[發明專利]金屬微滴軌道控向三維打印成形裝置及方法

有效

• 申請號: 201310713252.4
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103691951A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 羅俊;齊樂華;鐘宋義;張代聰;楊方
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種金屬微滴三維打印成形裝置，特別涉及一種金屬微滴軌道控向三維打印成形裝置。還涉及采用該裝置的金屬微滴軌道控向三維打印成形方法。

背景技術

基于均勻金屬微滴噴射的增材制造技術是借鑒噴墨打印原理，通過控制微小金屬熔滴的噴射及層層打印，以實現金屬零件成形的技術。該技術相比其他使用高能束的增材制造技術，具有無需昂貴的大功率高能量源和特殊的原材料、設備成本和運行成本低廉、成形過程中無污染物、廢棄物產生等突出優勢，有望用于復雜金屬件的快速、低成本增材制造，具有極大的工業應用潛力。

文獻“Zeng?Xiang-hui,Qi?Lehua,Huang?Hua,et?al.Experimental?research?of?pneumatic?drop-on-demand?high?temperature?droplet?deposition?for?rapid?prototyping.Key?Engineering?Materials,2010,419-420:405-408.”公開了一種基于均勻金屬微滴噴射的增材制造技術，在該技術中金屬原材料在坩堝內熔化為金屬液體后，在脈沖壓力的作用下，通過坩堝底部微小噴孔噴出并形成金屬微滴，經協調金屬微滴的噴射過程及基板移動軌跡，實現微滴在基板或已凝固的金屬材料上定位及層層堆積，最終實現金屬零件打印成形。該技術中金屬微滴噴頭工作溫度較高，通常是固定不動，主要是通過移動三維基板以控制熔滴堆積路徑，進而成形出金屬制件。

現有基于均勻金屬微滴噴射的增材制造技術存在如下不足：金屬微滴飛行方向垂直向下，與三維運動基板配合，無法實現具有大傾斜角度的復雜形狀成形。現有技術中，金屬微滴飛行方向不變，主要依靠移動三維運動平臺以控制微滴在基板上的定位與逐層堆積，通常能夠成形出垂直于或略傾斜于基板的結構。當制件傾斜角度過大時，垂直堆積的熔滴易出現飛濺、滾落等現象，難以成形出具有曲面、懸臂以及橫梁等結構的三微復雜金屬制件。

發明內容

為了克服現有基于均勻金屬微滴噴射的增材制造方法難以成形三微結構復雜金屬制件的不足，本發明提供一種金屬微滴軌道控向三維打印成形裝置。該裝置包括金屬微滴噴射裝置和噴嘴，金屬微滴噴射裝置通過噴嘴噴出微滴，還包括導向塊、導軌、連接軸、彈簧、固定軸、固定塊、吸合器、浮動塊、導向連桿、旋轉輪、步進電機和角度標尺組成的微滴軌道控向裝置，微滴軌道控向裝置通過固定軸連接到金屬微滴噴射裝置上。吸合器工作時，浮動塊與固定塊合并，金屬微滴直接噴射到其下的導向塊上的導軌中，并在其中轉變前進的方向。導向塊通過導向連桿在旋轉輪、步進電機的帶動下旋轉夾角α進行堆積。基于金屬微滴軌道控向三維打印成形裝置的成形方法，可根據制件成形的需要，由導軌控制金屬微滴飛行及堆積的方向，從而成形曲面、懸臂梁、大角度傾斜面等現有微滴噴射打印裝置難以成形的復雜三維金屬結構。

本發明還提供采用該裝置的金屬微滴軌道控向三維打印成形方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種金屬微滴軌道控向三維打印成形裝置，包括金屬微滴噴射裝置1和噴嘴2，金屬微滴噴射裝置1通過噴嘴2噴出微滴3，其特點是：還包括導向塊4、導軌5、連接軸6、彈簧7、固定軸8、固定塊9、吸合器10、浮動塊11、導向連桿12、旋轉輪13、步進電機14和角度標尺15組成的微滴軌道控向裝置，微滴軌道控向裝置通過固定軸8連接到金屬微滴噴射裝置1上。微滴軌道控向裝置上的浮動塊11通過連接軸6與固定塊9連接，彈簧7與連接軸6同軸。浮動塊11下連接導向塊4和角度標尺15；導向塊4上有導軌5。導向塊4通過導向連桿12與旋轉輪13連接，旋轉輪13與步進電機14的軸連接。吸合器10工作時，浮動塊11與固定塊9合并，金屬微滴3直接噴射到其下的導向塊4上的導軌5中，并在其中轉變前進的方向。導向塊4通過導向連桿12在旋轉輪13、步進電機14的帶動下旋轉，其旋轉后與水平方向的夾角α由角度標尺15顯示，夾角α正比于步進電機14轉過的角度ω。當吸合器10不工作時，浮動塊11由彈簧7推動與固定塊9分離，此時金屬微滴3直接進行堆積。

所述導軌5的材料是陶瓷。

一種采用上述裝置的金屬微滴軌道控向三維打印成形方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一，吸合器10不工作時，浮動塊11由彈簧7推動與固定塊9分離，此時金屬微滴3直接打印到基板上。

步驟二，進行可控定向堆積時，吸合器10工作，浮動塊11與固定塊9合并，金屬微滴3噴射在其下的導向塊4上的導軌5中，其前進方向順著導軌5改變。