3D打印设备的制作方法

本公开实施例涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种3d打印设备，例如电子束3d打印设备。

背景技术：

3d打印过程中，例如电子束3d打印，因为电子接触粉料后，会在粉料表面产生累计的负电荷，负电荷之间会相互排斥，使得表面带有负电荷的粉料之间因为相互的排斥力被推开，造成粉料溃散现象，严重影响电子束3d打印过程。所以必须对成型平台上的粉料进行预热，使得粉料之间形成预烧结状态，这样负电荷的排斥力就无法将已经预烧结的粉料推开，避免了粉料溃散现象，使得打印可以顺利进行。

目前的3d打印装备，例如电子束3d打印装备对粉料的预热方式是在打印第一层前，先将成型底板加热到一定的温度(根据不同的材料，底板温度不同，一般都在700度以上)，然后将第一层粉料铺上去，此时因为底板的高温传导给了被铺上去的粉料，所以粉料颗粒之间被预烧结，这样下束后粉料就不会溃散，然后再利用电子束通过反复扫描的方式对已经铺上去的粉料进行升温，然后再进行融化打印。打印完成后进行第二层铺粉，然后再对第二层粉料进行升温，由于上一层粉料具有一定的高温，所以新铺上的粉料会瞬间被升温形成预烧结状态，所以每一层打印前或打印完成后都需要电子束对成型区域进行升温。

而电子束3d打印的每一层的厚度都很薄，按照每一层0.05mm的层厚算，打印100mm高的零件需要2000层，而电子束对粉料预热、升温的过程至少需要10～40秒(根据材料和成型零件复杂程度不同而不同)，那么打印2000层就会有5.5小时～11小时的时间耗费在预热上面，造成打印效率较低，时间成本增加。

而另一个影响打印效率的就是铺粉所需要的时间，现有电子束3d打印过程中，每一层的铺粉时间在8～10秒之间，铺粉过程一般有三个步骤——取粉、送粉、刮粉，第一步取粉器在粉箱处取粉，第二步，取粉器将取到的粉送到成型底板的成型区域，第三步，为了使粉料更均匀，取粉器对成型区域的粉床进行一次刮粉，在取粉、送粉和刮粉的过程中，电子束是不能下束的，必须等待取粉器三个步骤的动作全部完成后才能开始下束预热、升温和打印，按照每一层层厚0.05mm，打印100mm高的零件需要2000层来算，铺粉所需的时间为4.4小时～5.5小时。

以上提到的两个时间加起来就是非熔化打印所需要消耗的时间，每成型100mm高的零件总共需要9.9～16.5小时。

综上所述，3d打印过程中，打印能量源(如电子束)对粉料的升温时间以及铺粉的时间很长，并且在这两个时间段内，不能进行打印工作，它们工作的时间没有重合，因此，能量源对粉料的升温时间、取粉器的铺粉时间、打印时间直接累加起来的时间是整个打印制造的时间。因此，整个过程所需要消耗的时间很长，打印效率较低。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

技术实现要素：

本公开实施例的目的在于提供一种3d打印设备，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开实施例提供一种3d打印设备，所述3d打印设备的内腔中设有加热装置，所述加热装置位于从粉箱到成型底板之间粉料所经过的任一位置处，用于对打印前的粉料进行预热。

本公开的一实施例中，所述加热装置位于所述3d打印设备的粉箱上、取粉器上或者成型底板的外侧。

本公开的一实施例中，所述加热装置是电磁加热装置、中频感应加热装置或热辐射加热装置中的一种。

本公开的一实施例中，所述加热装置的加热温度为200-1000℃。

本公开的一实施例中，所述3d打印设备为上送粉3d打印设备或下送粉3d打印设备。

本公开的一实施例中，所述加热装置和温度控制装置连接。

本公开的一实施例中，所述加热装置包括一加热板，所述加热板内设有电热丝。

本公开的一实施例中，所述加热装置的数量大于等于一个。

本公开的一实施例中，所述3d打印设备的粉箱数量大于等于一个。

本公开的一实施例中，所述3d打印设备为电子束3d打印设备。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的实施例中位于3d打印设备的内腔中的加热装置对打印前的粉料进行预热以使粉料达到一定的预热温度，缩短3d打印设备的能量源对粉料的升温时间，如此可以更高效地进行打印工作。

本公开的实施例中，打印设备的能量源对粉料进行加热升温时或加热升温开始后，取粉器同时进行取粉工作，所述加热装置对打印前的粉料进行预热，可以让取粉工作和/或粉料加热工作同时进行，缩短了3d打印设备的能量源对粉料的加热升温时间以及整体打印时间，提高了打印效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中上送粉3d打印设备的结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例中下送粉3d打印设备的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中提供了一种3d打印设备，如图1和图2所示，所述3d打印设备的内腔中设有加热装置100，所述加热装置100位于从粉箱到成型底板的任一位置处，用于对打印前的粉料进行预热。

通过上述实施方式中位于3d打印设备的内腔中的加热装置对打印前的粉料进行加热，可以给粉料一定的预热温度，缩短3d打印设备的能量源对粉料的加热升温时间，如此可以更高效地进行打印工作。

可选的，在一些实施例中，所述加热装置100可以位于所述3d打印设备的粉箱101上、取粉器102上或者成型底板103的外侧。所述加热装置100在3d打印设备中的位置不严格限定，只要可以实现在打印前对粉料进行加热就可以。例如，粉箱101的内壁或粉箱101的出粉口、取粉器102的表面、成型底板103的两侧等等地方都可以设置所述加热装置100，其中，成型底板103的两侧设置加热装置100的地方需要是取粉器102经过的路段，这样取粉器102取粉后可以停留在加热装置100处或把粉料铺送到加热装置100处以对粉料进行加热。经过加热装置100对打印前的粉料进行预热后，可以缩短3d打印设备的能量源对粉料的加热升温时间，以缩短整体的打印时间。

可选的，在一些实施例中，所述加热装置100可以是电磁加热装置、中频感应加热装置或热辐射加热装置中的一种，但也不限于此。只要能够对打印所用粉料起到预热作用的加热装置都可以应用于此。

可选的，在一些实施例中，所述加热装置100的加热温度可以为200-1000℃，但也不限于此，根据不同打印材料和打印工艺选择合适的温度，在此温度范围内会对粉料进行充分预热，但是不会因为温度过高造成粉料的预烧结或熔化，如果粉料达到预烧结或熔化。

可选的，在一些实施例中，如图1、图2所示，所述加热装置100适用于上送粉3d打印设备10或下送粉3d打印设备10’。

图1为上送粉3d打印设备10的结构示意图，具体可以是电子束3d打印设备，它具有上挂式双粉箱。所述加热装置100的数量为两个，位于该上送粉3d打印设备10的成型底板103的两侧，但也不限于此，加热装置100也可以位于所述3d打印设备的粉箱101上或取粉器102上。打印零件会在成型底板103上开始，粉箱102位于成型底板103的两侧，取粉器102通过机构运动可在两侧粉箱102出粉口处取粉，并将粉料送到指定区域，加热装置100位于成型底板103的两侧与粉箱102之间的位置，加热装置100里面有电热丝，通电后会升高温度，并对附近区域进行热传导。

图2为下送粉3d打印设备10’，具体可以是电子束3d打印设备，下送粉3d打印设备10’的加热装置100位于成型底板103’的一侧，具体可以是粉缸101’和成型底板103’之间。当粉缸101’内的粉料通过活塞推出打印一层所需的粉料，取粉器102’取粉后，向右侧移动，到达加热装置100时，取粉器102’把粉料放置在加热装置100上进行加热，这样就可以缩短整个打印过程的时间，提高打印效率。另外，加热装置100也可以设置在粉缸101’的内侧壁或取粉器102’上，对粉料进行加热。

可选的，在一些实施例中，所述加热装置100可以和温度控制装置连接，方便对加热温度进行调节。

可选的，在一些实施例中，所述加热装置100可以包括一加热板，所述加热板内设有电热丝。可以把待加热的粉料放置在加热板上进行加热，结构简单、使用方便。

本示例实施方式中还提供了一种提高3d打印效率的方法，适用于上述实施例中任一所述的3d打印设备，所述3d打印设备的能量源对粉料进行加热升温时，取粉器同时进

行取粉工作，所述加热装置100对打印前的粉料进行预热。

下面结合上送粉3d打印设备10和下送粉3d打印设备10’的工作过程对提高3d打印效率的方法进行描述。

图1为上送粉3d打印设备10，具体可以为电子束上送粉3d打印设备，在开始第一层打印前，先利用电子束对成型底板103进行扫描预热，当温度接近打印第一层所需要的起始温度时，取粉器102移动到一侧粉箱101的出粉口进行取粉动作，然后将第一层粉料送至加热装置100的加热区域，加热装置100对粉料进行加热，此时热量会传导到第一层将要铺送的粉料上，粉料的温度会提高，根据不同打印材料和打印工艺，温度控制在200～1000摄氏度之间，此温度会充分加热粉料但是不会因为温度过高造成粉料已经预烧结或融化，从而影响粉料的流动性，使得铺送粉无法进行。

当成型底板103温度达到所需打印工艺的温度时，电子束停止下束扫描预热，成型底板103通过机械运动下降一个打印层厚的距离，取粉器102将粉料铺送到成型底板103的成型区域内，然后利用电子束对当前层粉料进行加热升温，因为粉料已经具有了上百度的温度，再加上成型底板103的起始温度也很高，铺在成型底板103上的高温粉料，电子束在极短的时间内就可以完成升温工作，使粉料达到预烧结状态。此实施方式中的加热升温时间可以节约5～10秒，以每100mm需要打印2000层来计算，一共可以节省10000秒～20000秒，即2.8小时～5.2小时，预烧结后的粉料就可以进行熔化打印工作。

进一步地，而当电子束开始对当前层粉料进行加热升温时，取粉器102也移动到另一侧粉箱101出粉口处，提前取好第二层所需的粉料，并将粉料送到加热装置100进行预热，等待第一层打印过程全部结束后，成型底板103再下降一个打印层厚的距离，然后取粉器102立即将已预热的粉料送至成型底板103的成型区域，并进行刮粉。刮粉完毕后，取粉器102向右移动离开成型底板103，电子束对第二层的粉料进行短时间升温使其达到预烧结状态，同时取粉器102再到右侧粉箱101出粉口处取好粉并铺送到右侧的加热装置100进行预热。取粉器102从粉箱102取粉并移动到加热装置100所需要的时间需要3秒，所以在下一层打印前的铺粉动作可以节约3秒，以每100mm需要打印2000层来计算，一共可以节省6000秒，即1.67小时。

之后的每一层都按照相同的步骤循环，那么每层可减少的非打印过程时间为预热所减少的时间加铺粉所减少的时间，即4.47小时～6.87小时，可以看出打印效率得到了很大的提升。

如图2所示，对于下送粉3d打印设备10’，其内的加热装置100位于粉缸101’和成型底板103’之间的区域。粉缸101’里装有粉料，取粉器102’先移动到粉缸101’的最左侧等待，粉缸101’内的活塞将粉缸101’里的粉料向上推出一个打印层厚度的高度，取粉器102’向右移动将粉料送至加热装置100的加热区域，对粉料进行预热。当成型底板103’在电子束的作用下达到预热温度后，成型底板103’下降一个打印成层厚的高度，取粉器102’将已经被加热装置100预热的粉料铺送至成型底板103’的成型区域并进行刮粉，之后取粉器102’返回到粉缸101’最左边等待下一次取粉。当取粉器101’返回并完全离开成型底板103’后，电子束就开始对第一层粉料进行加热升温，同时或之后，粉缸101’的活塞缸将上升下一层打印厚度的高度，将下一层要铺送的粉料准备好，取粉器102’立即进行取粉工作，然后利用加热装置100对粉料进行预热。之后的每一层都按照相同的步骤循环。

上述所述实施例，加热装置对粉料进行预热，可以缩短电子束对粉料的加热升温时间，并且电子束对粉料的升温以及打印时间可以和取粉器的铺粉的取送粉时间重合，由此大大提高了打印效率。

可选的，在一些实施例中，所述打印设备为电子束3d打印设备，所述能量源为电子束，但也不限于此，其他能量源的3d打印设备也可以使用本实施例中的加热装置100，以提高3d打印效率。

可选的，在一些实施例中，所述加热装置100的数量大于等于一个，根据实际需要可以设置加热装置100的数量为多个，以便对粉料进行加热，例如，可以在粉箱、取料器和加热底板的外侧同时设置2个或3个加热装置，能够最大程度地对所述粉料进行预热。

可选的，在一些实施例中，所述3d打印设备的粉箱数量大于等于一个，可以根据工艺需要设置1个、2个或更多个粉箱，以加快取粉进程。

可选的，在一些实施例中，所述3d打印设备为电子束3d打印设备，关于电子束3d打印设备，上文已详细叙述过，在此不再赘述。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。