本发明涉及三维打印技术中的成型技术，尤其是涉及一种在三维打印过程中通过电阻加热作用即时生成所需熔融原料的三维打印方法，可实现高熔点材料的三维打印，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，例如钨、钼，也不能产生耐高温的金属陶瓷的熔融原料，例如碳化钛。并且现有技术在产生熔融原料的过程中的能耗高。
目前已经商业化的用于金属材料三维打印的技术，主要有选区激光熔化技术(selectivelasermelting,slm)、激光同轴送粉/激光近净成型技术(lens)和电子束熔融技术(electronbeammelting，ebm)，但这些技术也有不少缺点，例如：slm和ebm的制造成本高昂、维护成本高、打印出来的零件机械强度不高(需要在打印后进行增强处理)、打印的幅面小。为了提高slm和ebm技术打印产生的金属零件的材料密度，还出现了不少技术，例如申请号为201410289871.x、名称为“一种提高3d打印金属件性能的处理方法”的中国专利申请。针对上述slm和ebm技术的缺点，也出现了不少采用其它成型方法的低成本金属三维打印技术，例如申请号为201510789205.7、名称为“一种利用液态金属直接进行3d打印制造的方法和装置”的中国专利申请，申请号为201510679764.2、名称为“一种金属3d打印快速成型设备”的中国专利申请，又如申请号为201410206527.x、名称为“挤出式金属流3d打印机”的中国专利申请，但这些技术存在成型精度低或打印成型的金属层的层间结合力低等问题，更无法打印高熔点材料(例如钨合金材料)。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可打印高熔点材料(尤其是金属)的三维打印方法。
本发明的另一个目的在于提供一种可用于耐高温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：
一种三维打印方法，其主要过程为：将熔融原料放置到三维打印设备所使用的成型区，熔融原料不具备流动性之后转变为打印体，熔融原料在打印体的基础上累积、直至所要打印的物体成型，由累积的打印体构成所要打印的物体；其中：在累积熔融原料的过程中，熔融原料所被放置的位置由所要打印的物体的形状和结构决定；所述的三维打印设备所使用的成型区，是指三维打印设备在打印物体时所使用的空间；在三维打印过程中通过加热固态原料来获得熔融原料，采用引导装置引导固态原料的移动；所述的熔融原料为熔化或半熔化状态的原料；
其特征在于：
在固态原料与打印体之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置与打印体之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置与打印体之间的空间产生熔融原料；
其中，在累积熔融原料的过程中：
对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热(例如加热为熔化或半熔化状态)；所述的加热独立于上述的在固态原料与打印体之间施加电流而产生的电阻加热；
或者，对打印体进行加热；所述的加热独立于上述的在固态原料与打印体之间施加电流而产生的电阻加热；
或者，对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热，和对打印体进行加热；所述的加热独立于上述的在固态原料与打印体之间施加电流而产生的电阻加热。
上述的对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热(预热)，或者对打印体进行加热(预热)，可以获得技术上的好处：在对固态原料与打印体之间施加电阻加热电流的过程中，将打印体与固态原料或熔融原料接触的部位的温度预先提高，从而将打印体与固态原料或熔融原料接触的部位的电阻值(电阻率)提高，进而获得更高的电压分压并有利于提高该接触部位的温度(例如将该接触部位熔化)，使新累积的熔融原料与先前成型的打印体之间的连接强度获得提高。
可选地：
上述的对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热(预热)，或者对打印体进行加热(预热)，加热强度可控，加热源可被关闭和开启；所述的加热源是指产生加热作用的功能模块或设备。
可选地：
在固态原料与打印体之间施加电流，通过电阻加热的方式将与打印体相接触的固态原料部分或全部地加热为熔化状态或半熔化状态，在介于固态原料与打印体之间的空间产生熔融原料；
和/或，在固态原料与打印体之间施加电流，通过电阻加热的方式将与打印体相邻的固态原料部分或全部地加热为熔化状态或半熔化状态，在介于固态原料与打印体之间的空间产生熔融原料；所述的与打印体相邻的固态原料是指与先前所产生的熔融原料相连接的固态原料。
可选地：
所述的打印体被支撑平台支持；所述的支撑平台为在三维打印过程中用于支撑打印体的装置或结构。
可选地：
所述的对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热，其加热装置受控，加热的作用区域(例如位置)受控。
可选地：
所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料从引导装置的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置、往打印体或支撑平台移动；固态原料与打印体之间的相对移动控制熔融原料的累积位置。
上述的对熔融原料的位置的控制方法，可以理解为：熔融原料是在介于引导装置与打印体或支撑平台之间的空间即时产生，即将被加热生成熔融原料的固态原料的位置影响熔融原料的位置；熔融原料与固态原料连接，并且熔融原料存在粘性，固态原料的移动也会带动与之相连接的熔融原料的移动。
上述的对熔融原料的位置的控制方法，也可以理解为：固态原料和/或打印体被位置驱动机构驱动，在固态原料与打印体之间的尚未与打印体接触的熔融原料跟随固态原料移动；与打印体接触的熔融原料附着于打印体上，或者跟随打印体移动。
可选地：
将三维打印的过程至于真空环境中，利用真空减少打印体的对外热传导。
可选地：
所述的对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热，其加热方式为等离子体加热、电弧加热、电磁感应加热、电阻加热、激光加热、电子束加热、微波加热这些加热方式当中的一种或者至少两种的组合。
可选地：
所述的固态原料的形态为线状，或棒状，或颗粒状。
可选地：
所述的固态原料为导电性材料。
可选地：
所述的对打印体进行加热，其加热方式为电阻加热、电磁感应加热、微波加热这些加热方式当中的一种或者至少两种的组合。可以是对打印体进行整体加热，例如：支撑平台作为加热板，支撑平台的热量传导给打印体，打印体被整体加热。
可选地：
三维打印的主要步骤包括：
步骤s1，对打印体的即将累积熔融原料的部位进行加热；
步骤s2，固态原料从引导装置输出；
步骤s3，在固态原料与打印体之间建立电气连接，即电流可在固态原料与打印体之间流动，属于电阻连接、而非通过电弧实现连接；
步骤s4，在固态原料与打印体之间施加电流，通过电阻加热的方式将介于引导装置与打印体之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态；
步骤s5，通过调节引导装置与打印体之间的相对位置来控制固态原料在打印体上的扫描位置，与此同时，固态原料从引导装置输出；在此过程中：对打印体的即将累积熔融原料的部位进行加热和/或对打印体的正在累积熔融原料的部位进行加热，在固态原料与打印体之间施加电流、对固态原料进行电阻加热，以持续产生熔融原料；
所述的在固态原料与打印体之间施加电流，是通过在与固态原料相接触的引导装置与打印体之间施加电流，或者通过在与固态原料相接触的电极与打印体之间施加电流。
可选地：
当不需要继续产生熔融原料时，或者暂停三维打印时，或者停止三维打印时，在固态原料与打印体之间施加电流，电流的强度足以将介于引导装置与打印体之间的熔融原料的局部熔断，或者电流的强度足以将介于与固态原料相接触的电极与打印体之间的熔融原料的局部熔断。
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，通过对固态原料直接施加电流和电阻加热(即电阻发热)的方式，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，熔融原料的体积小，熔融原料生成速度快，属于“按需实时生成”；通过控制固态原料的位置状态来控制熔融原料的位置状态，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，所以对熔融原料的位置操控的响应速度高；因此，可控性高、能耗低、结构简单、成本低。
(2)本发明不使用熔炉或坩埚或挤出头之类的容器，不受容器性能(例如熔点)的限制，能产生高熔点导电性材料的熔融原料，例如产生钨(熔点大约3400℃)和高温金属陶瓷的熔融原料、可应用于打印高熔点钨合金零件和高温金属陶瓷零件，这意义十分重大。
(3)本发明在不需要继续产生熔融原料时，即在停止输出熔融原料时，通过熔断的方式将后续的原料与打印体或支撑平台切断，不存基于“容器”类(即熔炉或坩埚或挤出头)的熔融原料生成技术的三维打印技术中常见的“在容器喷嘴处残留或聚集熔融原料”和“在容器喷嘴与打印体之间残留或粘连打印原料”的问题。
(4)本发明不通过气体来驱动熔融原料的喷射，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)。
(5)本发明通过对固态原料直接施加电流和电阻加热(即电阻发热)的方式，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且局限，不像采用电弧、等离子体加热等加热方式产生熔融原料的其它三维打印技术那样会破坏(重熔)先前已打印成型的结构。
(6)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，可以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。
(7)本发明通过对固态原料直接施加电流和电阻加热(即电阻发热)的方式，将固态原料的特定部位加热为熔融状态，打印材料的可选择范围广，不存在现有slm和ebm技术中所面临的打印材料反射加热能量和能量吸收率低的问题(导致许多常用材料不能通过slm和ebm技术进行三维打印，例如在金属三维打印技术中目前只有少部分金属材料适用于slm和ebm三维打印)。
(8)本发明在累积熔融原料的过程中，对打印体的即将累积熔融原料和/或正在累积熔融原料的区域进行加热(预热)，或者对打印体进行加热(预热)，可以获得技术上的好处：在对固态原料与打印体之间施加电阻加热电流的过程中，将打印体与固态原料或熔融原料接触的部位的温度预先提高，从而将打印体与固态原料或熔融原料接触的部位的电阻值(电阻率)提高，进而获得更高的电压分压并有利于提高该接触部位的温度(例如将该接触部位熔化)，使新累积的熔融原料与先前成型的打印体之间的连接强度获得提高。
(9)本发明可以通过施加电流产生的“电阻发热”来调控金属三维打印成型过程中的成型部位金属的熔化状态，电场对合金在液态状态下的晶核生长过程产生影响，适当的电场参数(例如振荡频率、电流强度等)可以提升合金的力学性能；有不少关于电场对金属组织的影响的研究，例如文献：题目：《脉冲电场作用下金属组织的研究进展》(综述)，作者：何力佳，刊物：《辽宁工学院学报》，2003年第23卷第5期；又如文献：题目：《外加电场对合金凝固组织的影响》(综述)，作者：刘谨(等)，刊物：《铸造》，2012年，第61卷第8期。本发明可以将“冶金电场调控”集成于金属三维打印的成型过程中。
综上所述，本发明的有益效果：可控性高、能耗低、结构简单、成本低，能产生高熔点导电性材料的熔融原料，在终止输出熔融原料后不残留原料，可用于真空打印环境中，加热能量作用范围集中且局限、不破坏已打印成型的精细结构，可以实现高精度的三维打印，打印材料的可选择范围广，产生的零件结构高强度，可以将“冶金电场调控”集成于金属三维打印的成型过程中。本发明具有实质性进步。
附图说明
图1和图2是示意图，用于说明本发明的一种三维打印方法的第一个具体实施例的原理，图2中的箭头d1和d2表示移动方向；
图3是示意图，用于说明本发明的一种三维打印方法的第二个具体实施例的原理，图中的箭头d3、d4和d5表示移动方向；
其中的标号：1-打印体一，2-固态原料一，3-打印体表面的高温区，4-熔化原料，5-在打印体上累积的原料，6-引导装置一，7-电路一,8-等离子体喷嘴，9-等离子体，10-打印体表面的被等离子体加热的区域，11-支撑平台一，12-打印体二，13-固态原料二，14-引导装置二，15-电路二，16-支撑平台二。
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和图2所示的本发明的一种三维打印方法的第一个具体实施例：一种三维打印方法，其主要过程为：将熔融原料放置到三维打印设备所使用的成型区，熔融原料不具备流动性之后转变为打印体(即打印体一1)，熔融原料在打印体的基础上累积、直至所要打印的物体成型，由累积的打印体构成所要打印的物体；其中：在累积熔融原料的过程中，熔融原料所被放置的位置由所要打印的物体的形状和结构决定(或者说，由三维打印设备依据所要打印的物体所对应的计算机模型数据控制熔融原料累积位置)；所述的三维打印设备所使用的成型区，是指三维打印设备在打印物体时所使用的空间；在三维打印过程中通过加热固态原料来获得熔融原料，采用引导装置引导固态原料(即固态原料一2)的移动；所述的熔融原料为熔化或半熔化状态的原料；
关键在于：
在固态原料与打印体之间施加电流(通过电路一7产生加热电流)，通过电阻加热的方式将介于引导装置(即引导装置一6)与打印体(即打印体一1)之间的固态原料部分或全部地加热为熔融状态，在介于引导装置与打印体之间的空间产生熔融原料(即熔化原料4)；在本具体实施例，所施加的电流的强度是经验值，通过多次测试获得；
其中，在累积熔融原料的过程中：
对打印体的即将累积熔融原料和正在累积熔融原料的区域进行加热，产生打印体表面的高温区3；所述的加热独立于上述的在固态原料与打印体之间施加电流而产生的电阻加热。所述的对打印体的即将累积熔化原料和正在累积熔化原料的区域进行加热，其加热方式为电磁感应加热：将高频交变磁场聚焦在即将累积熔融原料和正在累积熔融原料的区域，利用高频交变磁场在该区域产生的“趋肤效应”而在该区域的表面产生高温层(甚至熔化层)。
所使用的固态原料的形态为线状，所述的固态原料为导电性材料，即金属线。
在三维打印过程中，所述的打印体被支撑平台(即支撑平台一11)支持；所述的支撑平台为在三维打印过程中用于支撑打印体的装置。
所述的熔融原料，其位置控制方法为：固态原料从引导装置的输出所产生的移动推动熔融原料远离引导装置、往打印体移动(如箭头d1所示的方向)；固态原料与打印体之间的相对移动(如箭头d2所示的方向)控制熔融原料的累积位置。固态原料跟随引导装置移动(如箭头d2所示的方向)。当固态原料一2的移动速度(如箭头d1和d2所示的方向，以支撑平台一11为参照物)足够快时(例如速度300mm/s)，与此同时保持电阻加热，持续产生熔融原料，可以形成熔融原料流：固态原料一2一进入引导装置一6与打印体一1之间的空间就被加热熔化，所产生的熔融原料又即刻被推向打印体一1并累积；由于固态原料一2不断补充，并且在引导装置一6上设置散热结构(例如水冷通路)，以及打印体一1的导热速率来不及将熔化原料4的温度降至熔点以下，熔化原料4的持续产生和位置变化在视觉上表现为熔融原料流，但固态原料一2与熔化原料4交界的部位仍处于固态。这也是本发明能使用高熔点导电性材料(例如钨金属)的主要原因。
在生成和累积熔融原料的过程中，在打印体一1和固态原料一2之间施加的加热电流可以将打印体表面的高温区3的与熔融原料接触的部位加热熔化(打印体表面的高温区3的温度可控，其温度值和所施加的电流强度可以经过多次测试而获得经验值)，可以在打印体上累积的原料5与打印体一1之间实现冶金熔接，即实现高强度连接。当控制上述的对打印体的即将累积熔融原料和正在累积熔融原料的区域进行加热的强度和所施加的电流强度，就可以控制在打印体上累积的原料5与打印体一1之间的连接是否是熔接，进而控制连接强度；在需要产生可拆卸支撑体的区域，就不需要高强度连接。所述的可拆卸支撑体在三维打印技术中起到对所打印零件进行支撑的作用，就像建筑中使用的脚手架(在建好之后将脚手架拆除)。
如图3所示的本发明的一种三维打印方法的第二个具体实施例：
使用等离子体9对打印体(即打印体二12)的即将累积熔融原料的区域进行加热，产生打印体表面的被等离子体加热的区域10；使用等离子体喷嘴8引导等离子体9的喷射(如箭头d5所示方向)和控制喷射的区域。打印体二12被支撑平台二16支撑，并且支撑平台二16也是加热台(其内部设置有电阻发热组件)，对打印体二12进行整体加热。等离子体喷嘴8与引导装置二14一起同步移动(如箭头d4所示方向)，固态原料二13在引导装置二14的带动下移动(如箭头d4所示方向)。固态原料二13在引导装置二14的引导下可向打印体二12移动(如箭头d3所示方向)。等离子体喷嘴8与位置驱动机构(未在附图中示出)连接；在位置驱动结构的控制下，等离子体喷嘴8始终对准打印体(即打印体二12)的即将累积熔融原料的区域；由于等离子体喷嘴8与引导装置二14一起快速移动(例如速度300mm/s)，当先前被等离子体9加热的区域与熔融原料或固态原料接触时，该区域的温度仍高于其它未被等离子体9加热的区域(该区域的温度主要受打印体二12的整体温度、打印体二12的材料导热系数、该区域与等离子体喷嘴8的在箭头d4所示方向上的距离、等离子体喷嘴8的移动速度、等离子体9的温度、等离子体9的热容量等参数影响，可以通过多次测试获得这些参数的经验值)。支撑平台二16具有导电性，在固态原料二13与打印体二12之间施加的电流通过电路二15产生。对打印体二12进行整体加热，可降低对即将累积熔融原料和正在累积熔融原料的区域进行加热所需的能量，降低系统复杂度和提高可靠性。
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。