一种3d器件打印设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及打印技术领域，尤其涉及一种3D器件打印设备。
【背景技术】
[0002]目前3D打印的主要技术包括光固化成型(Stereo Lithography Appearance，SLA)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、分层实体加工(LaminatedObject Manufacturing，LOM)、恪融沉积成型(Fused Deposit1n Modeling，FDM)、三维印刷(Three Dimens1n Printing，3DP)等。
[0003]光固化成型(Stereo Lithography Appearance，SLA)的成型过程是以光敏树脂为原料，用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后移动台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。这种方法能简捷、全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状较复杂的原型。光固化成型的缺点在于:(I)成型过程中伴随着物理和化学变化，制件较易弯曲，需要支撑，否则会引起制件变形；(2)液态树脂固化后的性能不如常用的工业塑料，一般较脆，易断裂；(3)设备运转及维护成本较高。由于液态树脂材料和激光器的价格较高，并且为了使光学元件处于理想的工作状态，需要进行定期的调整和苛刻严格空间环境，其费用也比较高；(4)使用的材料种类较少。目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料，而液态树脂有一定的气味和毒性，并且需要避光保护；(5)在很多情况下，经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，为提高模型的使用性能和尺寸稳定性，通常需要二次固化。
[0004]选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)是利用粉末状材料成型的。将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面，并刮平，用高强度的C02激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面，材料粉末在高强度的C02激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成型的部分连接。当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，有选择地烧结下层截面。烧结完成后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理得到零件。SLS工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件，特别是可以制造金属零件。SLS工艺无需加支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。但SLS技术只能选用特定成分的熔点较低的金属和陶瓷粉末。尤其是在制备金属器件时，由于温度梯度和热应力较大，最终加工成型后的工件表面比较粗糙，往往存在较多的气孔、缩孔、裂纹等缺陷，增强机械性能的后期处理工艺本身也比较复杂。
[0005]分层实体加工(Laminated Object Manufacturing，L0M)采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等为原材料。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成型的工件粘接。用激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格。激光切割完成后，工作台带动已成型的工件下降，与带状片材分离。供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域。工作合上升到加工平面，热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚。再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完。最后，去除切碎的多余部分，得到分层制造的实体零件。LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成型厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑。缺点是应用材料局限于纤维纸、塑料膜等片材，前后处理费时费力，且不能制造中空结构件。
[0006]恪融沉积成型(Fused Deposit1n Modeling, FDM)的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，以丝状供料。材料在打印头内被加热熔化，打印头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。缺点在于:(1)选择的材料局限于低熔点的錯、ABS、尼龙；(2)成型件的表面有较明显的条纹；(3)沿成型轴垂直方向的强度比较弱；(4)需要设计与制作支撑结构；(5)需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。
[0007]三维印刷工艺(Three Dimens1n Printing，3DP)采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连结起来的，而是通过打印头用粘结剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。缺点是用粘结剂粘接的零件强度较低，致密性差，还须后处理。
【实用新型内容】
[0008]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种3D器件打印设备，所述3D器件打印设备包括打印装置、激光器、激光导向装置、工作台、控制系统；所述打印装置连接并受控于所述控制系统，用于在所述工作台上打印出若干层纳米颗粒墨水/溶胶凝胶二维图形；所述激光器连接并受控于控制系统，用于发出激光；所述激光导向装置连接并受控于所述控制系统，用于改变所述激光传播方向，采用激光在每一层纳米颗粒墨水/溶胶凝胶二维图形完成后对所述纳米颗粒墨水/溶胶凝胶二维图形进行烧结。
[0009]进一步地，所述控制系统包括计算机与控制台，所述控制台与计算机连接。
[0010]进一步地，所述打印装置包括材料供给装置，打印头；所述材料供给装置连接受控于所述计算机，用于储存所述纳米颗粒墨水/溶胶凝胶；所述打印头连接所述材料供给装置并连接受控于所述控制台，随控制台移动，用于在所述工作台上打印若干层纳米颗粒墨水/溶胶凝胶二维图形。
[0011]进一步地，所述激光导向装置包括振镜系统与聚焦镜，所述振镜系统包括X振镜、Y振镜，所述X振镜和所述Y振镜根据控制系统的控制信号调整偏向角度，聚焦镜用于对激光进行聚焦。
[0012]进一步地，所述材料供给装置底部设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制系统连接。
[0013]进一步地，所述的溶胶凝胶或纳米颗粒墨水原材料为金属、非金属、高分子材料、金属氧化物以及非金属氧化物材料。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的优势在于:
[0015](I)原材料选择范围广，可以是任意材料，尤其是现有技术无法适用的氧化物等；
(2)成型件可以为任意形状，成型过程中不易变形，也无需复杂的前后处理工序；(3)纳米颗粒墨水/溶胶凝胶具有大的比表面积，表面能高，熔点低，降低了烧结温度，节约了能源，且纳米颗粒墨水/溶胶凝胶颗粒直径小又具有高的界面能，低温烧结过程可以实现致密化，避免缩孔、裂纹等缺陷，成型后成型件表面光滑，质量优异。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，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，还可以从这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本实用新型一种3D器件打印设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下