[發(fā)明專利]3D金屬打印機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310524226.7
• 申請(qǐng)日: 2013-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN103551572A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王璐瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王璐瑤
• 主分類號(hào): B22F3/115
• 分類號(hào): B22F3/115
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維打印機(jī)和數(shù)控加工領(lǐng)域，特別涉及一種3D金屬打印機(jī)。

背景技術(shù)

3D打印，又稱三維打印，是快速成形技術(shù)的一種，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過一層又一層的多層打印方式，構(gòu)造零件。該技術(shù)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)甚至產(chǎn)品制造，一些高價(jià)值應(yīng)用(如髖關(guān)節(jié)或牙齒、飛機(jī)零部件)己經(jīng)有打印而成的零部件出現(xiàn)。

最普遍的3D打印技術(shù)是SLS、FDM和SLA。其中SLS和FDM是利用融化或軟化原材料來生產(chǎn)層疊物。3D打印技術(shù)可以使用很多種材料，如ABS塑料、PLA、尼龍、玻璃填充聚胺、光固化材料、銀、鈦、鋼、蠟、干膜和聚碳酸酯。FDM為熔融擠出成型技術(shù)，材料通過加熱器在噴頭內(nèi)被加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將半流動(dòng)狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑擠出并沉積在指定的位置凝固成形，并與周圍的材料粘結(jié)，層層堆積成型。SLS是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，將粉末狀金屬預(yù)鋪在工作臺(tái)上，激光頭沿著零件截面輪廓運(yùn)動(dòng)，逐層熔化金屬粉末，堆積結(jié)晶為固態(tài)零件結(jié)構(gòu)。SLA技術(shù)則是液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在掃描偏轉(zhuǎn)鏡作用下按照截面軌跡在樹脂上掃描，光束照射到的地方樹脂就固化得到三維實(shí)體模型。

FDM和SLA只能用于非金屬模型的制造，SLS是通過金屬粉末完成金屬構(gòu)件制造，這樣的金屬粉末一般是特定的金屬或合金，并不適合所有類型的金屬，而且SLS技術(shù)存在粉塵污染和材料浪費(fèi)，使用也麻煩。本專利描述的3D金屬打印機(jī)可適用于任何金屬，其利用電渦流熔化金屬然后通過陶瓷噴射泵將液態(tài)金屬擠出在零件截面軌跡上，不必預(yù)先鋪設(shè)粉末，省掉了粉末鋪設(shè)和回收設(shè)備，減少了污染和浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決3D打印機(jī)只能通過特定金屬粉末而不能利用所有金屬制造模型的缺陷，提供了一種3D金屬打印機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

集陶瓷熔化爐和液態(tài)金屬噴射器為一體的打印頭是本3D打印機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)：

打印頭為耐高溫的陶瓷或石墨材料，外層安裝水冷電渦流線圈，熔化爐中充入惰性氣體保護(hù)液態(tài)金屬，噴射器為往復(fù)式柱塞泵。電渦流線圈通以高頻電流，可根據(jù)材料類型、模型要求、加工速度等因素由高頻控制器調(diào)節(jié)加熱功率。柱塞泵塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率隨工作臺(tái)的XYZ方向速度按照非線性函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，柱塞泵上的電渦流加熱線圈依據(jù)停機(jī)、開機(jī)、加工速度等因素開啟或關(guān)閉。惰性氣體保護(hù)熔化的金屬同時(shí)保持一定壓力，便于液態(tài)金屬的流動(dòng)，同時(shí)停機(jī)時(shí)借助氣體清除柱塞泵和熔化爐中的金屬殘?jiān)?/p>

板材結(jié)構(gòu)型冷卻工作臺(tái)：工作臺(tái)通過輕質(zhì)金屬板材以及冷卻水管焊接而成，冷卻速度根據(jù)金屬結(jié)晶要求調(diào)節(jié)。

打印頭固定不動(dòng)，工作臺(tái)采用商業(yè)化的XYZ三軸控制器和電機(jī)伺服器控制運(yùn)動(dòng)。

上述部件要求保護(hù)結(jié)構(gòu)，尺寸和功率等按照打印機(jī)型號(hào)具體設(shè)計(jì)。

打印頭除了用于3D打印機(jī)，也可以用于金屬材料的壓鑄成型、注射成型等設(shè)備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的

其中，1、打印金屬線盤；2、進(jìn)入熔化爐的金屬線數(shù)量控制器；3、熔化后打印的金屬線；4、通向熔化爐的惰性氣體；5、柱塞開啟、閉合兩位置電磁控制閥；6、惰性氣體恒壓保持筒；7、陶瓷噴射柱塞；8、噴射柱塞振蕩控制器；9、工作臺(tái)XYZ軸運(yùn)動(dòng)控制器和伺服系統(tǒng)；10、打印工作臺(tái)；11、陶瓷噴射泵；12、噴射泵水冷電渦流加熱線圈；13、柱塞下端上限位置；14、柱塞下端下限位置；15、柱塞閉合位置；16、噴射泵噴嘴；17、熔化爐蓋；18、金屬熔化陶瓷爐；19、熔化爐加熱的水冷電渦流線圈；20、金屬熔化爐的陶瓷基座；23、液態(tài)金屬導(dǎo)孔；24、工作臺(tái)水冷卻管；25、工作臺(tái)X軸導(dǎo)軌；26、工作臺(tái)Y軸導(dǎo)軌；27、工作臺(tái)Z軸導(dǎo)軌；28、冷卻水機(jī)組；29、高頻加熱控制器；30、送料電機(jī)控制器；31、步進(jìn)送料電機(jī)；32、液態(tài)金屬液位和溫度傳感器；33、惰性保護(hù)氣體陶瓷導(dǎo)入管；34、熔化爐陶瓷密封蓋；35、水冷高頻線圈；36、陶瓷金屬熔化爐體；37、熔化爐陶瓷外罩；38、液態(tài)金屬輸送管；39、工作臺(tái)冷卻接頭；40、噴射泵冷卻接頭；41、熔化爐冷卻接頭；42、振蕩控制器；43、往復(fù)振蕩器；44、噴射泵陶瓷密封環(huán)；45、陶瓷噴射泵塞；46、陶瓷噴射泵體；47、噴射泵陶瓷外罩；48、連接熔化爐和噴射泵的陶瓷螺栓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不作為本發(fā)明的限定：

實(shí)施例：如圖1和圖2所示的一種3D金屬打印機(jī)。