穿、可控性不高；由于高压电场的可控性不高，导致电场喷射过程的可控性不高，以及对所产生的液滴的控制性不高。

如上述的众多现有的产生熔融原料的技术，并不能产生高熔点金属的熔融原料，例如钛、钨。并且现有技术在产生熔融原料的过程中能耗高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于三维打印的高可控性的熔融原料生成方法及其设备，所使用的原料能被电磁感应加热。

本发明的另一个目的在于提供一种可用于超高熔点的导电性材料的熔融原料的生成方法，以实现耐高温零件的三维打印。

为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于三维打印的熔融原料生成方法，通过加热固态原料来获得熔融原料，在生成熔融原料的过程中采用引导装置引导固态原料的移动；所述的引导装置设置有输入端和输出端，固态原料从引导装置输入端输入，固态原料或熔融原料从引导装置输出端输出；所生成的熔融原料在打印体或三维打印设备的支撑平台上累积；所述的打印体为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台为三维打印设备在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构；

其特征在于：

固态原料在引导装置的输出端和/或在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台接触前，只与固态原料接触并被固态原料支持；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台发生接触后，熔融区与固态原料、打印体和/或支撑平台发生接触，不与其它结构接触，熔融区通过与固态原料、打印体和/或支撑平台接触而被支持；

所述的熔融区即为熔融原料；

所使用的固态原料能被电磁感应加热熔化。

可选地：

所产生的熔融区不与引导装置接触，熔融区不与电磁感应加热发生装置接触；所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。

可选地：

在三维打印过程中，所产生的熔融区只与固态原料、打印体和/或支撑平台或支撑体发生接触，不与其它结构发生接触；所述的支撑体是指在三维打印过程中起支撑作用的结构(例如辅助性支架、辅助性支撑粉体)。如果在产生熔融原料的过程中使用保护气氛，熔融区与保护气氛发生接触，但保护气氛不具备结构形态。

可选地：

所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料在通过引导装置时所产生的移动推动熔融原料远离引导装置和/或远离电磁感应加热发生装置所产生的加热磁场、往打印体或支撑平台移动；固态原料与打印体或支撑平台之间的相对移动控制熔融原料的累积位置；所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。

可选地：

产生熔融原料的主要步骤包括：

步骤s1，驱动引导装置移动至特定的空间位置；该特定空间位置由三维打印系统的控制程序指定(例如依据cad数据模型与支撑平台的映射关系，移动至打印的起始位置)；

步骤s2，开启电磁感应加热磁场，驱动固态原料通过引导装置；

步骤s3，固态原料在引导装置外被电磁感应加热熔化，或者在引导装置的输出端的通道内被电磁感应加热熔化，熔化的区域形成熔融区；

步骤s4，固态原料在通过引导装置时产生的移动推动所产生的熔融区远离引导装置和/或远离电磁感应加热磁场；与此同时，驱动引导装置移动并带动固态原料移动以控制熔融区与打印体或支撑平台的接触位置；

步骤s5，如果需要停止产生熔融原料，则停止驱动固态原料通过引导装置；

步骤s6，关闭或者不关闭电磁感应加热磁场；驱动引导装置移动至设定的空间位置(例如待机位置)。

可选地：

所述的支撑平台，为待修复的零件，即：在有缺损的零件的缺损部位累积熔融原料，以实现缺损零件的修复。

可选地：

在产生熔融原料的过程中，当熔融原料与打印体或支撑平台发生接触后，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流。通过所施加的电流产生电阻加热作用(电阻加热也称为电阻发热)，可以影响固态原料转变为熔融原料的过程(例如在产生熔融原料的过程中，通过电流将熔融原料加热熔断，以在打印体或支撑平台上产生与固态原料相分离的熔融原料；又例如通过电阻加热作用加快融化速率)。

可选地：

产生熔融原料的主要步骤包括：

步骤s1，驱动引导装置移动至特定的空间位置；该特定空间位置由三维打印系统的控制程序指定(例如依据cad数据模型与支撑平台的映射关系，移动至打印的起始位置)；

步骤s2，开启电磁感应加热磁场，驱动固态原料通过引导装置；

步骤s3，固态原料在引导装置外被电磁感应加热熔化，或者在引导装置的输出端的通道内被电磁感应加热熔化，熔化的区域形成熔融区；

步骤s4，固态原料在通过引导装置时产生的移动推动所产生的熔融区远离引导装置和/或远离电磁感应加热磁场；与此同时，驱动引导装置移动并带动固态原料移动以控制熔融区与打印体或支撑平台的接触位置；

步骤s5，如果需要停止产生熔融原料，则停止驱动固态原料通过引导装置；

步骤s6，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过所施加的电流产生电阻加热作用将熔融区熔断；

步骤s7，关闭或者不关闭电磁感应加热磁场；驱动引导装置移动至设定的空间位置(例如待机位置)。

可选地：

固态原料的移动方向和移动速率可控；当要结束产生熔融原料时，固态原料往引导装置回退；回退的长度可以设定。

可选地：

产生熔融原料的主要步骤包括：

步骤s1，驱动引导装置移动至特定的空间位置；该特定空间位置由三维打印系统的控制程序指定(例如依据cad数据模型与支撑平台的映射关系，移动至打印的起始位置)；

步骤s2，开启电磁感应加热磁场，驱动固态原料通过引导装置；

步骤s3，固态原料在引导装置外被电磁感应加热熔化，或者在引导装置的输出端的通道内被电磁感应加热熔化，熔化的区域形成熔融区；

步骤s4，固态原料在通过引导装置时产生的移动推动所产生的熔融区远离引导装置和/或远离电磁感应加热磁场；与此同时，驱动引导装置移动并带动固态原料移动以控制熔融区与打印体或支撑平台的接触位置；

步骤s5，如果需要停止产生熔融原料，则驱动固态原料往引导装置回退设定的长度；

步骤s6，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过所施加的电流产生电阻加热作用将熔融区熔断；

步骤s7，关闭或者不关闭电磁感应加热磁场；驱动引导装置移动至设定的空间位置(例如待机位置)。

可选地：

所述的固态原料采用线状的固态原料、或采用丝状的固态原料、或采用条状的固态原料、或采用棒状的固态原料；固态原料采用导电性材料。

可选地：

产生电磁感应加热作用的磁场对引导装置产生加热作用，引导装置携带的热量在固态原料被熔化前部分地或全部地传导给固态原料。

可选地：

所述的引导装置设置有驱动装置和/或电磁感应加热发生装置；所述的驱动装置用于推动和/或拉动固态原料移动，所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。

进一步地，本发明提供了一种应用上述的一种用于三维打印的熔融原料生成方法的熔融原料生成设备，其技术方案是：一种用于三维打印的熔融原料生成设备，主要由驱动装置、引导装置、电磁感应加热发生装置组成，其中：驱动装置用于推动和/或拉动固态原料移动；引导装置用于引导固态原料的移动，引导装置设置有输入端和输出端；电磁感应加热发生装置用于产生磁场以加热固态原料，电磁感应加热发生装置主要由能量输出级、能量输入级组成，能量输出级产生磁场，能量输入级调制从外界输入的电流并将经过调制的电流输到能量输出级；驱动装置与引导装置连接或者不连接，电磁感应加热发生装置与引导装置连接或者不连接；

其特征在于：

电磁感应加热发生装置与引导装置的位置关系为：电磁感应加热发生装置产生的磁场与引导装置的输出端在固态原料通过引导装置时的移动路径上呈串联关系，或者呈嵌套关系或重叠关系；

固态原料在通过电磁感应加热发生装置产生的磁场时感生涡流，从而实现对固态原料直接加热；固态原料被加热产生熔融区，所产生的熔融区被固态原料推动而离开电磁感应加热发生装置所产生的磁场，或者离开电磁感应加热发生装置所产生的磁场及引导装置所包围或部分包围的空间，电磁感应加热发生装置、引导装置与所产生的熔融区的位置关系为：熔融区与引导装置不发生接触，熔融区与电磁感应加热发生装置不发生接触。

可选地：

所述的电磁感应加热发生装置的输出级设置于引导装置输出端的外部并与引导装置输出端在固态原料通过引导装置时的移动路径上呈串联关系，即：固态原料从引导装置输出端输出，进入电磁感应加热发生装置的输出级所包围的空间或输出级所部分包围的空间；

固态原料在电磁感应加热发生装置的输出级所包围的空间或输出级所部分包围的空间内熔化，形成与固态原料相连接的熔融区；熔融区与电磁感应加热发生装置的输出级不发生接触，即：熔融区与电磁感应加热发生装置的输出级之间存在包围熔融区的空间；

或者：

所述的电磁感应加热发生装置的输出级设置于引导装置输出端并与引导装置输出端在固态原料通过引导装置时的移动路径上呈嵌套关系或重叠关系，即：电磁感应加热发生装置的输出级所包围或部分包围的空间与引导装置输出端所包围或部分包围的空间之间存在嵌套或重叠的区域，固态原料通过该嵌套或重叠区域时在该区域内熔化，形成与固态原料相连接的熔融区；

所产生的熔融区与电磁感应加热发生装置的输出级不发生接触，也不与引导装置的输出端发生接触，即：熔融区与电磁感应加热发生装置的输出级、引导装置的输出端之间存在包围熔融区的空间。

可选地：

在引导装置的输出端设置有冷却结构，冷却结构将引导装置输出端和/或电磁感应加热发生装置的热量导走或部分导走。

可选地：

所述的驱动装置主要由送丝轮、压丝轮、电动机组成，或者主要由送丝轮和电动机组成；其中：电动机驱动送丝轮转动，送丝轮带动固态原料移动。

可选地：

所述的引导装置设置有槽结构或孔结构或环结构，作为引导固态原料移动的引导结构；引导装置设置有弹性结构，用于增强固态原料与引导装置之间的贴合度。

可选地：

电磁感应加热发生装置产生的磁场对引导装置输出端产生加热作用，在引导装置输出端产生的热量在固态原料被熔化前部分地或全部地传导给固态原料。

可选地：

所述的电磁感应加热发生装置的能量输出级为感应圈；感应圈的匝数为多匝或一匝或少于一匝(少于一匝是指不满一匝，例如0.8匝)。能量输出级的形状也不止感应圈这种形态，在工业应用中(例如常见的电磁感应淬火机)就根据特定需求制作各种形状的能量输出级，例如花瓣状的、平行板形式的(类似电容)。

可选地：

引导装置输出端的通路的径向截面的轮廓与固态原料的径向截面轮廓相适应，引导装置输出端的通路的形状和径向截面的形状至少满足固态原料从其中通过。

可选地：

当所述的驱动装置与引导装置连接，可以组成一体化的功能组件。驱动装置作为引导装置的一部分，或者引导装置作为驱动装置的一部分。

可选地：

当所述的电磁感应加热发生装置与引导装置连接，可以组成一体化的功能组件。电磁感应加热发生装置作为引导装置的一部分，或者引导装置作为电磁感应加热发生装置的一部分。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明不使用熔炉或坩埚或挤出头之类的容器，在移动的固态原料穿过加热磁场的过程中将固态原料的特定部位加热为熔融状态，加热能量作用范围集中，被加热的固态原料的体积小，熔融原料生成速度快，属于“按需实时生成”；不通过气体之类的可压缩媒介来控制熔融原料的位置状态，也不通过熔炉或坩埚或挤出头之类的容器来控制熔融原料的输出，由于熔融原料体积小且与固态原料直接连接，熔融原料不与加热装置接触、不与容器接触(不存在现有的采用容器产生熔融原料的技术所存在的熔融原料与容器的喷嘴之间因为粘滞力而导致的可控性低的问题)，因此，可以通过对固态原料的位置操控实现对熔融原料的位置操控，所以对熔融原料的位置操控的响应速度高；因为所产生的熔融原料不与加热装置接触、不与容器接触，不存在熔融原料(尤其是高温熔融原料)破坏或腐蚀加热装置(或容器)的问题，所以本发明的设备的使用寿命长；因此，可控性高、结构简单、成本低、使用寿命长、可靠性高。

(2)本发明不使用熔炉或坩埚或挤出头之类的容器，所产生的熔融原料不与加热装置接触、不与容器接触，熔融原料所能达到的温度不受容器性能的限制，能产生超高熔点导电性材料的熔融原料，例如产生钨(熔点约3400℃)，可应用于打印超高熔点金属零件，这意义十分重大。

(3)本发明在产生熔融原料的过程中，能量集中、作用范围小，且能量的可控性高，不破坏三维打印设备先前打印产生的精细结构(有别于现有的基于电弧加热或等离子体加热的三维打印系统在产生熔融原料的过程中会破坏先前打印产生的精细结构)。

(4)本发明如果采用线径小的线状固态原料(例如线径30微米)，像素点(体素)的直径、打印体表面的颗粒直径接近线状固态原料的直径，或者说即时产生的熔融区的线径主要受固态原料线径大小的影响，可以使采用本发明技术的三维打印系统实现高精度的三维打印，精度可以超越现有的slm(选择性激光熔化)和ebm(电子束熔化)技术。

(5)本发明不通过气体来驱动熔融原料的喷射，而是通过固态原料的移动来控制熔融原料的移动，可用于真空打印环境中，可以实现更高质量的三维打印，产生高质量的打印零件(零件密度更高)；本发明也可应用于失重环境中。现有的采用电弧加热或等离子体加热的三维打印技术不能用于真空环境，slm、ebm和lens(激光同轴送粉)等采用粉末的三维打印技术不能用于失重环境(如太空飞行)。

综上所述，本发明的有益效果：可控性高、结构简单、成本低、使用寿命长、可靠性高；能产生超高熔点导电性材料的熔融原料；加热能量集中、作用范围小，加热能量的可控性高，不破坏三维打印设备先前打印产生的精细结构；可用于高精度的三维打印；可用于真空和失重打印环境中。因此，本发明获得显著有益效果和具有实质性进步。

附图说明

图1是示意图，用于说明本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成方法的产生熔融原料的原理，也用于说明本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成设备的第一个具体实施例的组成原理；图中的箭头d1和d2表示移动方向；

图2是示意图，是图1中的标志cc所指示的虚线包围的局部的放大图；

图3是示意图，用于说明产生熔融原料的过程；

图4是示意图，用于说明本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成设备的第二个具体实施例；图中的箭头d3和d4表示移动方向；

图5是示意图，是图4中的标志ee所指示的虚线包围的局部的放大图；

其中的标号：1-引导装置一，2-感应圈一，3-送丝轮一，4-支撑平台一，5-冷却通路一，6-线状固态原料一，7-熔融区一,8-打印体一，9-熔融区二，10-引导装置二，11-感应圈二，12-送丝轮二，13-支撑平台二，14-冷却通路二，15-线状固态原料二，16-熔融区三，17-打印体二，18-输入端一，19-输出端一，20-输入端二，21-输出端二。

具体实施方式

下面列举本发明的较佳具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。

如图1至图3所示的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成方法的具体实施例，通过加热固态原料(即线状固态原料一6)来获得熔融原料(即熔融区一7)，在生成熔融原料的过程中采用引导装置(即引导装置一1)引导固态原料的移动；所述的引导装置设置有输入端(即输入端一18)和输出端(即输出端一19)，固态原料从引导装置输入端输入，固态原料或熔融原料从引导装置输出端输出；所生成的熔融原料在打印体或三维打印设备的支撑平台上累积；所述的打印体(即打印体一8)为在三维打印过程中由熔融原料累积产生的物体，所述的支撑平台(即支撑平台一4)为三维打印设备在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构；

关键在于：

固态原料在引导装置的输出端和/或在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台接触前，只与固态原料接触并被固态原料支持(如图3所示)；所产生的熔融区在与打印体和/或支撑平台发生接触后，与固态原料、打印体和/或支撑平台发生接触，不与其它结构接触，熔融区通过与固态原料、打印体和/或支撑平台接触而被支持(如图2所示)；

所述的熔融区即为熔融原料；

所使用的固态原料能被电磁感应加热熔化。

在本具体实施例中：

所产生的熔融区不与引导装置接触，熔融区不与电磁感应加热发生装置接触；所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。

在本具体实施例中：

固态原料从引导装置输出端(即输出端一19)输出，固态原料在引导装置的输出端外部被电磁感应加热为熔融状态并形成熔融区(即熔融区一7和熔融区二9)。

在本具体实施例中：

所述的固态原料采用线状的导电性固态原料，采用线径为50微米的钨金属线。

在本具体实施例中：

在三维打印过程中，所产生的熔融区只与固态原料、打印体和/或支撑平台或支撑体发生接触，不与其它结构发生接触；所述的支撑体是指在三维打印过程中起支撑作用的结构(例如辅助性支架、辅助性支撑粉体)。在产生熔融原料的过程中使用保护气氛，熔融区与保护气体发生接触，但保护气体不具备结构形态。

在本具体实施例中：

所述的熔融原料(即熔融区一7和熔融区二9)，其位置控制方法为：固态原料在通过引导装置时所产生的移动(如图1所示的箭头d1所示的运动方向)推动熔融原料远离引导装置和远离电磁感应加热发生装置所产生的加热磁场的核心区、往打印体(即打印体一8)或支撑平台(即支撑平台一4)移动；固态原料与打印体或支撑平台之间的相对移动控制熔融原料的累积位置。所述的电磁感应加热发生装置用于产生电磁感应加热作用。图1所示的打印体(即打印体一8)为三维打印产生的第一层结构。

在本具体实施例中：

在产生熔融原料(即熔融区一7和熔融区二9)的过程中，当熔融原料与打印体或支撑平台发生接触后，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流，通过电阻加热的方式影响固态原料转变为熔融原料的过程：提升固态原料熔化的速度，因为电磁感应加热发生装置产生的交变磁场在穿过磁场的固态原料内感生涡流，穿过磁场的固态原料的温度升高，温度升高导致电阻值升高(多数金属的电阻值随温度升高而升高)，在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流之后，电阻值高的区域获得较大电压分压，进而加剧温度高的区域升温；在不需要继续产生熔融原料的时候，通过施加大电流将熔融区瞬间熔断，以实现原料与打印体或支撑平台分离；在产生熔融原料的过程中，也可以通过电流将熔融原料加热熔断，以在打印体或支撑平台上产生与固态原料相分离的熔融原料，在打印体或支撑平台上形成原料的液滴(液滴的熔融状态维持时间极短)。

在本具体实施例中：

固态原料的移动方向和移动速率可控；当要结束产生熔融原料时，固态原料往引导装置回退；回退的长度可以设定。

在本具体实施例中：

产生熔融原料的主要步骤为：

步骤s1，控制系统驱动引导装置移动至特定的空间位置；该特定空间位置由三维打印系统的控制程序指定，依据cad数据模型与支撑平台的映射关系，引导装置移动至打印区域的起始位置，并调整引导装置与支撑平台的高度距离至预设值；

步骤s2，开启电磁感应加热磁场，驱动固态原料通过引导装置(如图1所示的箭头d1所示的运动方向)；

步骤s3，固态原料穿过引导装置，抵达引导装置外的电磁感应加热磁场的核心区并在该核心区内被加热熔化，熔化的区域形成熔融区；熔融区与固态原料连接；

步骤s4，固态原料在通过引导装置时产生的移动(如图1所示的箭头d1所示的运动方向)推动所产生的熔融区远离引导装置和远离电磁感应加热磁场，先前产生的熔融区抵达打印体或支撑平台；先前产生的熔融区在离开加热磁场的核心区的过程中及离开之后，后续进入加热磁场核心区的固态原料被加热熔化，从而形成连续的熔融原料流；与此同时，驱动引导装置移动并带动固态原料移动(如图1所示的箭头d2所示的运动方向)以控制熔融区与打印体或支撑平台的三维接触位置(在累积每一层打印体时，做二维移动；每累积完一层打印体之后，做第三维移动，实现打印体的层与层之间的切换)；在累积每一层打印体时，引导装置所做的二维移动驱动的熔融区(熔融原料)的扫描式移动是依靠未熔化的固态原料的刚性带动的；

步骤s5，如果需要停止产生熔融原料(例如任务完成、切换打印区域等)，则驱动固态原料往引导装置回退(如图1所示的箭头d1所示方向的反方向)设定的长度(如10微米)；由于熔融原料介于固态原料与打印体和/或支撑平台之间，当固态原料往引导装置回退时，熔融区被牵拉，导致熔融区的线径变小，线径较小的区域的电阻值较高，进而在熔融区内制造出电阻值较大的区域；

步骤s6，经过引导装置(引导装置采用金属制造)在固态原料与打印体或支撑平台之间施加电流(如50安培强度的电流、持续50微秒)，通过所施加的电流产生电阻加热作用将熔融区熔断；因为步骤s5在熔融区内制造出电阻值较大的区域，电阻值较大的区域(区段)获得较大电压分压，导致熔断发生在电阻值较大的区域，进而控制熔断的位置；

步骤s7，关闭或者不关闭电磁感应加热磁场(如果只是切换打印区域，则可以不关闭加热磁场；如果打印任务完成，则关闭加热磁场)；驱动引导装置移动至设定的空间位置(例如下一个打印区域的起始位置、三维打印系统的初始位置/原点位置等)。

如图1至图2所示的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成设备的第一个具体实施例，该具体实施例应用上述的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成方法的具体实施例；其组成为：一种用于三维打印的熔融原料生成设备，主要由驱动装置(送丝轮一3属于驱动装置的组成部分)、引导装置(即引导装置一1)、电磁感应加热发生装置组成，其中：驱动装置用于推动和拉动固态原料移动；引导装置用于引导固态原料的移动，引导装置(即引导装置一1)整体上采用管状结构，引导装置设置有输入端(即输入端一18)和输出端(即输出端一19)；电磁感应加热发生装置用于产生磁场以加热固态原料(即线状固态原料一6)，电磁感应加热发生装置主要由能量输出级(即感应圈一2)、能量输入级(未在附图中示出)组成，能量输出级产生磁场，能量输入级调制从外界输入的电流并将经过调制的电流输到能量输出级；驱动装置与引导装置连接，电磁感应加热发生装置与引导装置连接。

电磁感应加热发生装置与引导装置的位置关系为：如图2所示，电磁感应加热发生装置产生的磁场与引导装置的输出端(即输出端一19)在固态原料(即线状固态原料一6)通过引导装置时的移动路径上呈串联关系。

固态原料在通过电磁感应加热发生装置产生的磁场时，位于磁场的核心区的固态原料(即线状固态原料一6)区段感生涡流，从而实现对固态原料的该区段直接加热并产生熔融区(即熔融区一7和熔融区二9)，所产生的熔融区被固态原料推动而离开电磁感应加热发生装置所产生的磁场的核心区；电磁感应加热发生装置、引导装置与所产生的熔融区的位置关系为：熔融区(即熔融区一7和熔融区二9)与引导装置(即引导装置一1)不发生接触，熔融区与电磁感应加热发生装置不发生接触。

在本具体实施例中：

所述的电磁感应加热发生装置的输出级采用线圈(即感应圈一2)，匝数为一匝；感应圈一2设置于引导装置的输出端(即输出端一19)的外部并与引导装置的输出端(即输出端一19)在固态原料(即线状固态原料一6)通过引导装置时的移动路径(如箭头d1所示的移动方向)上呈串联关系，即：固态原料从引导装置的输出端输出，进入电磁感应加热发生装置的输出级(即感应圈一2)所包围的空间。

固态原料(即线状固态原料一6)在电磁感应加热发生装置的输出级(即感应圈一2)所包围的空间内熔化，形成与线状固态原料一6相连接的熔融区(即熔融区一7和熔融区二9)；熔融区与感应圈一2不发生接触，即：熔融区与感应圈一2之间存在包围熔融区的空间，熔融区与感应圈一2相隔离。

在本具体实施例中：

在引导装置的输出端(即输出端一19)设置有冷却结构(即冷却通路一5)，冷却结构将引导装置输出端和电磁感应加热发生装置的热量导走。冷却通路一5内的冷却液通过管路(未在附图中示出)与散热机构连接。

在本具体实施例中：

所述的驱动装置主要由送丝轮(即送丝轮一3)和电动机组成；其中：电动机驱动送丝轮转动，送丝轮带动固态原料(即线状固态原料一6)移动并穿过引导装置(即引导装置一1)。

在本具体实施例中：

所述的引导装置设置有孔结构，作为引导固态原料移动的引导结构；引导装置设置有弹性结构(未在附图中示出)，用于增强固态原料与引导装置之间的贴合度。贴合度越高，固态原料与引导装置之间的电气连接就越可靠、两者之间的电阻值越低。

在本具体实施例中：

引导装置采用铜合金制造；支撑平台采用不锈钢制造。在引导装置与支撑平台之间设置电阻加热电流发生电路，用于在引导装置与支撑平台之间施加电流，进而在固态原料与打印体和/或支撑平台之间施加电流，以实现对熔融原料生成过程进行调控。

在本具体实施例中：

熔融原料(熔融区一7)在支撑平台一4上累积，线状固态原料一6在箭头d1所示的移动方向上快速移动并穿过引导装置一1(例如1米/秒)，位于感应圈一2所包围空间内的区段被瞬间熔化产生熔融区一7。熔融区一7被快速推离感应圈一2所包围的空间并到达支撑平台一4，在支撑平台一4上形成打印体一8(打印体一8是累积产生的第一层打印体)。先前产生的熔融区一7被推离感应圈一2所包围的空间，后续进入感应圈一2所包围的空间的固态原料被瞬间熔化而产生后续的熔融区一7，从而形成熔融原料流。因为固态原料的线径小(在本具体实施例中采用线径50微米的钨金属线)、固态原料的移动速率高(例如在箭头d1和箭头d2所示的两个方向都是1米/秒)、电磁感应加热发生装置的能量输出功率大(在本具体实施例中输出600w的功率)、熔融区一7不与感应圈一2接触(热量只能被保护气氛、打印体一8和支撑平台一4导走)，当熔融区一7的生成速率足够高(例如1米/秒)和引导装置一1的移动速率足够高(例如在箭头d2所示的方向的速率为1米/秒)，并且电磁感应加热作用的持续存在，就可以确保后续产生的熔融区一7在先前产生的熔融区一7与打印体一8和/或支撑平台一4接触的同时，后续产生的熔融区一7为熔融状态。

感应圈一2的下端面与支撑平台一4之间的距离为固态原料线径的1.5倍(在打印第一层的打印体一8时)，或者感应圈一2的下端面与打印体之间的距离为固态原料线径的1.5倍(在打印第二层及第二层以上层的打印体一8时)。感应圈一2的厚度为100微米、感应圈的环的宽度为3毫米。感应圈一2紧贴引导装置一1的输出端一19，在两者之间设置有一层导热性好的薄绝缘层(例如5微米厚的石英膜)，冷却通路一5与感应圈一2之间的结构的厚度为150微米。感应圈一2在产生交变磁场的过程中也会发热，其热量被临近的冷却通路一5导走。冷却通路一5也同时将输出端一19的热量导走。冷却通路一5内的冷却液预先被制冷装置降温，以提高散热效率，例如使用氯化钙溶液作为冷却液并在输入冷却通路一5前被降温至-20℃。

由于线状固态原料一6快速移动穿过引导装置一1(例如1米/秒)和穿过电磁感应加热发生装置的能量输出级(即感应圈一2)产生的磁场核心区，线状固态原料一6局部(特定区段)被快速熔化，所产生的熔融区一7被快速推离，线状固态原料一6在被熔化前具有刚性，从而可以利用线状固态原料一6的刚性带动熔融区一7在箭头d2所示的方向上移动。

如图3所示，在线状固态原料一6与打印体一8和/或支撑平台一4发生接触前，线状固态原料一6穿过感应圈一2产生的磁场核心区，线状固态原料一6的前端最先被熔化，形成熔融区二9，熔融区二9与线状固态原料一6粘连(熔融区二9被线状固态原料一6支持)；由于线状固态原料一6快速移动，导致熔融区二9的位置偏向感应圈一2所包围的空间的靠近支撑平台一4一侧；因为快速移动，在熔融区二9接触到打印体一8和/或支撑平台一4之前，熔融区二9作为自由端的存在时间短，熔融区二9的表面张力无法使熔融区二9发生显著形变。同样道理，如图2所示，熔融区一7的位置也偏向感应圈一2所包围的空间的靠近支撑平台一4一侧；在熔融区与打印体一8和/或支撑平台一4发生接触后，因为熔融区一7同时连接线状固态原料一6、打印体一8和/或支撑平台一4，且线状固态原料一6在箭头d1和箭头d2所示的方向快速移动，熔融区一7的表面张力无法使熔融区一7发生形变作用。

如图4和图5所示的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成设备的第二个具体实施例，该具体实施例应用上述的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成方法的具体实施例；其组成为：主要由驱动装置(送丝轮二12属于驱动装置的组成部分)、引导装置(即引导装置二10)、电磁感应加热发生装置组成，其中：驱动装置用于推动和拉动固态原料(即线状固态原料二15)移动；引导装置用于引导固态原料的移动，引导装置设置有输入端(即输入端二20)和输出端(即输出端二21)；电磁感应加热发生装置用于产生磁场以加热固态原料(即线状固态原料二15)，电磁感应加热发生装置主要由能量输出级(即感应圈二11)、能量输入级(未在附图中示出)组成，能量输出级产生磁场，能量输入级调制从外界输入的电流并将经过调制的电流输到能量输出级；驱动装置与引导装置连接，电磁感应加热发生装置与引导装置连接。

在本具体实施例中：

所述的电磁感应加热发生装置的输出级(即感应圈二11)设置于引导装置的输出端(即输出端二21)并与引导装置的输出端在固态原料通过引导装置时的移动路径(如图4中的箭头d3所示的移动方向)上呈嵌套关系，即：如图5所示，感应圈二11所包围的空间与输出端二21所包围的空间之间存在嵌套的区域，固态原料(即线状固态原料二15)通过该嵌套区域时在该嵌套区域内熔化，形成与固态原料相连接的熔融区(即熔融区三16)。

所产生的熔融区三16与感应圈二11不发生接触，也不与输出端二21发生接触，即：熔融区三16与感应圈二11、输出端二21之间存在包围熔融区三16的空间，熔融区三16与感应圈二11、输出端二21相隔离。

在本具体实施例中：

本具体实施例与上述图1至图2所示的本发明的一种用于三维打印的熔融原料生成设备的第一个具体实施例的主要区别在于：引导装置的输出端与电磁感应加热发生装置的能量输出级的连接方式不同，第二个具体实施例的输出端二21与感应圈二11在结构连接方式上是嵌套关系，而第一个具体实施例的输出端一19与感应圈一2在结构连接方式上是串联关系。

在本具体实施例中：

在引导装置的输出端设置有冷却结构(即冷却通路二14)，冷却结构将引导装置的输出端和电磁感应加热发生装置的热量导走。冷却通路二14内的冷却液通过管路(未在附图中示出)与散热机构连接。

在本具体实施例中：

所述的驱动装置主要由送丝轮(即送丝轮二12)和电动机(未在附图中示出)组成；其中：电动机驱动送丝轮转动，送丝轮带动固态原料(即线状固态原料二15)移动并穿过引导装置。

在本具体实施例中：

引导装置二10的输出端(即输出端二21)采用非导电性材料制造(例如石英)。

利用线状固态原料二15的刚性带动熔融区三16在箭头d4所示的方向上快速移动(例如1米/秒)，线状固态原料二15在通过引导装置二10时的移动(如箭头d3所示的方向)推动熔融区三16快速(例如1米/秒)离开引导装置二10输出端内部的空间。熔融区三16不与引导装置二10的输出端(即输出端二21)接触。

以上所述，仅作为本发明的较佳具体实施例，不能以此限定本发明的实施范围，即依据本发明权利要求书及说明书内容所做的等效变换与修饰，皆仍属于本发明涵盖的范围。