3D打印装置及其工作方法
本发明提供一种3D打印装置及其工作方法，3D打印装置，包括：支撑体、隔热层、隔档层以及运动组件，隔热层设置于支撑体的一侧，隔热层上设置有用于加热金属构件加热部件；隔档层设置于隔热层一侧，并围设形成气氛保护腔室，隔热层位于支撑体和隔档层之间；运动组件设置于气氛保护腔室，运动组件上设置有用于打印金属构件的增材制造单元，运动组件能够驱动增材制造单元移动。本发明的3D打印装置可在金属构件打印完成后，通过加热部件加热气氛保护腔室，从而对金属构件进行热处理，实现了3D打印后的原位热处理，具有高效、节能和环保的特点，具有很大的实用价值和广阔的应用前景。
发明专利
CN202310896455.5
2023-07-20
CN116967473A
2023-10-31
B22F12/00(2021.01)
中国科学院福建物质结构研究所
张政;陈金明;林文雄;张志;翁文
350002 福建省福州市杨桥西路155号
北京知元同创知识产权代理事务所(普通合伙)
吕少楠
福建;35
1.一种3D打印装置，其特征在于，包括： 支撑体(10)； 隔热层(20)，所述隔热层(20)设置于所述支撑体(10)的一侧，所述隔热层(20)上设置有用于加热金属构件的加热部件(21)； 隔档层(30)，所述隔档层(30)设置于所述隔热层(20)一侧，并围设形成气氛保护腔室，所述隔热层(20)位于所述支撑体(10)和所述隔档层(30)之间，所述气氛保护腔室的底部设置有用于承载所述金属构件的打印底板(31)；以及 运动组件，所述运动组件设置于所述气氛保护腔室，所述运动组件上设置有用于打印所述金属构件的增材制造单元(40)，所述运动组件能够驱动所述增材制造单元(40)移动。 2.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述支撑体(10)为水泥体，所述水泥体包括水泥底板和连接于所述水泥底板上的水泥墙体，所述水泥体设置于从地面向下挖出的地槽内或者设置于地面之上； 所述隔热层(20)设置于所述水泥底板和所述水泥墙体的一侧。 3.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述隔热层(20)上开设有沟槽，所述加热部件(21)为电阻丝，并设置于所述沟槽内； 所述气氛保护腔室呈环形或者方形。 4.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述隔档层(30)包括耐热钢槽，所述气氛保护腔室形成于所述耐热钢槽，且所述耐热钢槽的上侧具有连通所述气氛保护腔室的开口；所述开口用于置换所述气氛保护腔室内的惰性气体。 5.根据权利要求4所述的3D打印装置，其特征在于，还包括用于密封所述开口的密封盖板(32)和/或能够设置于所述开口上的保护罩，所述密封盖板(32)为耐热钢材质。 6.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述运动组件包括环形导轨(50)和升降驱动机构，所述升降驱动机构与所述环形导轨(50)连接，以驱动所述环形导轨(50)上升或下降，所述增材制造单元(40)设置于所述环形导轨(50)的滑块结构上，并能够沿所述环形导轨(50)滑动。 7.根据权利要求6所述的3D打印装置，其特征在于，所述增材制造单元(40)的数量为多个，多个所述增材制造单元(40)沿所述环形导轨(50)等间距间隔分布。 8.根据权利要求6所述的3D打印装置，其特征在于，所述环形导轨(50)上设置有测量装置，所述测量装置用于测量和控制所述增材制造单元(40)的升降高度；所述测量装置为光栅尺或激光测距仪。 9.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述增材制造单元(40)为激光熔覆单元或等离子熔覆单元或电弧熔覆单元。 10.一种如权利要求1-9任一项所述的3D打印装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：将要待打印的金属构件模型按照工艺设计的层厚进行切片，并导入到3D打印装置的控制软件中，在控制软件中生成增材制造单元的运动路径，以指导后续的打印操作； 步骤2：在进行打印之前，在气氛保护腔室上方开口设置保护罩，并向气氛保护腔室中注入惰性气体，将氧的含量降低到指定浓度范围，以确保打印过程中的环境气氛适合金属打印；同时，对打印底板(31)进行预热，使其达到指定的温度； 步骤3：启动增材制造单元(40)和运动组件，并通过调整所述增材制造单元(40)与打印底板(41)的高度来确保适当的打印距离；同时调节以下参数中的至少一种：熔覆气体流量、送粉量、增材制造单元(40)的功率和运动速度； 步骤4：控制软件读取首层切片文件中的运动路径，并在打印底板(31)上进行熔覆沉积；逐层进行打印，根据预设的层厚和打印路径，在每一层上实施熔覆沉积操作，直至完成整个金属构件的打印； 步骤5：金属构件打印完成后，撤除保护罩、运动组件和增材制造单元(40)； 使用密封盖板(32)与隔档层(30)的侧壁进行焊接封闭所述气氛保护腔室；通过通入惰性气体，对金属构件进行气氛置换，以满足后续的低氧热处理要求； 步骤6：根据材料的热处理工艺要求，设计加热部件(21)的加热温度，对金属构件进行原位热处理；通过控制加热温度和时间，实现对金属构件结构调整、应力消除的热处理效果。