[发明专利]一种适用于多种材料的微波烧结3D打印装置及其打印工艺

说明书

本发明属于3D打印技术领域。涉及一种适用于多种材料的微波烧结3D打印装置及其打印工艺，所述3D打印装置包括送粉布料系统、成形系统、电源系统、真空系统、微波屏蔽室、液压系统和计算机数控系统；所述送粉布料系统和所述成形系统设置在所述真空系统中；所述真空系统设置在所述微波屏蔽室中；所述计算机数控系统与所述送粉布料系统和所述液压系统连接。本发明的适用于多种材料的微波烧结3D打印装置具有结构简单、适用材料广泛、成形精度高、设备投资少、避免污染和提高粉末利用率等优点。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种适用于多种材料的微波烧结3D打印装置及其打印工艺。

背景技术

随着工业4.0概念及中国制造2025计划的提出，3D打印这一新形技术逐渐走入人们的视野。它以数字模形文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体。目前3D打印的应用领域正在迅速扩张。在消费电子、航空航天、医学和汽车制造等行业，3D打印可以以较短的生产周期和较高的自由度生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造形。

现有金属3D打印设备的主要技术是粉床高能束选区烧结，即在粉床上铺设一层金属粉末，然后采用精密聚焦的激光束或电子束等高能束在事先设定好的路径上进行选择性扫描烧结，通过重复的逐层铺粉、逐层选择性烧结，最终实现零件成形。然而，这种粉床高能束选区烧结存在以下不足：（1）金属3D打印设备的工作原理是通过重复的逐层铺粉、逐层选择性烧结，最终实现零件成形，这种打印方式不仅耗时长，而且会造成不必要的能源的浪费。（2）零件因高能束产生较大温度梯度和热应力导致零件的变性、开裂等原因造成成形困难；（3）打印所用材料单一，打印工件类型受限；（4）原料粉末用量大，造成浪费；（5）传统的金属3D打印普遍都需要一台高质量的激光器，目前国内基本依赖进口，价格昂贵，给3D打印技术民用化进程造成了阻碍，成本高。

近年来发展起来并受到高度关注的微波烧结技术，其利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在电磁场中的介质损耗使其整体被加热至烧结温度而实现致密化。与传统加热方式不同，它是一种整体加热，具有升温速度快、烧结时间短、效率高，加热材料多样并可选择以及安全、灵活、可控等特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种适用于多种材料的微波烧结3D打印装置，该装置采用微波烧结技术结合其他技术，本发明的3D打印装置适用范围更广，即装置可以制造出结构复杂、体积更大和高度更高的工件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本实施例提供一种适用于多种材料的微波烧结3D打印装置，所述微波烧结3D打印装置包括送粉布料系统、电源系统、真空系统、微波屏蔽室、液压系统和计算机数控系统；如图1所示，所述3D打印装置还包括一成形系统；

所述成形系统包括一微波发生器，所述微波发生器用于对3D打印工件进行一次性烧结。

进一步地，所述送粉布料系统、所述液压系统和所述成形系统设置在所述真空系统中；所述真空系统设置在所述微波屏蔽室中；所述电源系统与所述计算机数控系统连接并均设置在所述真空系统及所述微波屏蔽室外；所述电源系统通过航空插头穿过所述真空系统和所述微波屏蔽室后，分别与所述送粉布料系统、所述成形系统和所述液压系统连接；所述计算机数控系统通过航空插头穿过所述真空系统和所述微波屏蔽室后，与所述送粉布料系统、所述成形系统及所述液压系统连接。

进一步地，所述成形系统还包括：上压力导柱、上基板、成形室、下基板和下压力导柱；

所述微波发生器设置在所述上基板的上侧平面；所述上压力导柱从所述微波发生器穿过并与所述上基板上侧平面的中间位置连接；所述成形室内底部设置作为底部支撑的所述下基板；所述下压力导柱与所述下基板下侧平面的中间位置连接；所述上压力导柱和所述下压力导柱与所述液压系统连接。

进一步地，所述送粉布料系统包括微型螺旋送料装置、机械臂和震荡送粉头；