[发明专利]三维成形方法及3D打印装置

说明书

本发明涉及一种大外延三维成形方法及3D打印装置。该方法包括以下步骤：固化成形步骤；固化物翘曲检测步骤；热力整平步骤。3D打印装置包括控制单元、激光单元与成像单元；所述控制单元分别连接所述激光单元与成像单元；所述控制单元用于信息处理；所述激光单元具有至少三档功率，分别为第一功率、第三功率以及第二功率；所述激光单元用于产生光斑，且光斑可相对固化层移动。采用上述方法与装置，可以在3D打印过程中及时地对固化层的翘曲部分进行整平，有效解决包含大外延特征零件在逐层成形过程中的翘曲问题，大幅提升打印成功率，且易于在SLM、SLS等多种类型的粉末床3D打印机中推广应用。

技术领域

本发明涉及粉末床三维成形的技术领域，特别是涉及一种三维成形方法及3D打印装置。

背景技术

粉末床三维成形是3D打印技术领域的重要成员，由于在逐层铺粉与固化成形过程中，粉末床腔体始终被未固化粉末与固化物充满，使得其与熔融挤出成形(FDM)相比，具有支撑依赖性低、成形自由度高、表面后处理简单等突出优势。

根据粉末类型及固化机制的不同，已有粉末床3D打印机可分为金属选区熔融成形(SLM)、高分子选区烧结成形(SLS)、高分子/金属/陶瓷选区微喷融合成形(3DP)等类型。忽略所采用选区固化单元的差异，如大功率激光扫描装置、液体介质微喷阵列等，它们有着相似的主机结构，包括供粉装置、铺粉装置、粉末床、成形仓与氛围系统等主要组件。通过选区固化对粉末床表层粉末的选择性固化，与粉末床打印基板逐层下降相配合，三维成形体以片状层层累积方式在粉末床腔体中生长成形。

随着粉末床3D打印机在航空航天、精准医疗、高端消费等领域应用的不断深入，各种具有复杂切片形状尤其是层间大外延特征的零件打印需求越来越多。在固化大外延切片层粉末时，由于成形后的片状固化物绝大部分浮在游离粉末上，只有根部与上一层固化物相连，使得其结构刚性极差，在快速冷却产生的收缩应力作用下，片状固化物的外延部位极易发生翘曲，并在后续成形过程中与铺粉装置发生碰撞、引发连锁反应，导致打印缺陷甚至造成铺粉装置损坏、打印失败等严重问题。

现有的一些方法中，可以通过采用在线给粉与设置柔性刮刀，抑制刮刀、粉堆与翘曲固化物之间的机械冲突。但该方法无法解决固化物翘曲导致的零件成形偏差。在其他的一些方法中，可以通过调高激光振镜的焦平面，可以抑制粉末熔融体积收缩导致的固化物塌陷问题，但无法解决固化物翘曲问题。

因此，目前亟需一种能有效应对固化层的外延部位粉末固化翘曲的粉末床三维成形方法。

发明内容

基于此，有必要针对固化层的外延部位在固化后翘曲的问题，提供一种三维成形方法及3D打印装置。

一种三维成形方法，包括以下步骤：

固化成形步骤；采用第一功率的激光扫描粉末，以固化成形，形成固化层；固化物翘曲检测步骤；采用第二功率的激光扫描所述固化层，且在扫描过程中进行同步成像，根据成像信息计算固化层翘曲范围及趋势；热力整平步骤；当固化物翘曲检测步骤中，检测到固化层具有翘曲部位，则采用第三功率的激光扫描固化层，以使固化层翘曲部位受热软化并恢复平整状态。

在其中一个实施例中，所述第一功率大于所述第三功率，所述第三功率大于所述第二功率。

在其中一个实施例中，所述固化物翘曲检测步骤中的扫描包括：横向扫描步骤与纵向扫描步骤；所述横向扫描步骤中的激光扫描方向，与所述纵向扫描步骤中激光扫描方向垂直。

在其中一个实施例中，所述固化物翘曲检测步骤中：当激光的光斑通过成像单元记录的扫描线簇连贯平直，则说明固化层未翘曲；当扫描线簇发生偏移，则说明固化层产生翘曲，需要进行所述热力整平步骤。

在其中一个实施例中，在所述热力整平步骤中，所述第三功率的激光由固化层的无翘曲部位向翘曲部位的方向扫描。