[發明專利]一種基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置及成型方法

在審

• 申請號: 201710454756.7
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN109128175A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 賈和平;劉浩;曹明
• 申請（專利權）人: 江蘇九鈺機械有限公司
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置。包括打印噴頭、可升降的主軸，X和Y方向的導軌/滑臺，水平軸支架，垂直支架、打印基臺和卡盤。其的主要創新在于：(1)垂直支架安裝在水平支架的中部，支架上安裝有立式伺服電機，伺服電機軸(C軸)上安裝打印基臺或者卡盤。(2)水平支架的兩側由立式支柱支撐。水平支架與立式支架通過軸承連接，一端與臥式伺服電機軸固連(A軸)。電機軸與X軸平行。臥式伺服電機及水平支架安裝在X向滑臺上。(3)采用本裝置打印工件時需要將零件劃分為主體部和支件部，首先打印主體部，冷卻后將其取下。然后將打印基臺換成卡盤，將主體部在卡盤上裝夾，從而以主體部為基臺打印工件的各支件部。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，尤其涉及基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置和成型方法。

技術背景

基于熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的3D打印技術是3D打印領域的傳統打印技術之一，因其采用熔融狀態的打印材料逐層堆積成型的原理簡單而且易于實現而受到廣大設備開發者和用戶的歡迎.可以適用的打印原材料從成本低廉的塑料管到貴重的金屬絲分布廣泛。特別是在金屬3D打印領域，與金屬粉末燒結結束技術(selectinglaser melting，SLM)相比，基于融焊法的3D打印使用的金屬絲原材料容易制作，原材料耗費少，是一種非常具有發展前景的3D打印技術。不過，傳統的基于熔融沉積成型的打印工藝是兩軸半的打印工藝，即X軸和Y軸聯動，豎直軸Z做階段性進給。這種成型裝置和工藝在打印復雜工件時需要添加大量的工件以外的支撐.采用金屬原材料進行3D打印時，去除支撐不僅耗費大量工時而且影響工件質量。意識到這一缺陷，目前已經有裝置把噴頭連接在多自由度機械臂上，讓被打印工件作二自由度轉動。這種裝置和成型方法的缺陷是：當噴頭與豎直軸Z不平行時，液態打印材料容易流動進而影響工件質量.當打印工件較大時，打印基臺的運動容易導致工件在基臺上的滑移和脫落.

發明內容

針對現有裝置和打印方法存在的問題，本發明提供一種基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置和成型工藝，解決了現有基于熔融沉積成型的打印設備存在的問題，打印具有設備成本低，打印精度高和打印效率高的特點.

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置，包括打印噴頭、可升降的主軸(Z軸)，X方向的導軌和滑臺、Y方向的導軌和滑臺，水平軸支架，垂直支架，打印基臺，伺服電機(5個)，電機數字控制器(5個)，線圈預熱感應器(2個)。

在本裝置中，打印噴頭安裝在可以垂直升降的主軸(Z軸)上，也就是說，打印噴頭具有唯一垂直方向的自由度，從而確保噴頭噴出的熔融狀態的打印材料不會因為重力作用發生流動或滑移。噴頭與Z方向的運動機構的連接方式是：在Z向立柱上安裝有金屬絲杠，絲杠上套有Z向絲母，Z向絲母與升降臺固定連接，升降臺與Z向立柱滑動接觸配合。Z向立柱頂端帶有Z向伺服電機，電機軸與絲杠固連，電機運動帶動絲杠旋轉，從而使得升降臺運動。打印噴頭安裝在升降臺上。

對于熔融物的支撐，本發明通過繞Z軸和X軸旋轉工件確保當前的噴頭的運動軌跡與已經成型的下層部分在同一個垂直面上。本裝置相關部件的具體連接方案如下：垂直支架分為上下兩個部分，分別與水平支架中部固連。上下部分與水平支架對稱的位置具有軸承座，在水平支架以下的部分安裝立式伺服電機。立式伺服電機采用加長軸，加長軸在軸承座的位置與垂直支架通過軸承連接。

電機軸遠離電機的一端通過螺栓連接設置金屬安裝板，安裝板可以通過螺栓連接打印基臺，也可以安裝卡盤。卡盤和基臺根據需要進行裝卸。于是立式電機的旋轉就可以帶動工件繞Z軸選轉。

水平支架的兩側由立式支柱支撐。水平支架與立式支架通過軸承連接，確保水平支架轉動。其一端與臥式伺服電機軸固連(A軸)。電機軸與X軸平行。電機轉動就可以帶動水平支架繞X軸轉動。