[发明专利]一种基于并行脉冲电弧熔化的金属三维打印成型方法

摘要

本发明提供了一种基于并行脉冲电弧熔化的金属三维打印成型方法，包括：准备三维打印成型零件的CAD数据文件、成型基板和微细金属丝电弧过渡阵列板；将每层切片的封闭轮廓图形进行内部分块式填充；在成型腔室内，按照当前切片分块式填充的小区块，控制打开钨电极开关，给钨电极供给一次脉冲高压，使得钨电极与微细金属丝末端之间产生高压电弧放电效应，微细金属丝熔化，随后垂直撞击于成型基板的当前成型表面，使其对应的小区块增加一定厚度；重复执行直至所有分层全部成型完毕。本发明实现了并行脉冲放电的溶滴过渡成型、自动铺平，对任一单层都是一次成型，成型速度相比传统方法有数量级上的极大提高，是一种超高速三维零部件三维成型新方法。

主权项

1.一种基于并行脉冲电弧熔化的金属三维打印成型方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备三维打印成型零件的CAD数据文件、成型基板和微细金属丝电弧过渡阵列板；所述三维打印成型零件的CAD数据文件是由三维CAD软件对待成型加工的零部件进行三维建模，并根据获得的零部件三维模型尺寸外形添加辅助支撑结构，然后按叠层制造原理设定层厚进行分层切片后获得的封闭轮廓图形数据集合；所述成型基板的上表面为平面且要求能够将三维打印成型零件的最底层切片的封闭轮廓图形包括在内，所述成型基板的材质为金属或陶瓷材料；所述微细金属丝电弧过渡阵列板包括若干根相互平行的直径在10纳米至200微米范围的微细金属丝，相邻的微细金属丝之间通过微管绝缘兼支撑；每个微细金属丝的末端均设置有一钨电极，钨电极与微细金属丝末端之间不接触且间距小于1mm，每个钨电极均有一独立的钨电极开关控制其是否通电；当钨电极通电时，微细金属丝放电熔化；所述微细金属丝电弧过渡阵列板的尺寸要求能够将三维打印成型零件的各个分层切片的封闭轮廓图形均包括在内；(2)根据微细金属丝电弧过渡阵列板的平行微管阵列排布关系，将每层切片的封闭轮廓图形进行内部分块式填充；分块式填充方法为：将封闭轮廓图形的内部分割为若干个小区块，要求每个小分块的位置均与唯一一根微细金属丝或钨电极的位置对应，即小区块与微管的数量和位置为一一对应关系，且小分块的质心与其对应的微细金属丝横截面几何中心之间的连线相互平行；小区块的形状是任意多边形或者曲线封闭图形，要求每个小区块的尺寸面积均小于面积设定值，所述面积设定值是指步骤(6)中微细金属丝单次电弧放电熔化后的单层平铺面积×(1‑重叠量)，所述重叠量为10～50％；(3)将成型基板和微细金属丝电弧过渡阵列板置于成型腔室内，所述成型腔室内为真空或接近真空，并带有实时真空控制系统用于保持成型腔室的气压；要求所述微细金属丝电弧过渡阵列板的安装方位使得微细金属丝与成型基板表面垂直，并且与第(2)步中三维打印成型零件的CAD数据文件每层切片分块式填充的小区块位置一一对应，即使得微细金属丝熔化后形成的熔滴垂直撞击于成型基板表面，用于填充第(2)步中分块式填充的对应小区块；(4)将三维打印成型零件的CAD数据文件的最底层切片作为当前切片；(5)供给微细金属丝，使微细金属丝电弧过渡阵列板的所有钨电极与微细金属丝末端之间不接触且间距小于1mm；取得当前切片的切片数据，按照其对应的分块式填充的小区块，控制打开对应的钨电极开关，给钨电极供给一次脉冲高压，使得钨电极与微细金属丝末端之间产生高压空气击穿放电效应，产生的高温电弧使得一定长度的微细金属丝熔化，形成熔滴滴落，随后垂直撞击于成型基板的当前成型表面，即落在当前成型表面所对应的分块式填充的小区块中，并自动流平于分块式填充的小区块内，随后发生凝固，与当前成型表面熔合一体，并使其对应的小区块增加一定厚度；(6)调整成型基板与微细金属丝电弧过渡阵列板的钨电极阵列相对距离，按照分层切片从底部到顶部的顺序，取下一个切片为当前切片；(7)重复执行步骤(5)‑(6)，实现成型零件从底部到顶部的层层堆叠，直至所有分层全部成型完毕。