本發(fā)明屬于3D打印設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種離子團(tuán)束3D打印裝置及方法。

背景技術(shù)：
目前供3D打印機(jī)使用的材料非常有限，無外乎石膏、無機(jī)粉料、光敏樹脂、塑料等。能夠應(yīng)用于3D打印的材料還非常單一，以塑料為主，并且打印機(jī)對單一材料也非常挑剔。研究者們在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但打印材料依然是3D打印的一大障礙。特別是金屬打印，在3D打印領(lǐng)域仍存在一些難題需要解決，特別是目前開發(fā)的打印方法都是高溫生成材料，存在內(nèi)部應(yīng)力過大等缺點(diǎn)。離子束加工是目前特種加工中最精密、最微細(xì)的加工。離子刻蝕可達(dá)納米級精度，離子鍍膜可控制在亞微米級精度，離子注入的深度和濃度亦可精確地控制；離子束加工在高真空中進(jìn)行，污染少，特別適宜于對易氧化的金屬、合金和半導(dǎo)體材料進(jìn)行加工離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來實現(xiàn)的，是一種微觀作用，屬于冷態(tài)加工，所以加工應(yīng)力和變形極小，適宜于對各種材料和低剛件零件進(jìn)行加工。以上的這些離子束加工都是單原子離子態(tài)加工方法，難以應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域來進(jìn)行快速加工以及制造形狀復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種離子團(tuán)束3D打印裝置，可將離子團(tuán)束引入到3D打印加工中來，從而快速、精密的實現(xiàn)3D打印加工，尤其是金屬的3D打印加工。為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種離子團(tuán)束3D打印裝置，包括離子源、離子團(tuán)束打印頭、XYZ三軸移動平臺和載物平臺，離子源，用于提供離子團(tuán)束；離子團(tuán)束打印頭，位于離子源的下方，其與離子源固定連接且固定安裝在XYZ三軸移動平臺上，其包括沿離子團(tuán)束前進(jìn)方向上依次設(shè)置的牽引電極、一級靜電透鏡、限束光闌、多級磁偏轉(zhuǎn)裝置和二級靜電透鏡，其中，牽引電極，用于從離子源中引出離子團(tuán)束；一級靜電透鏡，用于對離子團(tuán)束加速；限束光闌，用于限制離子團(tuán)束的直徑；多級磁偏轉(zhuǎn)裝置，用于調(diào)整離子團(tuán)束的位置以減少像散以及實現(xiàn)離子團(tuán)束消隱；二級靜電透鏡，用于聚焦得到所需孔徑的離子團(tuán)束；XYZ三軸移動平臺，用于帶動離子源和離子團(tuán)束打印頭移動，以使離子團(tuán)束射到工件上實現(xiàn)3D打印；載物平臺，用于承接工件。優(yōu)選地，所述離子源包括引弧裝置和電弧離子蒸發(fā)源。優(yōu)選地，所述XYZ三軸移動平臺上安裝有夾具，所述離子團(tuán)束打印頭通過夾具固定安裝在XYZ三軸移動平臺上。優(yōu)選地，所述XYZ移動平臺包括X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)及Z軸電機(jī)，分別用于帶動離子團(tuán)束打印頭沿X軸、Y軸和Z軸移動。優(yōu)選地，所述X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)及Z軸電機(jī)均為直線電機(jī)，所述X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)及Z軸電機(jī)上均連接有滑軌。根據(jù)上述的離子團(tuán)束3D打印裝置實現(xiàn)3D打印的方法，包括以下步驟：(1)由牽引電極從離子源引出離子團(tuán)束；(2)離子團(tuán)束經(jīng)過一級靜電透鏡，一級靜電透鏡對離子團(tuán)束進(jìn)行加速；(3)離子團(tuán)束通過限束光闌，限束光闌將離子團(tuán)束限制為所需孔徑大 小的離子團(tuán)束；(4)離子團(tuán)束經(jīng)過多級磁偏轉(zhuǎn)裝置，多級磁偏轉(zhuǎn)裝置調(diào)整離子團(tuán)束的位置以減少像散并根據(jù)需要對離子團(tuán)束實現(xiàn)消隱；(5)離子團(tuán)束經(jīng)過二級靜電透鏡，二級靜電透鏡將離子團(tuán)束聚焦得到所需孔徑的離子團(tuán)束；(6)離子團(tuán)束打印頭在XYZ三軸移動平臺的驅(qū)動下對載物平臺上的工件進(jìn)行3D打印加工?？傮w而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：1)本發(fā)明通過限束光闌來對一級靜電透鏡加速后的離子團(tuán)束的孔徑進(jìn)行限制，可靈活改變離子團(tuán)束束斑大小，以便于在工件上打印成形復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)；2)本發(fā)明通過多級磁偏轉(zhuǎn)裝置，多級磁偏轉(zhuǎn)裝置對離子團(tuán)束進(jìn)行調(diào)整以減少像散并根據(jù)需要對離子束實現(xiàn)消隱，并通過二級將離子團(tuán)束聚焦得到所需孔徑的離子團(tuán)束，可以得到精細(xì)的離子團(tuán)束束斑，以便實現(xiàn)高精度的3D打印加工；3)本發(fā)明的XYZ三軸移動平臺能帶動離子源和離子團(tuán)束打印頭沿X軸、Y軸和Z軸移動，從而對載物平臺上的工件實現(xiàn)3D打印加工；4)本發(fā)明采用將離子團(tuán)束引入3D打印加工，可完成形狀復(fù)雜的三維離子團(tuán)束注入加工，具有低污染、精度高、效率高以及可選用的加工材料比較廣泛等優(yōu)勢。附圖說明圖1為本發(fā)明的離子團(tuán)束3D打印裝置示意圖；圖2為本發(fā)明中采用電弧離子蒸發(fā)源的離子團(tuán)束打印頭示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1、圖2所示，一種離子團(tuán)束3D打印裝置，包括離子源1、離子團(tuán)束打印頭2、XYZ三軸移動平臺12和載物平臺17，其中，離子源1，用于提供離子團(tuán)束；離子團(tuán)束打印頭2，與離子源1固定連接，位于離子源1的下方，且固定安裝在XYZ三軸移動平臺12上，其用于引出離子團(tuán)束、調(diào)節(jié)以及聚焦離子團(tuán)束；XYZ三軸移動平臺12，用于承載離子團(tuán)束打印頭2，帶動離子團(tuán)束打印頭2沿X軸、Y軸和Z軸移動；載物平臺17，用于承載工件；其中，所述離子團(tuán)束打印頭2沿離子團(tuán)束的前進(jìn)方向依次包括從離子源1引出離子團(tuán)束的牽引電極11、對離子團(tuán)束加速的一級靜電透鏡13、限制離子團(tuán)束直徑大小的限束光闌14、調(diào)整離子團(tuán)束位置以減少像散、實現(xiàn)離子團(tuán)束消隱的多級磁偏轉(zhuǎn)裝置15和聚焦得到所需孔徑的離子團(tuán)束的二級靜電透鏡16。所述XYZ三軸移動平臺12包括X軸電機(jī)4、Y軸電機(jī)5、Z軸電機(jī)6以及相應(yīng)的滑軌3，以便于離子團(tuán)束打印頭2沿X軸、Y軸和Z軸移動；所述X軸電機(jī)4、Y軸電機(jī)5和Z軸電機(jī)6均為直線電機(jī)，以適合離子團(tuán)束打印頭2的高速直線運(yùn)動。X軸電機(jī)4、Y軸電機(jī)5、Z軸電機(jī)6分別用于帶動離子團(tuán)束打印頭2沿X軸、Y軸和Z軸移動，以實現(xiàn)3D打印。所述XYZ三軸移動平臺12上安裝有夾具7，離子團(tuán)束打印頭2安裝在夾具7上，在XYZ三軸移動平臺12的X軸電機(jī)4、Y軸電機(jī)5和Z軸電機(jī)6 的驅(qū)動下，離子團(tuán)束打印頭2可以隨夾具7實現(xiàn)三維運(yùn)動。離子源1位于離子團(tuán)束打印頭2上面，工件8固定在載物平臺17上。優(yōu)選地，所述離子源1由引弧裝置9和電弧離子蒸發(fā)源10組成，以便于快速產(chǎn)生離子團(tuán)束。另外，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的離子團(tuán)束3D打印裝置實現(xiàn)3D打印的方法，包括以下步驟：(1)由牽引電極11從離子源1引出離子團(tuán)束；(2)離子團(tuán)束經(jīng)過一級靜電透鏡13，一級靜電透鏡13對離子團(tuán)束進(jìn)行加速；(3)離子團(tuán)束通過限束光闌14，限束光闌14將離子團(tuán)束限制為所需孔徑大小的離子團(tuán)束；(4)離子團(tuán)束經(jīng)過多級磁偏轉(zhuǎn)裝置15，多級磁偏轉(zhuǎn)裝置15對離子團(tuán)束進(jìn)行調(diào)整以減少像散并根據(jù)需要對離子團(tuán)束實現(xiàn)消隱；(5)離子團(tuán)束經(jīng)過二級靜電透鏡16，二級靜電透鏡16將離子團(tuán)束聚焦得到所需孔徑的離子團(tuán)束；(6)離子團(tuán)束打印頭2在XYZ三軸移動平臺12的驅(qū)動下對載物平臺17上的工件8實現(xiàn)3D打印加工。本發(fā)明采用將離子團(tuán)束引入3D打印加工，可完成形狀復(fù)雜的三維離子團(tuán)束注入加工，具有低污染、精度高、效率高以及可選用加工材料廣泛等優(yōu)勢。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。