[发明专利]一种3D打印设备及打印方法

说明书

本发明涉及一种3D打印设备及打印方法。该3D打印设备包括密封的壳体，所述壳体内设置有铺粉装置，所述铺粉装置的周围设置有表面形貌测量装置；还包括数据处理装置，用于对表面形貌测量装置获得的数据进行处理，获得粉末层表面不平整度的表征参数，并与设定值比较；还包括数据反馈装置，用于接收数据处理装置的数据处理结果并将数据处理结果反馈给操作人员；所述反馈装置与数据处理装置电连接。本发明的3D打印设备及打印方法可以实现对打印过程中铺粉层的平整度的实时监测，方便操作人员对打印工艺参数进行合理调整，避免铺粉不均匀所导致的产品缺陷，进而大幅度提高制品的性能。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印设备及打印方法。

背景技术

3D打印技术是快速成型技术的一种，它是一种以三维模型为基础，运用金属粉末或者塑料等可粘合材料，通过逐层扫描，层层堆垛的方式来构造出立体三维零件的技术。该技术结合了CAD/CAM、光学、数控及材料科学等各类学科，应用领域非常广泛，在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等都有应用前景。

目前针对金属材料3D打印工艺，SLM是主流工艺，SLM技术是在SLS基础上发展起来的，二者的基本原理类似。SLM技术需要使金属粉末完全熔化，直接成型金属件，因此需要高功率密度激光器激光束开始扫描前，水平铺粉辊先把金属粉末平铺到加工室的基板上，然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上的粉末，加工出当前层的轮廓，然后可升降系统下降一个图层厚度的距离，滚动铺粉辊再在已加工好的当前层上铺金属粉末，设备调入下一图层进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。

在SLM增材制造过程中，铺粉过程是增材制造工艺的关键过程。金属粉末材料的可铺展性能对打印工艺及其重要。但目前对增材制造用金属粉末的性能检测仍然停留在传统的参数检测水平，利用传统粉末材料的检测手段进行表征，准确度不高，常导致实际打印出的制品的质量达不到预想标准。

申请人在研究过程中发现，在制品的打印过程中，每一层粉末的表面形貌对打印制品的性能影响巨大，某一层铺粉时造成的不均匀、缺陷会造成一个产品缺陷，而缺陷会进一步造成应力集中等影响，进而大幅度降低制品的性能。而现有的3D打印设备运行时，当某一层铺粉出现缺陷时，由于无法判断出铺粉层质量情况，一般会继续打印，影响产品的性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可监测打印过程中铺粉层平整度情况的3D打印设备及打印方法，以提高打印制品质量，实现更精细化的打印。

本发明的技术方案为：一种3D打印设备打印方法，包括如下步骤：

（1）铺一层粉末，获得粉末层；

（2）用表面形貌测量装置对步骤（1）中的粉末层进行表征，获取粉末层表面不平整度的表征参数H；

（3）将表征参数H与设定范围值进行比较；

（4）当表征参数H符合设定范围值要求时，进行打印；当参数H超出设定范围值时，停止打印，并反馈信息。

进一步地，反馈信息可以反馈给操作人员，操作人员根据需要采取进一步的补救措施或者调整参数或者重新打印。也可以反馈给操作系统，操作系统可以根据预定的处理方式进行继续处理。

进一步地，所述的表面不平整度的表征参数H为可以表征不平整程度大小的参数，优选为表征高度、深度、体积的参数，如其最大值、均值、方差。

进一步地，所述的表征参数H为粉末层表面不平整处的最高处高度H_max和最低处深度H_min的绝对值，或者，所述的表征参数H为粉末层表面不平整处的总体积，或者，所述的表征参数H为最大单个凸起/凹陷的体积。

其中，所述的不平整度的表征参数H的第一种方案为：