[发明专利]一种粉末印刷烧结激光复合加工的增材制造方法

说明书

本发明公开了一种粉末印刷烧结激光复合加工的增材制造方法，对可烧结的粉体材料，使用粉末印刷和随动加热对粉体快速烧结成型，得到一个比模型大一圈的粉末烧结层，使用激光扫描对粉末印刷烧结的层进行精准修形，实现模型的逐层打印。本发明的技术效果是：该发明提出一种粉末烧结成型的方法，采用多材料印刷烧结完成粗加工的策略，粉末印刷烧结实现打印效率和幅面的兼顾，引入激光加工，对烧结成型的的区域进行精准加工，去除残余材料，具有加工时间短，加工精度高的特点，综合下来，该发明能够实现低成本，高效率，大幅面，高精度的增材制造过程。

技术领域

本发明涉及增材制造即3D打印领域，具体为一种粉末印刷烧结激光复合加工的增材制造方法。

背景技术

增材制造(AM)，也称为实体自由成形制造或3D打印，是指三维物体由原材料(通常为粉末、液体、悬浮液或熔化的固体)以一系列二维层或横截面构建的制造过程。

传统的基于粉体材料构建打印实体的增材制造方法主要分为以下几种方法：选择性激光烧结SLS(Selective Laser Sintering)方法，选择性激光熔化SLM(SelectiveLaser Melting)方法，粘结剂喷射成型3DP方法。这三种主要的成型方法都是在粉床上先铺设一层粉末，这里铺粉的功能是创建了一个新的粉末层，之后的打印动作来完成实体的造型。这些方法存在成型效率低，材料利用率不高，能耗大等问题。

基于颗粒操控，实现粉末形成材料图案的增材制造方法包含以下几种：【CN103978206A】提出了一种面阵吸盘吸附颗粒的图案并施胶使得一层一层粘接成型；【US2017197365A1】提出了一种旋转辊电荷吸附粉末成像并热转印的增材制造方法；【WO2019185626A1】提出了一种旋转辊电荷吸附粉末成像的装置。国外的这两种方法延用了办公用的激光打印机碳粉成像的原理，移植到了增材制造中，缺点是能操控的粉末种类有限，打印尺寸小，同时缺少对平面上粉末层的刮平和压实的过程，形成的图案高低不平，紧实度低。

目前基于粉床的增材制造技术仍然存在材料成本高，效率低下，工艺稳定性不足，成型尺寸小等缺点。如何能将现有材料体系充分利用，是显著降低成本的有效途径。良好的工艺性能够使得打印变得简单。更大的打印尺寸可以拓展到广泛的应用领域。

基于粉床的粉末烧结增材制造技术普遍存在效率、幅面、精度不能兼顾等技术困难，进而造成使用成本居高不下。

本发明中的粉末印刷烧结成型具成型效率高，成型幅面大等特点，本发明中的激光将作用在粉末烧结层的外层边缘处，加工掉多余的烧结层材料，获得一个精确的烧结层截面。该发明最终实现了粉末烧结的高效、大幅面、精准的成型方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末印刷烧结激光复合加工的增材制造方法，该方法实现了一种大幅面、高效率、精度高的粉体材料烧结成型的增材制造。该方法使用不局限于一种易于被烧结的粉末材料A和不易烧结的粉末材料B，通过粉末印刷的形式，将3D模型切片图案用粉末A和粉末B印刷出来，同时随动的热源对粉末层加热升温，粉末层升温到材料A固结温度线以上的某一温度，粉末层中的A图案区域的粉末固结成型，而其余区域的B粉末保持粉体状态不变，其中粉末B是粉末A的边界抑制剂和支撑材料。该方法解决了粉末烧结的效率和成型幅面。该方法使用可以被粉末材料A吸收的波长的激光源，作为加工手段，去除边角材料，对粉末印刷烧结的层进行精准修形。该方法作为粉末印刷烧结的一个补充手段，提高粉末烧结的成型精度。

本发明采用的技术方案如下：一种粉末印刷烧结激光复合加工的增材制造方法，对可烧结的粉体材料，使用粉末印刷和随动加热对粉体快速烧结成型，得到一个比模型大一圈的粉末烧结层，使用激光扫描对粉末印刷烧结的层进行精准修形，实现模型的逐层打印；其特征在于具体方法包括以下步骤：

(1)准备要打印的CAD模型，由该模型作为数据源，生成比源模型大一圈的用于粉末印刷的模型1和用来激光加工的模型2；