一种基于冷喷涂的3d打印方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D实物成型领域。
【背景技术】
[0002]3D打印是一种新兴的成型技术，主要是以3D模型为基础，将其处理成二维截面组合(即切片)，再采用粉末状金属或塑料等可粘合材料。通过逐层沉积材料、并使层与层之间相互粘结的方式，最终构造出所需的三维实体。目前3D打印材料的累积主要采用的方式有激光固化、激光烧结、熔丝制造和熔融沉积成型等。
[0003]打印原理及其所需的结构等因素，现有技术存在一些问题。
[0004]首先，3D打印属于增材制造的范畴，尤其在金属材料成型方面，存在制造效率不高的问题。
[0005]第二，目前的3D打印技术存在打印材料单一的问题，对要求多种打印材料甚至复合材料的打印件有一定的应用局限；专利号为201410007083.7的中国发明专利“用于三维打印系统的粉末混合装置和三维打印系统”需要多个粉末供给装置，以及粉末接收箱、储存箱、驱动件等，略显繁琐。
[0006]第三，传统的3D打印方式不可避免地存在残余应力以及孔隙率的问题，造成打印件的强度差强人意，加之3D打印的分层制造原理存在“台阶效应”，若各打印层之间的结合力达不到一定程度，也必定会影响打印件整体性能，专利号为201410289871.X的中国发明专利“一种提高3D打印金属件性能的处理方法”需要对打印件进行回火、深冷、二次回火等处理才能使金属件内部组织发生收缩，空隙减小，使产品致密度提高。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于克服现有技术的不足，公开一种基于冷喷涂的3D打印方法及系统，将冷喷涂技术与3D打印结合，可提高3D打印效率，减少打印件的残余应力、孔隙率，提高各打印层之间结合力。
[0008]本发明给出的技术方案为:
[0009]一种3D打印方法，基于冷喷涂技术，所使用的材料累积方式是利用冷喷涂的原理，使经过低温预热的高压气体携带所需打印的粉末颗粒材料，经过缩放型拉瓦尔喷管之后，产生超音速气固双向流，高速粒子流在固态情况下从喷管喷出，撞击基体的同时发生塑性变形冷焊粘结在基体上。与此过程配合的是在打印平台所在的真空密封室内，该打印平台可由计算机控制，根据需要进行高度方向的伸缩、围绕三个转轴的旋转。根据实际所需打印的三维模型的特点，计算机自动计算与分析沿着哪一个截面设置打印截面效果更好，此时可自由旋转升降的打印平台调整自身高度与所需角度，与打印喷头形成有利于最佳打印截面的相对工作位置，并且实时调整自身位置，实现快速高效的打印过程。
[0010]实现上述3D方法的3D打印系统，其结构为:
[0011]包括压缩气源1，用于提供高压气体，通常为He、N2或者它们的混合气体；
[0012]包括加热器2，打印过程是先利用加热器2对高压气体进行预热；
[0013]包括送粉器3，供应不同种类的打印粉末，由预热过的高压气体携带送粉器供应出一种或多种打印粉末；
[0014]包括缩放型拉瓦尔喷管5、可多角度旋转的打印工作平台8，缩放型拉瓦尔喷管5接收从送粉器供应出的打印粉末，粉末经过缩放型拉瓦尔喷管5并产生的超音速气流携带粉末形成高速粒子流，在完全固态的情况下由缩放型拉瓦尔喷管5的喷嘴撞向可多角度旋转的打印工作平台8 ；
[0015]包括密封室6，所述密封室6内设置有粉末回收装置7、多角度旋转工作平台8和可升降平台9，多角度旋转工作平台8的高度由可升降平台9控制；缩放型拉瓦尔喷管5的后端也置于密封室6内，其喷嘴5与多角度旋转工作平台8的距离保持在10?15mm的范围之内；
[0016]所述多角度旋转工作平台8的结构为:
[0017]包括与升降平台固定的基座85 ;
[0018]包括可在竖直方向转动的第一转轴83，由控制器(未图示)控制第一马达进行驱动，第一转轴83与基座85垂直，且基座85支撑着第一转轴83 ；
[0019]包括具有第二轴线87的第二轴82，由控制器(未图示)控制第二马达进行驱动，第二轴线87与基座85平行；
[0020]包括具有第三轴线86的第三轴81，由控制器(未图示)控制第三马达进行驱动；
[0021]包括打印平台84，印平台84连接于第三轴81上，且印平台84垂直于第三轴线86 ；
[0022]3D打印的过程中，第一、第二、第三轴线的旋转控制着可旋转打印工作平台的运动。
[0023]包括第一计算机4-1，所述缩放型拉瓦尔喷管5是由第一计算机4-1控制；
[0024]包括第二计算机4-2，所述可旋转打印工作平台8是由第二计算机4-2控制，通过第二计算机4-2对实际的三维模型进行分析，自动计算与判断最优的打印截面，此时调整打印工作台的相应高度以及角度，并且实时适应动态变化的最佳打印截面。
[0025]与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果:
[0026]本发明基于冷喷涂的3D打印方法由于送粉速度较快，加之与喷嘴配合的可自由升降旋转的打印平台，可在选取最佳打印截面的相对工作位置的同时，提升制造效率。
[0027]本发明采用基于冷喷涂的材料累积原理，可实现金属、合金、塑料和复合材料等的应用，当两种及以上的粉末进行同时喷涂时，只需要将粉末的速度同时超过各粉末的临界速度即可。
[0028]本发明基于冷喷涂原理的3D打印方法由于冷喷涂过程引发的残余应力小、打印层具有较高的结合力、打印层具有高致密性等特征，能克服现有技术的缺点。
【附图说明】
[0029]图1为本发明系统的组成示意图。
[0030]图2为可自由旋转工作平台的示意图。
【具体实施方式】
[0031]本发明技术方案中涉及的拉瓦尔喷管装置属于现有技术。喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉。窄喉之后又由小变大向外扩张至箭底。箭体中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。所