[实用新型]一种针尖放电金属粉体3D打印机

说明书

本实用新型公开了一种针尖放电金属粉体3D打印机，包括打印基板，在所述打印基板上铺设金属粉体进行3D打印，其特征在于，还包括针尖和针尖基体，所述针尖与针尖基体导电连接，所述针尖与所述金属粉体之间存在放电间隙，形成等离子体放电区，用于加热熔融所述金属粉体；还包括放电电源，所述放电电源分别与所述打印基板和所述针尖导电连接。本实用新型通过使用针尖放电金属粉体3D打印机，大大缓解甚至彻底消除常规已有金属3D打印技术中存在的问题，提高了金属3D打印的精度。

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，具体涉及一种针尖放电金属粉体3D打印机。

背景技术

3D打印技术可以突破传统设计和加工限制快速获得产品，并可满足个性加工需求，已经发展为先进智能制造领域的核心技术之一。

3D打印已经在基于高分子材料、陶瓷与水泥材料的加工制造方面，凸现了巨量实际应用，但是在基于金属材料的3D打印方面，则一直存在诸多不足，其中一个最大的不足是，传统的金属加工方法已经普遍实现精度在2μm以下的加工误差，而当前的金属3D打印方法，其加工误差至少还在100μm以上，远不能满足机械加工制造对精度的要求。

要实现高精度金属3D打印，需要原材料和热源熔融尺寸两个方面的基础。在原材料方面，已经有多种不同的方法实现微纳米粒径尺寸的金属粉体制备。在熔融热源方面，金属3D打印目前的热源主要为激光和电子束，无论激光还是电子束，其束斑直径虽然已经可以控制在微米甚至纳米尺度上，但是因为电子束、激光束与金属相互作用时，金属粉体是通过吸收其能量直接转化为热能而实现3D打印的，在这个过程中，因为打印原材料金属粉体颗粒自身的热容、颗粒之间的热导率的原因，往往被作用的金属颗粒已经气化，但是其热量不能及时传导到临近颗粒或打印基板，导致一方面形成颗粒气化飞溅，另一方面又没有及时的粘接固化，或者，所有临近颗粒都被传导加热，形成远大于束斑本身的热熔固化打印点。实际上，当前的金属3D打印，为了保证打印过程顺利进行，一般都要采用更大的束斑、更小的能量密度，所以所获得的打印点尺寸、最终打印产品的精度都在亚毫米级，远不能与当前传统机械加工的精度相比。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种针尖放电金属粉体3D打印机，解决金属3D打印精度不高的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种针尖放电金属粉体3D打印机，包括打印基板，在所述打印基板上铺设金属粉体进行3D打印；还包括针尖和针尖基体，所述针尖与针尖基体导电连接，所述针尖与所述金属粉体之间存在放电间隙，形成等离子体放电区，用于加热熔融所述金属粉体；还包括放电电源，所述放电电源分别与所述打印基板和所述针尖导电连接。

优选地，还包括密封腔体，所述针尖放电金属粉体3D打印机位于所述密封腔体内。

优选地，所述金属粉体的粒径为0.01～10μm。

优选地，所述针尖的直径为0～10μm。

优选地，所述针尖基体长度为0.1～20mm。

优选地，所述针尖和/或针尖基体为具有良好导电且高耐热的金属或合金材料。

优选地，所述放电间隙的宽度为0.01～100μm。

优选地，所述放电电源为直流或脉冲电源；所述放电电源的功率为0.1mW～100W，且连续可调。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：本实用新型采用针尖放电实现基于微纳米金属粉体的3D打印，首先是减弱甚至消除了常规激光或电子束作为热源进行金属3D打印时无法克服的因为金属粉体颗粒被过热气化或者颗粒缝隙中的环境气体被加热冲击粉体颗粒而造成的飞溅；其次是大大缓解甚至彻底消除常规已有金属3D打印技术中存在的问题：3D打印产品的应力、开裂、变形，打印过程中的粉尘对打印表面及环境的污染等；第三，实现媲美、超越常规金属机械加工所能够达到的微米级的精度水平，进入微纳米级精度。