一种适用于选区激光熔化的带磁场基板和采用该基板的3D打印方法与流程

本发明涉及3D打印技术，具体的说，涉及适用于金属选区激光熔化的带磁场基板和采用该基板的3D打印方法。

背景技术：

目前选区激光熔化的基板是一块普通的金属板，只能起到一个成型零件底部固定支撑的作用，没有其他任何辅助仪器或机构去提高成型零件悬垂部分的表面质量。当相邻两次激光熔化下层和上层不同金属粉末区域时，若后一次激光熔化区域大于前一次激光熔化区域，那么增大的那一区域就是悬垂部分。对于悬垂成型缺陷避免的研究主要从三个方面入手：添加支撑成型、旋转角度成型、粉末自支撑极限成型，但是这几种方案都有自身的局限性。(1)添加支撑成型的局限性体现在：对于具有封闭内腔零件，支撑无法去除，对于一些复杂零件是不能添加支撑成型的。(2)旋转角度成型的局限性体现在：旋转角度成型的最大特点是零件复杂性和空间随意性，一般零件加工中有多个维度存在悬垂成型。因此在空间维度约束下，通过调整零件的摆放只能避免一个维度悬垂成型。(3)粉末自支撑极限成型：难以避免尺寸精度缺陷(悬垂物)、内应力缺陷(翘曲)和组织性能缺陷(缩孔)等缺陷的产生。

因此，为发展3D打印技术，悬垂成型存在缺陷问题，提高成型工件的表面精度等问题急需解决。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种通过线圈产生磁场力对悬垂部分进行支撑的适用于选区激光熔化的带磁场基板和采用该基板的3D打印方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于选区激光熔化的带磁场基板，对金属粉末悬垂部分提供向上的磁场力，包括空心基板、基板端盖、粉末成型支撑机构、控制机构；基板端盖安装在空心基板上，两者围成容纳粉末成型支撑机构的空心容腔；粉末成型支撑机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间，上金属板和下金属板内均设置有电路，各线圈的上端并联的接入上金属板的电路，各线圈的下端并联的接入下金属板的电路；控制机构控制每个线圈的通断，接通时，线圈通直流电产生向上的磁场力。

作为一种优选，空心基板上端为平面，空心基板开口朝下，基板端盖覆盖空心基板的开口安装；上金属板和下金属板均为平板，下金属板固定在基板端盖的上端；线圈外表设有绝缘层。

作为一种优选，控制机构包括控制器和保护开关。

作为一种优选，多个线圈以矩形阵列的方式排列在同一水平面上，线圈的行间距等于列间距。

作为一种优选，多个线圈在同一水平面上排列成多个同心圆环，处于同一圆环的线圈以环形阵列的方式排布。

作为一种优选，在俯视方向上，线圈为圆形。线圈的形状可以是细长形或者短粗型。

一种3D打印方法，采用一种适用于选区激光熔化的带磁场基板，当融化一层金属粉末，该层产生悬垂部分时，控制机构接通悬垂部分的投影覆盖的线圈，该线圈产生向上的磁场力支撑悬垂部分。

作为一种优选，粉末成型支撑机构中各个线圈的通断根据悬垂部分的轨迹坐标变化而自动调节；接入电路中线圈的轨迹坐标和悬垂部分的轨迹坐标一致。

作为一种优选，控制机构的控制器根据每一层的金属粉末离空心基板上端的距离，选择一定大小的直流电，使得每一层悬垂部分的金属粉末所受到的支撑力是一样的。

作为一种优选，控制流经线圈的直流电大小以控制磁场力的大小。

本发明的原理是：通过线圈产生向上的磁场力对悬垂部分进行支撑；线圈均匀排布成像素阵列，单独控制每个线圈的通断，即可控制产生磁场力的区域，线圈排布得越多，区域控制越精细；控制通过线圈的直流电的大小，即可控制磁场力的大小。

总的说来，本发明具有如下优点：

(1)对悬垂部分施加支撑力，起支撑作用，可以避免成型过程中悬垂部分产生悬垂物，减少成型原件中心缩孔，解决表面不平滑的问题。

(2)可以提高悬垂部分的尺寸精度、避免组织疏松，解决成型复杂零件时悬垂物过多等问题。

(3)工作原理简单、成本低、节能环保、无污染。

(4)结构简单，制作方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的内部结构示意图。

图3是线圈的俯视图。

图4是空心基板的立体图。

图5是空心基板主视方向的剖视图。

其中，1为空心基板，2为线圈，3为导线，4为保护开关，5为控制器，6为上金属板，7为下金属板，8为基板端盖。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

一种适用于选区激光熔化的带磁场基板，对金属粉末悬垂部分提供向上的磁场力，包括空心基板、基板端盖、粉末成型支撑机构、控制机构。

空心基板上端为平面，用于支撑成型零件，空心基板开口朝下，基板端盖覆盖空心基板的开口安装，两者围成容纳粉末成型支撑机构的空心容腔。

粉末成型支撑机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间。上金属板和下金属板内均设置有电路，各线圈的上端并联的接入上金属板的电路，各线圈的下端并联的接入下金属板的电路，各线圈的通断可独立控制。上金属板和下金属板均为平板，下金属板固定在基板端盖的上端；线圈外表设有绝缘层，以防线圈与上金属板、下金属板短路。多个线圈以矩形阵列的方式排列在同一水平面上，线圈的行间距等于列间距。

控制机构包括通过导线连接的控制器和保护开关，位于空心容腔的外部。控制机构控制每个线圈的通断，接通时，线圈通直流电产生向上的磁场力。

3D打印时，计算机输出轨迹坐标，激光熔化指定区域的金属粉末，形成一层预定形状。当相邻两次激光熔化不同金属粉末区域时，若后一次(上层)激光熔化区域大于前一次(下层)激光熔化区域，那么增大的那一区域就是悬垂部分。3D金属打印机在工作的时候，计算机控制激光发射器熔化指定区域的金属粉末，由于成型零件的不同，在叠加过程中肯定会遇到悬垂部分，计算机输出模型的每一层的轨迹坐标到控制器，然后控制器按照预定编好的程序处理轨迹坐标，先得出存在悬垂部分的层，然后再得到悬垂部分的轨迹坐标，最后根据控制器的算法，得出所在悬垂部分的轨迹坐标内的需要通电线圈；控制器发出指令控制需要通电的线圈接入电路中。

当线圈通直流电产生恒定磁场，恒定磁场会对金属粉末产生一定的支撑力，此支撑力正好支撑悬垂部分金属粉末。

线圈的电流大小的控制过程为：金属粉末每铺一层，然后基板下降，其下降距离与一层金属粉末厚度一致，控制器根据每一层的金属粉末离基板的距离，选择一定大小的直流电，使得每一层悬垂部分的金属粉末所受到支撑力是一样的。

当计算机没有检测到悬垂部分的出现，计算机就会输出一个信号给控制器，控制器就会控制保护开关断开。

本实施例中，线圈和上金属板的电路、下金属板的电路的连接方式，控制机构和电路的连接方式均为现有技术，作用是单独控制每个线圈的通断。

除了本实施例提及的方式外，多个线圈在同一水平面上排列成多个同心圆环，处于同一圆环的线圈以环形阵列的方式排布，圆环之间的距离相等。所有线圈覆盖的区域可为矩形、圆形或其他需要的形状，线圈的数量和密度均可根据实际需要灵活设置。线圈的形状可以是细长形或者短粗型。这些变换方式均在本发明的保护范围内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。