本發(fā)明涉及粉末材料及3d打印領(lǐng)域，具體涉及一種粉末粘接劑噴射打印設(shè)備和打印方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造(additive?manufacturing，am)，又稱三維打印或快速成型，由于其相比傳統(tǒng)工藝能夠制造出各種形狀個(gè)性化的產(chǎn)品，正日益受到工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)注和青睞。粘合劑噴射技術(shù)(binder?jetting，bj)是眾多am工藝中的重要一種。這種方法通過(guò)噴射液態(tài)粘結(jié)劑使材料選擇性地沉積在粉末層中，并加熱固化形成具有一定強(qiáng)度的零件初坯，最后經(jīng)脫脂、燒結(jié)進(jìn)一步致密化，得到所需密度和機(jī)械性能的最終零件。bj技術(shù)具有成本低、打印速度快、分辨率高和無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)大批量工業(yè)生產(chǎn)具有巨大的潛力。bj技術(shù)可以使用幾乎任何種類的顆粒材料以及各種粒徑。在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中可廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、醫(yī)療、電子、航空航天等眾多領(lǐng)域，遍布人們的衣食住行各個(gè)方面。

2、粘結(jié)劑噴射技術(shù)是一個(gè)基于微滴噴射、粉末粘合粉末原料的3d打印方法，其核心機(jī)制是液體粘結(jié)劑與粉末的相互作用及其粘結(jié)力，這一過(guò)程決定了素坯的力學(xué)強(qiáng)度、幾何精度和脫粉能力。該技術(shù)的打印過(guò)程是設(shè)備鋪粉裝置先將粉末鋪展成一個(gè)平面層，然后攜帶液體粘結(jié)劑的打印頭選擇性地將液體粘結(jié)劑噴射在所需形狀的位置上，然后粉末床下降一個(gè)層厚的高度，重復(fù)“鋪粉-噴射粘結(jié)劑”的操作直至零件打印完成。

3、在打印和鋪粉的過(guò)程中，新鋪上的粉層與其下面的已粘結(jié)粉層之間為較松的疊加在一起，這使得最終零件素坯具有較低的致密度和較低的體積固含量，零件在之后的燒結(jié)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較高的體積收縮率并難以燒結(jié)致密。

4、由于現(xiàn)有技術(shù)中的粉末粘接劑噴射打印設(shè)備打印出的零件素坯的致密度低、導(dǎo)致成型性和強(qiáng)度均較低等技術(shù)問題，因此本發(fā)明研究設(shè)計(jì)出一種粉末粘接劑噴射打印設(shè)備和打印方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的粉末粘接劑噴射打印設(shè)備打印出的零件素坯的致密度低、導(dǎo)致成型性和強(qiáng)度均較低的缺陷，從而提供一種粉末粘接劑噴射打印設(shè)備和打印方法。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種粉末粘接劑噴射打印設(shè)備，其包括：

3、鋪粉系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、負(fù)壓供墨打印系統(tǒng)、粉層壓實(shí)系統(tǒng)、成型缸系統(tǒng)和料缸系統(tǒng)，所述粉層壓實(shí)系統(tǒng)設(shè)置在所述鋪粉系統(tǒng)和所述負(fù)壓供墨打印系統(tǒng)之間，所述粉層壓實(shí)系統(tǒng)包括壓板，所述壓板既能沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，還能沿水平方向運(yùn)動(dòng)，在對(duì)粉層壓實(shí)的過(guò)程中能同時(shí)和分別實(shí)現(xiàn)豎直和水平方向的運(yùn)動(dòng)，以對(duì)粉層進(jìn)行壓實(shí)，并且能夠在打印過(guò)程中對(duì)每一打印層均能進(jìn)行壓實(shí)。

4、在一些實(shí)施方式中，

5、所述粉層壓實(shí)系統(tǒng)還包括液壓裝置、壓力傳感器、電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)和電機(jī)，所述壓力傳感器設(shè)置在所述壓板上以能檢測(cè)所述壓板壓至粉層上的壓力大小，所述電機(jī)與所述液壓裝置連接以能驅(qū)動(dòng)所述液壓裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，所述液壓裝置通過(guò)所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)與所述壓板連接，以驅(qū)動(dòng)所述壓板能沿豎直方向和水平方向做運(yùn)動(dòng)。

6、在一些實(shí)施方式中，

7、所述成型缸系統(tǒng)包括成型缸，所述壓板的形狀與所述成型缸的形狀一致，所述壓板的長(zhǎng)度尺寸為m，單位為mm，所述成型缸的與所述壓板相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度尺寸為n，單位為mm，有下面關(guān)系式，-3≤m-n≤5。

8、在一些實(shí)施方式中，

9、所述壓板的下表面為精細(xì)拋光的平面，其表面粗糙度值ra小于1μm。

10、在一些實(shí)施方式中，

11、所述壓板的下表面與所述成型缸的上臺(tái)面為平行關(guān)系，兩個(gè)平面之間的夾角角度值小于0.5°。

12、在一些實(shí)施方式中，

13、所述液壓裝置產(chǎn)生的壓強(qiáng)能在0-20mpa的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

14、在一些實(shí)施方式中，

15、還包括水平導(dǎo)軌，所述鋪粉系統(tǒng)包括鋪粉輥，所述負(fù)壓供墨打印系統(tǒng)包括負(fù)壓供墨循環(huán)系統(tǒng)和打印噴頭，所述負(fù)壓供墨循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)所述打印噴頭以能對(duì)打印區(qū)域上的粉層噴射粘接劑，所述加熱系統(tǒng)包括加熱燈，沿著所述水平導(dǎo)軌前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)方向上，所述加熱燈、所述鋪粉輥、所述壓板和所述打印噴頭依次排布。

16、本發(fā)明還提供一種前述的粉末粘接劑噴射打印設(shè)備的打印方法，其包括：上料和鋪粉操作：將料缸高度從最高限位處根據(jù)打印零件高度往下降低預(yù)設(shè)高度，將原料粉體倒入料缸中，設(shè)置鋪粉參數(shù)后開始運(yùn)行鋪粉動(dòng)作，直至鋪平成型缸表面后鋪粉動(dòng)作完成；

17、開始運(yùn)行打印動(dòng)作，此時(shí)設(shè)備平臺(tái)上的導(dǎo)軌開始移動(dòng)，按照程序進(jìn)行各項(xiàng)打印動(dòng)作打印制備零件素坯；

18、所述開始運(yùn)行打印動(dòng)作包括：

19、(1)鋪粉輥給成型缸上面鋪上一層粉末層；

20、(2)壓板以設(shè)定的壓強(qiáng)值對(duì)粉體實(shí)施壓實(shí)動(dòng)作，保壓時(shí)間可以設(shè)置為1s-15s之間；

21、(3)打印噴頭在設(shè)定的選區(qū)進(jìn)行粘結(jié)劑噴射，噴射量和噴射的掃描遍數(shù)根據(jù)實(shí)際情況可調(diào)節(jié)；

22、(4)加熱燈掃過(guò)成型缸區(qū)域，對(duì)剛剛噴射粘結(jié)劑的區(qū)域加速其固化，

23、(5)之后上述部件隨導(dǎo)軌返回坐標(biāo)零點(diǎn)，然后繼續(xù)重復(fù)以上(1)-(4)的步驟，直到打印程序運(yùn)行結(jié)束。

24、在一些實(shí)施方式中，

25、在上料和鋪粉操作之前還具有打印模型和上電的步驟；在所述上料和鋪粉操作與所述開始運(yùn)行打印動(dòng)作之間還具有設(shè)置參數(shù)的步驟；在所述開始運(yùn)行打印動(dòng)作之后還具有固化步驟，總共形成以下步驟：

26、1)根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)零件打印的三維模型、選取打印材料、設(shè)置分層厚度，并進(jìn)行切片生成.cli文件；

27、2)給打印設(shè)備上電，運(yùn)行負(fù)壓噴墨系統(tǒng)，之后使設(shè)備各軸歸零；

28、3)上料和鋪粉操作：將料缸高度從最高限位處根據(jù)打印零件高度往下降低預(yù)設(shè)高度，將原料粉體倒入料缸中，設(shè)置鋪粉參數(shù)后開始運(yùn)行鋪粉動(dòng)作，直至鋪平成型缸表面后鋪粉動(dòng)作完成；

29、4)在設(shè)備電腦中導(dǎo)入加工文件，即.cli切片文件，并設(shè)置好適當(dāng)?shù)拇蛴?shù)和壓板的壓粉壓強(qiáng)數(shù)值；

30、5)開始運(yùn)行打印動(dòng)作，此時(shí)設(shè)備平臺(tái)上的導(dǎo)軌開始移動(dòng)，按照程序進(jìn)行各項(xiàng)打印動(dòng)作打印制備零件素坯；

31、6)將零件素坯取出轉(zhuǎn)入烘箱，在一定溫度和保溫時(shí)間下進(jìn)行固化處理，最終得到高強(qiáng)度素坯零件。

32、在一些實(shí)施方式中，

33、所述的原料粉體為金屬粉末、陶瓷粉末和合金粉末中的至少一種；所述壓板在對(duì)粉體實(shí)施壓實(shí)動(dòng)的過(guò)程中，壓板的中心點(diǎn)和成型缸的中心點(diǎn)位置對(duì)正，位置偏差小于±0.3mm；

34、所述的壓板對(duì)粉層壓實(shí)動(dòng)作的壓強(qiáng)數(shù)值，根據(jù)選用的粉體材料的物質(zhì)、尺寸粒徑和每次鋪粉的厚度來(lái)進(jìn)行選擇和確定；

35、鋪粉單次粉層的厚度在0.08mm-0.4mm范圍內(nèi)。

36、本發(fā)明提供的一種粉末粘接劑噴射打印設(shè)備和打印方法具有如下有益效果：

37、1.本發(fā)明通過(guò)在鋪粉系統(tǒng)和負(fù)壓供壓打印系統(tǒng)之間設(shè)置的粉層壓實(shí)系統(tǒng)，粉層壓實(shí)系統(tǒng)包括壓板，壓板能對(duì)粉層尤其是對(duì)每一打印層均能進(jìn)行壓實(shí)操作，并且壓板既能沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，還能沿水平方向，在對(duì)粉層壓實(shí)的過(guò)程中壓板能同時(shí)和分別實(shí)現(xiàn)豎直和水平方向的運(yùn)動(dòng)，以對(duì)粉層進(jìn)行壓實(shí)，能夠在打印零件的過(guò)程中對(duì)每一打印層進(jìn)行壓實(shí)操作，使得打印出來(lái)的零件素坯致密度大幅度提高，且更容易成型，提高強(qiáng)度，得到高強(qiáng)度的零件素坯，有效解決在bj設(shè)備制備零件素坯的現(xiàn)有技術(shù)中，每一打印層的粉體的堆積較為松散，致使最終打印出來(lái)的零件素坯密度很低且不易成型，也不利于之后的塊體致密化燒結(jié)的問題；

38、2.本發(fā)明還進(jìn)一步通過(guò)調(diào)節(jié)和優(yōu)化了層厚度與實(shí)施壓強(qiáng)之間的關(guān)系，尤其是通過(guò)壓板長(zhǎng)度尺寸m與成型缸對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度尺寸n之間滿足-3≤m-n≤5，以及液壓裝置產(chǎn)生的壓強(qiáng)在0-20mpa的范圍內(nèi)，鋪粉單次粉層的厚度設(shè)置在0.08mm-0.4mm，能夠進(jìn)一步提高打印出來(lái)的零件素坯的致密度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，使得更容易成型，本發(fā)明的粉末粘接劑噴射打印設(shè)備及其打印零件素坯的工藝方法，其在成型性和素坯密度方面的增益效果對(duì)各種打印材料、打印形狀、打印參數(shù)及后續(xù)的固化和燒結(jié)過(guò)程具有通用和普適性，設(shè)備改造成本低，大大提高了研發(fā)效率，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明還進(jìn)一步通過(guò)鋪粉單次粉層的厚度設(shè)置在0.08mm-0.4mm，進(jìn)一步優(yōu)選0.15-0.3mm，能夠提高了零件打印的生產(chǎn)節(jié)拍，并減少了粘結(jié)劑的用量從而減少了生產(chǎn)成本。