适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板和采用该基板的3D打印方法技术

本发明专利技术涉及适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板包括空心基板、基板端盖、旋转磁场发生机构、控制机构；基板端盖安装在空心基板上围成空心容腔；旋转磁场发生机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间，上、下金属板内均设置有电路，各线圈的上端、下端分别并联的接入上、下金属板的电路；控制机构控制每个线圈的通断，线圈通交流电，通电线圈共同作用在金属熔液层产生旋转的磁场力单向搅动金属熔液。还涉及采用该基板的3D打印方法。本发明专利技术可以使金属熔液形成环流，使工件表面更加光滑，加快了冷却速度，属于3D打印技术领域。

Rotating magnetic field substrate suitable for selective laser melting and 3D printing method using the same

The present invention relates to suitable for selective laser melting with rotating magnetic substrate comprises a hollow substrate, substrate end cover, a rotating magnetic field generating mechanism and control mechanism; the substrate end cover is arranged in the hollow substrate formed hollow cavity; rotating magnetic field generating mechanism comprises a metal plate, metal plate, a plurality of coils, and a metal plate under the metal plate under parallel arranged in a hollow cavity, a plurality of coils evenly in the same horizontal plane are arranged in between the metal plate and the lower metal plate, a circuit are arranged, metal plate, circuit access upper and lower ends of the coils are respectively connected with the upper and lower metal plate; control the control mechanism of each coil on-off, alternating current passes through a coil, coil together to generate magnetic force stirring molten metal unidirectional rotation in the molten metal layer. The invention also relates to a 3D printing method using the substrate. The invention can make the molten metal form a circulating current, make the surface of the workpiece more smooth and accelerate the cooling speed, and belongs to the field of 3D printing technology.

【技术实现步骤摘要】
适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板和采用该基板的3D打印方法
本专利技术涉及3D打印技术，具体的说，涉及适用于金属选区激光熔化的带旋转磁场基板和采用该基板的3D打印方法。
技术介绍
目前3D打印机内的基板是一块普通的金属板，只能起到成型零件底部的固定支撑的作用，没有其他任何辅助仪器或机构去提高成型零件的表面质量。为发展3D打印技术，现在急需解决的问题是利用最低的成本去改善激光选区熔化成型技术，使其可以得到更高精度的工件。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种通过线圈产生旋转磁场力对金属熔液进行单向搅动以提高工件表面质量和加快金属熔液冷却速度的适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板和采用该基板的3D打印方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，包括空心基板、基板端盖、旋转磁场发生机构、控制机构；基板端盖安装在空心基板上，两者围成容纳旋转磁场发生机构的空心容腔；旋转磁场发生机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间，上金属板和下金属板内均设置有电路，各线圈的上端并联的接入上金属板的电路，各线圈的下端并联的接入下金属板的电路；控制机构控制每个线圈的通断，接通时，线圈通交流电，通电线圈共同作用在金属熔液层产生旋转的磁场力单向搅动金属熔液。作为一种优选，空心基板上端为平面，空心基板开口朝下，基板端盖覆盖空心基板的开口安装；上金属板和下金属板均为平板，下金属板固定在基板端盖的上端；线圈外表设有绝缘层。作为一种优选，控制机构包括控制器和保护开关。作为一种优选，多个线圈以矩形阵列的方式排列在同一水平面上，线圈的行间距等于列间距。作为一种优选，多个线圈在同一水平面上排列成多个同心圆环，处于同一圆环的线圈以环形阵列的方式排布。作为一种优选，在俯视方向上，线圈为圆形。线圈的形状可以是细长形或者短粗型。一种3D打印方法，采用适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，当将一层金属粉末融化成金属熔液时，控制机构接通该层金属熔液横截面的投影所覆盖的线圈，所有通电线圈共同作用在该层金属熔液内产生单向旋转的磁场力，环形单向的搅动金属熔液。作为一种优选，旋转磁场发生机构中各个线圈的通断可根据成型零件的横截面的变化而自动调节；接入电路中线圈的轨迹坐标和成型零件的横截面轨迹坐标一致。作为一种优选，控制机构的控制器根据每一层的金属粉末离空心基板上端的距离，选择一定大小的交流电，使得每一层金属熔液受到的旋转电磁力均相同。作为一种优选，控制流经线圈的交流电大小以控制旋转磁场力的大小。本专利技术的原理是：通过多个通交流电的线圈共同作用，在正在加工的金属熔液层(横截面)产生旋转磁场力，单向搅动金属熔液，不仅可以使工件表面更加平滑，还可以加快金属熔液的冷却速度；线圈均匀排布成像素阵列，单独控制每个线圈的通断，即可整体控制产生磁场力的区域，线圈排布得越多，区域控制越精细；控制通过线圈的交流电的大小，即可控制磁场力的大小，进而控制金属熔液的流动速度。总的说来，本专利技术具有如下优点：(1)可以使金属熔液形成环流，搅拌金属熔液使金属熔液分布均匀致密，可以使工件表面更加光滑。(2)可以使金属熔液加速流动，加快了冷却速度。(3)可以在工件中产生涡流，预热工件可以提高工件的力学性能。(4)工作原理简单、成本低、节能环保、无污染。(5)结构简单，制作方便。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的内部结构示意图。图3是线圈的俯视图。图4是空心基板的立体图。图5是空心基板主视方向的剖视图。其中，1为空心基板，2为线圈，3为导线，4为保护开关，5为控制器，6为上金属板，7为下金属板，8为基板端盖。具体实施方式下面来对本专利技术做进一步详细的说明。适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，包括空心基板、基板端盖、旋转磁场发生机构、控制机构。空心基板上端为平面，用于支撑成型零件，空心基板开口朝下，基板端盖覆盖空心基板的开口安装，两者围成容纳旋转磁场发生机构的空心容腔。旋转磁场发生机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间。上金属板和下金属板内均设置有电路，各线圈的上端并联的接入上金属板的电路，各线圈的下端并联的接入下金属板的电路，各线圈的通断可独立控制。上金属板和下金属板均为平板，下金属板固定在基板端盖的上端；线圈外表设有绝缘层，以防线圈与上金属板、下金属板短路。多个线圈以矩形阵列的方式排列在同一水平面上，线圈的行间距等于列间距。控制机构包括通过导线连接的控制器和保护开关，位于空心容腔的外部。控制机构控制每个线圈的通断，接通时，线圈通交流电，所有通电线圈共同作用以在正在加工的金属熔液内形成旋转磁场力，单向搅动金属熔液。3D金属打印机在工作的时候，计算机控制激光发射器熔化指定区域的金属粉末，由于成型零件的横截面积不同，计算机输出模型每一层的轨迹坐标到控制器，控制器发出指令控制需要通电的线圈接入电路中，使得激光熔化的金属熔液横截面区域的轨迹坐标与接入电路中线圈的轨迹坐标一致。当线圈通交流电，所有通电线圈共同作用，会在金属熔液内产生旋转磁场，当磁感线切割激光熔池的金属熔液时会产生感应电流，载流的金属熔液相当于导体，与磁场相互作用，产生电磁力。在电磁力的作用下，强制金属熔液形成环流，起到搅拌金属熔液的效果线圈电流大小的控制过程为：金属粉末每铺一层，然后基板下降，其下降距离与一层金属粉末厚度一致，控制器根据每一层的金属粉末离基板的距离，选择一定大小的交流流电，使得每一层金属熔液的受到的电磁力均大致相等。线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。工件就相当于导体，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，所以在工件中形成涡流，产生大量热。本实施例中，线圈和上金属板的电路、下金属板的电路的连接方式，控制机构和电路的连接方式均为现有技术，作用是单独控制每个线圈的通断。除了本实施例提及的方式外，多个线圈在同一水平面上排列成多个同心圆环，处于同一圆环的线圈以环形阵列的方式排布，圆环之间的距离相等。所有线圈覆盖的区域可为矩形、圆形或其他需要的形状，线圈的数量和密度均可根据实际需要灵活设置。线圈的形状可以是细长形或者短粗型。这些变换方式均在本专利技术的保护范围内。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，其特征在于：包括空心基板、基板端盖、旋转磁场发生机构、控制机构；基板端盖安装在空心基板上，两者围成容纳旋转磁场发生机构的空心容腔；旋转磁场发生机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间，上金属板和下金属板内均设置有电路，各线圈的上端并联的接入上金属板的电路，各线圈的下端并联的接入下金属板的电路；控制机构控制每个线圈的通断，接通时，线圈通交流电，通电线圈共同作用在金属熔液层产生旋转的磁场力单向搅动金属熔液。

【技术特征摘要】
1.适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，其特征在于：包括空心基板、基板端盖、旋转磁场发生机构、控制机构；基板端盖安装在空心基板上，两者围成容纳旋转磁场发生机构的空心容腔；旋转磁场发生机构包括上金属板、下金属板、多个线圈，上金属板和下金属板上下平行的设置在空心容腔内，多个线圈在同一水平面上均匀排布在上金属板和下金属板之间，上金属板和下金属板内均设置有电路，各线圈的上端并联的接入上金属板的电路，各线圈的下端并联的接入下金属板的电路；控制机构控制每个线圈的通断，接通时，线圈通交流电，通电线圈共同作用在金属熔液层产生旋转的磁场力单向搅动金属熔液。2.按照权利要求1所述的适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，其特征在于：空心基板上端为平面，空心基板开口朝下，基板端盖覆盖空心基板的开口安装；上金属板和下金属板均为平板，下金属板固定在基板端盖的上端；线圈外表设有绝缘层。3.按照权利要求1所述的适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，其特征在于：控制机构包括控制器和保护开关。4.按照权利要求1所述的适用于选区激光熔化的带旋转磁场基板，其特征在于：多个线圈以矩形阵列的方式排列在同一水平面上，线圈的行间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健峰，杨洲，陈华明，刘志翔，钟志清，王臻杰，张倩倩，杨培君，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44