[發明專利]一種3D打印噴頭

在審

• 申請號: 201710301282.2
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107199338A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 肖勇;毛永靈;李姍;宋志鵬;傅華強
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B29C64/307;B29C64/118;B33Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 劉秋芳

技術領域

本發明涉及一種打印噴頭，尤其涉及一種3D打印噴頭。

背景技術

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術在工業、醫療等領域有廣泛的應用，目前，鈦合金大型主承力關鍵構件已通過3D打印技術制造出來，醫學上3D打印技術已打印出毛細血管、脊柱等并在臨床上得到應用。常用的3D打印技術包括塑料3D打印和金屬材料3D打印，熔融沉積成形(FDM)技術的工作原理是熱塑性絲狀材料由供絲機構送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態后擠壓出，并噴涂在相應的工作平臺上。噴涂熱塑性材料快速冷卻后在平臺上形成一層厚度約0.1mm的輪廓薄片，形成了一個3D打印截面。將這個作業過程不斷循環，承載工作臺高度隨之不斷降低，一層層的熔覆3D打印截面形成多層堆疊，最終獲得所需的三維實物。金屬激光熔融沉積成形技術(LDMD)以激光束為熱源，通過自動送粉或送絲裝置將金屬粉末或絲材同步、精確的送入激光在成形表面上所形成熔池中。隨著激光斑點的移動，金屬材料不斷地送入熔池中熔化然后凝固，最終得到所需要的形狀。

然而工業應用對3D打印金屬零件質量要求較高，采用激光、電子束為熱源的3D打印金屬構件，是將金屬粉末或金屬絲熔融后按設定的路徑一層層堆焊疊加，最終形成目標零件，其本質是焊接，所以3D打印金屬零件內部必然存在氣孔、裂紋、夾雜、未熔合等焊接缺陷，同時金屬零件存在組織晶粒粗大，層與層之間結合不牢，打印出來的產品機械強度不高等缺點。同時傳統的金屬材料3D打印過程無法在大氣環境下進行，在打印過程中熔融態金屬極易被空氣中的氧氣氧化，在金屬表面快速形成一層極薄的氧化膜阻礙上層金屬與下層金屬之間的有效連接，因此必須在真空環境或保護氣氛環境下進行，大大增加了設備的成本和操作難度。

超聲波在液相中傳播時會形成空化效應，能為液相反應提供特殊的物理化學環境，在材料結晶過程中作用超聲波可以細化晶粒，調整組織結構，增強組織性能，同時，在釬焊過程中加載超聲波，空化效應形成的空化氣泡還可以擊碎材料表面的氧化膜，促進焊接過程發生。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種提高層與層之間的結合強度的3D打印噴頭。。

本發明所采用的技術方案為：一種3D打印噴頭，其特征在于：包括超聲換能器、超聲變幅桿、超聲焊桿，所述超聲換能器與超聲變幅桿相連，所述超聲焊桿與超聲變幅桿相連，在超聲焊桿上設有用于輸送打印材料的通孔，所述通孔延伸至超聲焊桿的端部，還配置有將打印材料加熱至熔融狀態的熔融裝置。

按上述技術方案，所述熔融裝置為加熱裝置，其安設在超聲焊桿的下端，在超聲焊桿上設置有熔核腔，所述熔核腔與通孔相連通。

按上述技術方案，所述熔融裝置為激光加熱發射器，所述激光加熱發射器用于將從超聲焊桿通孔端部出來的打印材料加熱至熔融狀態。

按上述技術方案，所述通孔的上端為彎折孔，其上端的入口設在超聲焊桿的一側。

按上述技術方案，還配置有材料輸送裝置，用于輸送打印材料至通孔內。

按上述技術方案，所述材料輸送裝置為送絲器。

按上述技術方案，所述打印材料為為金屬材料或高分子材料。

按上述技術方案，所述加熱裝置為環形的電阻加熱器。

本發明的工作原理：打印材料通過材料輸送裝置送入超聲焊桿的通孔中，打印材料到達通孔底部的加熱區時，經加熱裝置加熱至熔融狀態形成熔核，超聲波發生器將超聲振動傳遞到超聲焊桿中，熔融材料在通孔底部流出與已打印工件表面接觸，超聲焊桿將超聲振動傳遞到熔融態打印材料中，在超聲波的作用下，上層打印材料與下層打印材料連接到一起，3D打印機程序運行完畢時完成整個工件的打印。

本發明所取得的有益效果為：本發明通過超聲波換能器和超聲變幅桿產生和放大超聲波振動，超聲焊桿底部直接與熔融態材料接觸，將超聲振動傳遞到熔融態材料中，打印金屬材料在真空或保護氣氛中打印時，熔融態金屬與已打印工件接觸，上層金屬和下層金屬連接，在超聲震動的環境下，細化組織晶粒，減少了氣孔、裂紋、未熔合等缺陷，改善了組織性能，提高了層與層之間的結合強度，進一步提高了打印質量。

附圖說明

圖1為本發明提供的實施例一的結構圖。

圖2為圖1中加熱裝置與超聲焊桿的橫截面示意圖。

圖3為本發明提供的實施例二的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。