[发明专利]粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置

说明书

针对现有选择性烧结装置结构复杂的问题，本发明提供一种粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置，属于增材制造技术领域。包括：步骤一：根据要加工的模型，确定分层及各层所要加工的截面形状；步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热；步骤三：在粉末层上方设置工具电极，调整工具电极与粉末层上表面的间隙，间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道；步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型；重复步骤二至步骤四，直至完成所有层的烧结成型，结束。本发明根据上述方法还提供一种装置，结构简单。

技术领域

本发明涉及一种利用火花放电逐层对粉末材料进行选择性烧结从而累加成型的增材制造方法及装置，属于增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术领域。

背景技术

增材制造(也称3D打印)是材料逐层累加的制造方法，可快速得到任意复杂的结构，被称为是当今制造业的一场革命，特别是近几年获得了日新月异的发展。典型的增材制造方法有：光固化成型(Stereo Lithography Apparatus，SLA)、分层实体制造(LaminatedObject Manufacturing，LOM)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、熔融沉积造型(Fused Deposition Modeling，FDM)、三维印刷(Three-DimensionPrinting，3DP)等。这些方法因在使用的材料、能源和成型方式等方面各有不同而各具特征和用途。

其中，选择性激光烧结是以激光作为能源，对粉末材料选择性加热，使之烧结或熔融后凝固形成三维原型或制件。选择性激光烧结具有材料选择广泛、制造工艺简单、制造精度高等优点，特别是由于它可以加工金属零件，因而被认为是最有发展前途的增材制造技术之一。

但是选择性激光烧结以激光作为能源，成本高，且体积庞大。也有采用电子束作为能源烧结粉末的，但需要复杂的装置结构，设备体积庞大且使用环境受到限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有选择性烧结成本高且需要复杂的装置结构的问题，本发明提供一种实现简单、成本低、可控性好、可实现设备小型化的粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法及装置。

本发明的粉末材料选择性电火花烧结增材制造方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据要加工的模型，确定分层及各层所要加工的截面形状；

步骤二：均匀平铺一层粉末材料，对平铺的粉末层预热；

步骤三：在粉末层上方设置工具电极，调整工具电极与粉末层上表面的间隙，所述间隙在设定电压作用下能够被击穿产生放电通道，且所述间隙保证工具电极与粉末层上表面之间连续发生脉冲放电；

步骤四：工具电极根据当前粉末层对应的截面形状对其进行扫描，在被工具电极扫描的区域，表面层粉末材料由于电火花放电受热熔融或烧结后凝固成型，完成该层所述截面形状的烧结成型，转入步骤二，在所述粉末层上表面平铺下一层粉末材料，直至完成所有层的烧结成型，结束。

优选的是，所述步骤四中，工具电极进行扫描时，使放电点处的表面粉末受热熔融或烧结从而粘结在一起，并能与前一层已烧结层的已成型粉末烧结在一起。

优选的是，所述步骤四中，工具电极进行扫描时，使已烧结完的粉末层及其上表面未被烧结的粉末层接地，保持零电位。

优选的是，所述步骤四中，通过设置单脉冲放电能量、放电频率、工具电极相对粉末层表面的扫描速度，获得需要的粉末材料电火花烧结成型的质量和速度。

优选的是，所述粉末材料为一种导电粉末、多种导电粉末的混合、导电粉末与粘结剂的混合或陶瓷粉末材料。