一種金屬3d打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，結(jié)構(gòu)主要包括金屬絲材料盤1，金屬絲材送料機(jī)構(gòu)2，金屬絲材導(dǎo)管3，保溫材料4，高頻感應(yīng)器5，高頻電源，高溫耐火材料束流管6，冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)7，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺，X軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，Y軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，Z軸絲桿軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，密閉容器以及綜合控制系統(tǒng)組成；其特征在于根據(jù)產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺在打印軟件及控制系統(tǒng)驅(qū)動下分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)金屬零部件的3D打印生產(chǎn)，可生產(chǎn)任意三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件，整個金屬3D打印系統(tǒng)設(shè)置在一氣密室內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，可以在保護(hù)氣氛下工作或大氣環(huán)境下工作；本發(fā)明的有益效果是：提供了一種金屬3D打印的設(shè)備技術(shù)，使打印機(jī)構(gòu)造簡化，打印生產(chǎn)成本減低，并使生產(chǎn)出的金屬產(chǎn)品機(jī)械性能大大提高。
【專利說明】一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印機(jī)制造領(lǐng)域的裝備技術(shù)，該打印機(jī)裝備可以以低成本方式生產(chǎn)三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件，是一種極具發(fā)展前景的全新生產(chǎn)制造方式。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]3D打印生產(chǎn)技術(shù)屬于近凈成型增材制造技術(shù)的一種，其原理為由軟件把計算機(jī)設(shè)計的三維零部件實體圖分解成若干層平面切片，通過各種技術(shù)實施方式的3D打印機(jī)打印輸出，生產(chǎn)不同材質(zhì)的所需復(fù)雜零部件；因其柔性化、客制化、快速近凈成型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不同材質(zhì)零部件的俱多優(yōu)點，成為一種極具發(fā)展前景的增材制造技術(shù)，特別在設(shè)計制造一體化整體成型、直接生產(chǎn)高性能復(fù)雜金屬零部件整體模塊方面擁有特殊優(yōu)勢。
[0004]目前類似3D打印近凈成型增材制造制造技術(shù)在全世界得以飛速發(fā)展，已初步商用化的生產(chǎn)方法主要有激光熔融堆積成型法、選擇性激光燒結(jié)法、選擇性電子束燒結(jié)法、低溫?zé)崛诙逊e成型法等。
[0005]3D打印低溫?zé)崛诙逊e成型法工藝技術(shù)是采用低溫?zé)崛诖蛴婎^，將熔融流動態(tài)的熱塑性高分子材料按計算機(jī)設(shè)計的三維產(chǎn)品模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑擠壓沉積在特定位置，熱塑性材料冷卻固化，逐層堆積成型產(chǎn)品。通常的低溫?zé)崛诙逊e成型法3D打印增材成型只能使用PLA或ABS等熱塑性高分子材料生產(chǎn)各種模型產(chǎn)品。
[0006]而金屬采用激光高溫熔融層積法或選擇性激光高溫?zé)Y(jié)法實現(xiàn)3D打印成型。由于金屬熔化或燒結(jié)溫度高，用激光成型法所使用的激光發(fā)生器功率大，一般在200W以上，高功率激光器生產(chǎn)技術(shù)難度大，成本昂貴，大規(guī)模商用投資大，門檻高。所以，開發(fā)一種低成本的3D打印設(shè)備是成為現(xiàn)實3D打印生產(chǎn)金屬零部件產(chǎn)品的必有之路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決當(dāng)前金屬3D打印技術(shù)和設(shè)備，特別是金屬激光燒結(jié)方式和激光熔融堆積方式3D打印機(jī)技術(shù)的上述高成本缺陷，本發(fā)明開發(fā)出一種金屬絲狀原材料熔融擠出束流澆注、三維堆積成型產(chǎn)品的3D打印新方式和設(shè)備。本發(fā)明提供了一種全新金屬3D打印實施技術(shù)路經(jīng)，由此開發(fā)出的金屬打印生產(chǎn)設(shè)備相比具備了構(gòu)造簡化成本減低的優(yōu)勢，此原材料熔融擠出澆注堆積成型產(chǎn)品的技術(shù)實施方式，使打印生產(chǎn)出的金屬產(chǎn)品機(jī)械性能大大提聞。
[0008]本發(fā)明實施的技術(shù)方案是:金屬絲狀原材料在通過由耐高溫材料等組成的打印頭模塊時，打印頭模塊中高頻感應(yīng)器加熱熔化金屬絲材，使金屬絲材變成具有流動性的液態(tài)或半液態(tài)狀從打印頭模塊中擠出，金屬熔融擠出束流速度和脈沖澆注量由設(shè)備控制系統(tǒng)控制金屬絲材輸送速度和脈沖供給量決定，打印頭按計算機(jī)設(shè)計的三維產(chǎn)品模型分層數(shù)據(jù)控制的路徑澆注金屬熔融束流堆積在特定位置，金屬液冷卻凝固，這樣逐層堆積成型生產(chǎn)出各種材質(zhì)的高性能三維結(jié)構(gòu)任意復(fù)雜金屬零部件產(chǎn)品；這種3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)包括:金屬絲料材盤，金屬絲材送料機(jī)構(gòu)，金屬絲材導(dǎo)管，高頻電源，由高頻感應(yīng)器、保溫材料、高溫耐火材料束流管等組成的打印頭模塊，以及產(chǎn)品堆積工作平臺，金屬冷卻凝固系統(tǒng)和設(shè)備運行控制系統(tǒng)等組成；工作平臺主要又包括X軸軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)，Y軸軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)，Z軸絲桿軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)等組成，整個金屬3D打印系統(tǒng)設(shè)置在一氣密室內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，可以在保護(hù)氣氛下或大氣環(huán)境下工作，金屬絲在高頻感應(yīng)下加熱熔化成金屬熔液，金屬絲材送料機(jī)構(gòu)由設(shè)備運行控制系統(tǒng)控制把金屬絲材脈沖式輸入打印頭模塊中的高溫耐火材料束流管，同時不斷擠出金屬熔融束流，澆注冷卻凝固層層堆積在產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺上；根據(jù)產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺在打印軟件及控制系統(tǒng)驅(qū)動下分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)金屬物件的3D打印，可生產(chǎn)任意三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件，本裝置可以采用固定打印頭，由工作平臺分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)物體的3D打印，這種結(jié)構(gòu)形式可以方便的實施三維形狀復(fù)雜的各種小型金屬零部件規(guī)模化生產(chǎn)，尤其適合大型金屬整體構(gòu)件的3D打印生產(chǎn)制造。
[0009]也可以設(shè)計成由高頻感應(yīng)器、保溫材料、高溫耐火材料束流管等組成的打印頭模塊作X、Y軸運動，成型工作平臺作Z軸運動來實現(xiàn)3D打印成型生產(chǎn)產(chǎn)品功能。
[0010]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖做具體的描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明案例打印模塊原理圖 圖2是本發(fā)明案例的結(jié)構(gòu)圖
圖中:1.金屬絲材料盤；2.金屬絲材送料機(jī)構(gòu)；3.金屬絲材導(dǎo)管；4.保溫材料5.高頻感應(yīng)器；6.高溫耐火材料束流管；7.冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)；8.高頻電源；9.產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺；10.X軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)；11.Y軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)；12.Z軸絲桿軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)；13.密閉容器。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]本實施例用于說明該金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的工作原理。
[0014]這種金屬3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括金屬絲材料盤，金屬絲材送料機(jī)構(gòu)，金屬絲材導(dǎo)管，保溫材料，高頻感應(yīng)器，高頻電源，高溫耐火材料束流管，冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺，X軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，Y軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，Z軸絲桿軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，密閉容器以及控制分析系統(tǒng)組成。根據(jù)產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺在打印軟件及控制系統(tǒng)驅(qū)動下分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)金屬零部件的3D打印生產(chǎn)，可生產(chǎn)任意三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件，整個金屬3D打印系統(tǒng)設(shè)置在一氣密室內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，可以在保護(hù)氣氛下工作或大氣環(huán)境下工作。
[0015]金屬絲送料機(jī)構(gòu)2的伺服電機(jī)和輸送齒輪根據(jù)設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖數(shù)據(jù)信號，通過金屬絲材導(dǎo)管3把金屬絲盤I上的打印用金屬絲材原材料送入由保溫材料4，高頻感應(yīng)器5，高溫耐火材料束流管6冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)7等組成的打印頭模塊中(圖2虛線框內(nèi)所述結(jié)構(gòu))，金屬絲材在高溫耐火材料束流管6中被高頻感應(yīng)器5加熱熔化成流動性的液態(tài)或者半液態(tài)狀，又在后續(xù)送入的金屬絲材的擠壓下從高溫耐火材料束流管6中擠出成設(shè)定直徑大小的金屬熔融束流，從打印頭模塊中擠出的金屬熔融束流速度和脈沖擠出澆注量是由設(shè)備控制系統(tǒng)控制絲材輸送速度和脈沖供給量決定的，這樣按照計算機(jī)設(shè)計的產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的路徑，金屬熔融束流澆注冷卻凝固，層層堆積在做三維運動的產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺9上，金屬冷卻凝固速度由冷卻氣體噴嘴7控制；產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺9主要又包括X軸軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)10、Y軸軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)11、Z軸絲桿軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)12等組成，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺9上鋪放耐高溫材料板或設(shè)置水冷或氣體冷卻裝置，防止工作時高溫?fù)p毀，整個金屬3D打印系統(tǒng)設(shè)置在一密閉容器13內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，可以在保護(hù)氣氛下或大氣環(huán)境下工作。
[0016]根據(jù)產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺9在打印軟件及運行控制系統(tǒng)驅(qū)動下分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)金屬物件的3D打印，可生產(chǎn)任意三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件。
[0017]本裝置可以采用固定打印頭模塊(圖2虛線框內(nèi)所述結(jié)構(gòu))，由產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺9分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)物體的3D打印，這種結(jié)構(gòu)形式可以方便的實施三維形狀復(fù)雜的各種小型金屬零部件規(guī)?；a(chǎn)，尤其適合大型復(fù)雜金屬整體構(gòu)件的3D打印生產(chǎn)制造。
[0018]也可以設(shè)計成由保溫材料4，高頻感應(yīng)器5，高溫耐火材料束流管6，冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)7等組成的打印頭模塊(圖2虛線框內(nèi)所述結(jié)構(gòu))作X、Y軸運動，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺9作Z軸運動來實現(xiàn)3D打印成型生產(chǎn)產(chǎn)品功能。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)，根據(jù)產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺在打印軟件及控制系統(tǒng)驅(qū)動下分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)金屬零部件的3D打印生產(chǎn)，可生產(chǎn)任意三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件，整個金屬3D打印系統(tǒng)設(shè)置在一氣密室內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，可以在保護(hù)氣氛下工作或大氣環(huán)境下工作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:結(jié)構(gòu)主要包括金屬絲材料盤，金屬絲材送料機(jī)構(gòu)，金屬絲材導(dǎo)管，保溫材料，高頻感應(yīng)器，高頻電源，高溫耐火材料束流管，冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺，X軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，Y軸軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，Z軸絲桿軌道及驅(qū)動伺服電機(jī)，密閉容器以及控制分析系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:金屬絲送料機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)和輸送齒輪根據(jù)設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖數(shù)據(jù)信號，通過金屬絲材導(dǎo)管把金屬絲盤上的打印用金屬絲材原材料送入由保溫材料，高頻感應(yīng)器，高溫耐火材料束流管，冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)等組成的打印頭模塊中，金屬絲材在高溫耐火材料束流管中被高頻感應(yīng)器加熱熔化成流動性的液態(tài)或者半液態(tài)狀，又在后續(xù)送入的金屬絲材的擠壓下從高溫耐火材料束流管中擠出成設(shè)定直徑大小的金屬熔融束流。
4.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:從打印頭模塊中擠出的金屬熔融束流速度和脈沖擠出澆注量是由設(shè)備控制系統(tǒng)控制絲材輸送速度和脈沖供給量決定的，這樣按照計算機(jī)設(shè)計的產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的路徑，金屬熔融束流澆注冷卻凝固，層層堆積在做三維運動的產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺上，金屬冷卻凝固速度由冷卻氣體噴嘴控制。
5.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺主要又包括X軸軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)、Y軸軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)、Z軸絲桿軌道及其驅(qū)動伺服電機(jī)等組成，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺上鋪放耐高溫材料板或設(shè)置水冷或氣體冷卻裝置，防止工作時高溫?fù)p毀。
6.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:根據(jù)產(chǎn)品三維模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺在打印軟件及運行控制系統(tǒng)驅(qū)動下分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)金屬物件的3D打印，可生產(chǎn)任意三維形狀復(fù)雜的小型金屬零部件和大型金屬整體構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:本裝置可以采用固定打印頭模塊，由產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺分別做X，Y，Z軸的三維運動方式來實現(xiàn)物體的3D打印，這種結(jié)構(gòu)形式可以方便的實施三維形狀復(fù)雜的各種小型金屬零部件規(guī)模化生產(chǎn)，尤其適合大型復(fù)雜金屬整體構(gòu)件的3D打印生產(chǎn)制造。
8.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)設(shè)備，其特征為:也可以設(shè)計成由保溫材料，高頻感應(yīng)器，高溫耐火材料束流管，冷卻氣體噴嘴結(jié)構(gòu)等組成的打印頭模塊作X、Y軸運動，產(chǎn)品構(gòu)建工作平臺作Z軸運動來實現(xiàn)3D打印成型生產(chǎn)產(chǎn)品功能。
【文檔編號】B22F3/115GK103878370SQ201410139817
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】王利民 申請人:王利民