一種制造金屬制品的設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種制造金屬制品的設(shè)備和系統(tǒng)，該設(shè)備包括：3D打印裝置、注漿裝置、成型熔化裝置、金屬熔化裝置、金屬液注入裝置、移動定位機構(gòu)和液體量檢測器，先將要制造的金屬制品模型用易熔材料打印出來，形成易熔材料陽模，與此同時在易熔材料陽模外圍打印易熔材料陰模；在易熔材料陽模和易熔材料陰模之間的空腔內(nèi)注入耐高溫材料料漿；使耐高溫材料料漿干燥成型同時易熔材料熔化后，形成耐高溫材料陰模；在耐高溫材料陰模中注入熔化的金屬液，金屬液冷卻后形成金屬制品的模型。采用本實用新型設(shè)備實現(xiàn)了任意形狀金屬制品的生產(chǎn)自動化，生產(chǎn)精度高，生產(chǎn)和設(shè)備成本低。
【專利說明】 一種制造金屬制品的設(shè)備和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種制造金屬制品的設(shè)備和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)制造領(lǐng)域現(xiàn)在多采用3D激光打印技術(shù)。用3D激光打印金屬，多采用粉末狀金屬，通過高功率激光/電子束燒結(jié)堆積，逐層打印的方式來構(gòu)造物體。這種方式存在如下缺陷:
[0003]I)由于采用逐層打印的方式，打印速度慢；
[0004]2)金屬粉末在燒結(jié)過程中存在微觀孔隙，填充率低，打印出來的制品密度低、強度差，有損金屬產(chǎn)品的機械性能；
[0005]3)金屬在燒結(jié)成型過程中容易氧化；
[0006]4)打印機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。
[0007]這些嚴重影響了金屬3D打印生產(chǎn)技術(shù)的運用和普及。
實用新型內(nèi)容
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的是提供一種全新的制造金屬制品的設(shè)備和系統(tǒng)。本實用新型完全摒棄了傳統(tǒng)的金屬粉末燒結(jié)-逐層打印技術(shù)，制品強度高，成本低。
[0009]本實用新型提供的金屬制品的制造設(shè)備，該設(shè)備用于先將要制造的金屬制品模型用易熔材料打印出來，形成易熔材料陽模，與此同時在易熔材料陽模外圍打印易熔材料陰模；在易熔材料陽模和易熔材料陰模之間的空腔內(nèi)注入耐高溫材料料漿；使耐高溫材料料漿干燥成型同時易熔材料熔化后，形成耐高溫材料陰模；在耐高溫材料陰模中注入熔化的金屬液，金屬液冷卻后形成金屬制品的模型。該制造設(shè)備包括機架I和用于打印易熔材料模型的3D打印裝置，所述3D打印裝置包括升降平臺3，升降平臺3能夠上下移動定位，該制造設(shè)備還包括:
[0010]注漿裝置，用于將耐高溫材料料漿注入易熔材料陽模和易熔材料陽模之間的空腔；
[0011]成型熔化裝置，用于使耐高溫材料料漿干燥成型同時使易熔材料熔化；
[0012]金屬熔化裝置，用于熔化金屬；
[0013]金屬液注入裝置，用于將熔化的金屬液注入耐高溫材料陰模；
[0014]移動定位機構(gòu)，用于將耐高溫材料料漿或熔化的金屬液的出口分別與所述易熔材料陰模或耐高溫材料陰模的開口定位，以便準(zhǔn)確注入相應(yīng)位置；和
[0015]液體量檢測器，用于檢測注入的耐高溫材料料漿和熔化的金屬液的量；
[0016]易熔材料模型、耐高溫材料模型和金屬制品模型均在升降平臺3上形成。
[0017]本實用新型采用了與傳統(tǒng)的金屬粉末燒結(jié)-逐層打印完全不同的思路，先生產(chǎn)出易熔材料模型，再生成耐高溫材料陰模，將易熔材料熔掉，最后在耐高溫材料陰模中注入金屬液，除掉耐高溫材料陰模即可。具體來說本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0018]I)采用本實用新型設(shè)備和方法實現(xiàn)了任意形狀金屬制品的自動化生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率高，該設(shè)備仍可以打印塑料等易熔材料制品；
[0019]2)采用移動定位機構(gòu)和液體量檢測器，生產(chǎn)精度高；
[0020]3)采用金屬熔化注入的方式，不易被氧化，填充率高，打印出來的制品強度不受影響；
[0021]4)可以使用常見金屬材料，不需要制成金屬粉末，生產(chǎn)成本低，同時不需要價格高昂的激光燒結(jié)，設(shè)備成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖1為本實用新型一個【具體實施方式】正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖2為圖2背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖3為圖1 Z-Z方向視圖。
[0025]附圖4為本實用新型另一個【具體實施方式】的局部視圖。
[0026]附圖5為步驟I 3D打印的易熔材料模型。
[0027]附圖6為步驟3的耐高溫材料模型。
[0028]附圖7為利用電磁感應(yīng)線圈加熱的優(yōu)選方式。
[0029]圖中:機架1、第一水平移動定位機構(gòu)2、升降平臺3、第二水平移動定位機構(gòu)4、冷卻氣體噴嘴5、儲液罐6、隔熱板7、高溫氣體噴嘴8、出氣口 9、支撐桿10、升降座11、擠壓輸送滾輪12、傳輸管13、電磁感應(yīng)加熱線圈14、絲桿15、豎直導(dǎo)軌16、金屬熔煉爐17、金屬液保溫爐18、金屬液出口 19、耐火平臺20、滑動座41、前后導(dǎo)向桿401、左右固定座402、左右導(dǎo)向桿403、易熔材料陽模A、易熔材料陰模B、耐高溫材料空腔C、注入耐高溫材料的開口 D、金屬液注入口堵塊E、易熔材料出口堵塊F、耐高溫材料模C’、注入金屬的開口 E’、易熔材料熔化流出口 F’。

【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本實用新型制造金屬制品的設(shè)備包括機架I和用于打印易熔材料模型的3D打印裝置，該制造設(shè)備還包括:注漿裝置，用于將耐高溫材料料漿注入易熔材料陽模和易熔材料陽模之間的空腔；成型熔化裝置，用于使耐高溫材料料漿干燥成型同時使易熔材料熔化；金屬熔化裝置，用于熔化金屬；金屬液注入裝置，用于將熔化的金屬液注入耐高溫材料陰模；移動定位機構(gòu)，用于將耐高溫材料料漿或熔化的金屬液的出口分別與所述易熔材料陰模或耐高溫材料陰模的開口定位，以便準(zhǔn)確注入相應(yīng)位置；和液體量檢測器，用于檢測注入的耐高溫材料料漿和熔化的金屬液的量。
[0031]本實用新型可在現(xiàn)有3D打印機基礎(chǔ)上進行改裝實現(xiàn)。3D打印裝置采用升降機構(gòu)和升降平臺3在垂直方向移動定位。升降機構(gòu)包括Z軸移動組件和升降驅(qū)動組件。如圖2，Z軸移動組件包括豎直導(dǎo)軌16和絲桿15。升降驅(qū)動組件為Z軸電機。升降平臺3與設(shè)于機架I上的兩條豎直導(dǎo)軌16滑動連接，升降平臺3與設(shè)于機架I上的絲桿15相連接，絲桿15下端與設(shè)于機架I上的Z軸電機的轉(zhuǎn)軸相連接，用于升降平臺3的升降。
[0032]3D打印裝置通過第一水平移動定位機構(gòu)2在水平方向移動定位。第一水平移動定位機構(gòu)2可采用現(xiàn)有技術(shù)(未在附圖詳細標(biāo)明)，其上設(shè)有滑動座即打印頭，打印頭上設(shè)有易熔材料(如熱塑性塑料或紫外線光固化樹脂)擠出裝置和擠壓電機，擠出裝置與易熔材料儲藏罐連接，擠出裝置設(shè)有噴頭。采用現(xiàn)有的控制方法進行易熔材料的打印。
[0033]注漿裝置包括用于儲存耐高溫材料料漿的儲液罐6和導(dǎo)液管。注漿裝置上設(shè)有液體輸送裝置(包括輸液電機)，盛放耐高溫材料料漿的儲液罐6通過導(dǎo)液管與液體輸送裝置連通，液體輸送裝置下設(shè)出液口。儲液罐6開口可設(shè)有距離傳感器，監(jiān)測儲液罐6內(nèi)剩余液體量。
[0034]成型熔化裝置，例如使用熱風(fēng)槍，產(chǎn)生高溫氣體，在機架I上設(shè)置高溫氣體噴嘴8。
[0035]金屬熔化裝置可以采用多種加熱方式使金屬熔化，如電磁感應(yīng)加熱、等離子加熱等。可以另外設(shè)置惰性氣體保護系統(tǒng)，通入惰性氣體保護，更好的防止金屬氧化。
[0036]作為一個優(yōu)選的實施方式，如圖1，金屬熔化裝置包括電磁感應(yīng)加熱線圈14。金屬液注入裝置包括支撐桿10、升降座11、擠壓輸送滾輪12和傳輸管13 ;支撐桿10固定在機架I上，升降座11能夠沿支撐桿10上下移動，兩個擠壓輸送滾輪12設(shè)置在升降座11上，用于擠壓輸送金屬絲，傳輸管13穿過電磁感應(yīng)加熱線圈14，用于輸送金屬絲和熔化的金屬液。更優(yōu)選的，如圖7所示，在升降平臺3上設(shè)置耐火平臺20，模型放置在耐火平臺20上，注入金屬液時，使模型處于電磁感應(yīng)加熱線圈14中間位置。
[0037]作為另外一個優(yōu)選的實施方式，如圖4，金屬熔化裝置包括金屬熔煉爐17。金屬液注入裝置包括金屬液保溫爐18，其設(shè)金屬液出口 19。熔化的金屬從金屬熔煉爐17流入金屬液保溫爐18，金屬液出口 19處可設(shè)置電磁閥(高溫閥芯)，控制開閉和金屬液流量。
[0038]金屬熔化裝置還可以采用馬弗爐加熱，馬弗爐底部可開啟，供將升降平臺3送入。
[0039]移動定位機構(gòu)可以直接設(shè)置在升降平臺3上，使升降平臺3不僅能夠沿豎直方向的Z軸移動定位，而且能夠沿水平方向的X軸和Y軸方向移動定位。
[0040]移動定位機構(gòu)還可以分開設(shè)置。例如，通過升降平臺3在垂直方向移動定位，通過設(shè)置第二水平移動定位機構(gòu)4使得注漿裝置的出液口能夠沿水平方向更精確、更自由的移動定位。如圖1和3，此時，注漿裝置的出液口在滑動座41上，滑動座41設(shè)置在第二水平移動定位機構(gòu)4上，第二水平移動定位機構(gòu)4包括X軸移動組件、Y軸移動組件及水平驅(qū)動組件。
[0041]第二水平移動定位機構(gòu)4可以與第一水平移動定位機構(gòu)2采用相同結(jié)構(gòu)。下面以一個優(yōu)選實施例進行詳細的說明。X軸移動組件包括前后導(dǎo)向桿401和傳動鏈條。Y軸移動組件包括左右導(dǎo)向桿403、左右固定座402和左右傳動帶。水平驅(qū)動組件包括X軸電機和Y軸電機。
[0042]通過皮帶和鏈條傳動可帶動固定座402橫向及縱向移動,左右傳動帶上分別設(shè)有左右固定座402，固定座402與設(shè)于機架I上的縱向延伸的左右導(dǎo)向桿403滑動連接，左、右固定座402之間設(shè)有前后導(dǎo)向桿401和傳動鏈條，滑動座41與前后導(dǎo)向桿401滑動連接。第二水平移動定位機構(gòu)4上設(shè)有X軸電機和Y軸電機，驅(qū)動滑動座41在前后導(dǎo)向桿401和左右導(dǎo)向桿403上沿X軸和Y軸移動。
[0043]移動定位機構(gòu)(包括各電機)、液體量檢測器(如距離傳感器)和電磁閥分別與控制單元連接?？刂茊卧糜?控制3D打印裝置進行3D打?。豢刂埔苿佣ㄎ粰C構(gòu)，使相應(yīng)部件在水平和/或垂直方向移動及定位；接收液體量檢測器的信號，當(dāng)液體量達到預(yù)定值時，控制注漿裝置或金屬液注入裝置由開啟狀態(tài)進入關(guān)閉狀態(tài)，以便定量注入耐高溫材料料漿或熔化的金屬液。
[0044]采用本實用新型制造金屬制品，易熔材料模型、耐高溫材料模型和金屬制品模型均在升降平臺3上形成，包括如下步驟:
[0045]步驟1，3D打印裝置使用易熔材料將易熔材料陽模A和易熔材料陰模B打印出來，易熔材料陽模A與所要制造的金屬制品的模型相同；易熔材料陰模B為任意形狀，其將易熔材料陽模A包圍在內(nèi)，并在易熔材料陽模A和易熔材料陰模B之間留下空腔C，空腔C任一處的厚度均不為O ;在易熔材料陰模B上留出開口、在空腔C內(nèi)設(shè)堵塊，作為后序注入耐高溫材料的開口、注入金屬液的開口和易熔材料熔化流出口 ；
[0046]以打印一個金屬球為例，如圖5所示，易熔材料陽模A與此球相同，易熔材料陰模B采用正方體形狀；在易熔材料陰模B頂部留開口 D貫通空腔C用于注入耐高溫材料；在空腔C頂部設(shè)一空心管狀堵塊E用于之后注入金屬液，意即開一與開口 D相同的開口，用空心管狀堵塊E堵上，使堵塊E與易熔材料陽模A相交，以便后序隔離耐高溫材料料漿形成開口E’ ；在空腔C底部設(shè)一實心堵塊F用于后序易熔材料熔化流出；(堵塊E和F用易熔材料打印);
[0047]步驟2，移動定位機構(gòu)調(diào)整注漿裝置的耐高溫材料料漿出口和注入耐高溫材料的開口(開口 D)相對位置，注漿裝置將耐高溫材料料漿從開口注入，并恰好填滿空腔C ；
[0048]步驟3，移動定位機構(gòu)調(diào)整模型和成型熔化裝置相對位置，通過成型熔化裝置加熱使耐高溫材料料漿干燥成型，易熔材料熔化從易熔材料熔化流出口流出，留下耐高溫材料陰模C’ ；
[0049]如圖6所示，此時堵塊E和堵塊F都熔化，留下開口 E’和F’，開口 E’用于注入金屬液，將開口 F’用一防漏堵塊堵上,防止后序金屬液漏出；
[0050]步驟4，金屬熔化裝置將金屬熔化，移動定位機構(gòu)調(diào)整金屬液出口和注入金屬液的開口 E’相對位置，金屬液注入裝置將熔化的金屬液從注入金屬液的開口注入，并恰好填滿耐高溫材料陰模C’的內(nèi)部空腔；
[0051]步驟5，將金屬液冷卻成型后，采用物理或化學(xué)方法除去耐高溫材料陰模C’，得金屬制品的模型。
[0052]如果要制造球體等易滾動的金屬制品，可以在步驟3將金屬制品固定在升降平臺3上，或者采用在步驟I易熔材料陽模A下面、易熔材料陰模B中形成一水平空腔，注入耐高溫材料并成型后，生成一平底，就不會在平臺上滾落。
[0053]所述耐高溫材料熔點 > 金屬熔點 > 易熔材料熔點,耐高溫材料和易熔材料均可選用現(xiàn)有的材料，例如耐高溫材料可以采用石膏等，易熔材料可以采用塑料等。
【權(quán)利要求】
1.一種制造金屬制品的設(shè)備，該設(shè)備包括機架(I)和用于打印易熔材料模型的3D打印裝置，所述3D打印裝置包括升降平臺(3)，升降平臺(3)能夠上下移動定位，其特征在于該設(shè)備還包括: 注漿裝置，用于將耐高溫材料料漿注入易熔材料陽模和易熔材料陰模之間的空腔； 成型熔化裝置，用于使耐高溫材料料漿干燥成型同時使易熔材料熔化； 金屬熔化裝置，用于熔化金屬； 金屬液注入裝置，用于將熔化的金屬液注入耐高溫材料陰模； 移動定位機構(gòu)，用于將耐高溫材料料漿或熔化的金屬液的出口分別與所述易熔材料陰模或耐高溫材料陰模的開口定位，以便準(zhǔn)確注入相應(yīng)位置；和 液體量檢測器，用于檢測注入的耐高溫材料料漿和熔化的金屬液的量； 易熔材料模型、耐高溫材料模型和金屬制品模型均在升降平臺(3)上形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造金屬制品的設(shè)備，其特征在于所述移動定位機構(gòu)設(shè)置在升降平臺(3)上，使升降平臺(3)不僅能夠沿豎直方向的Z軸移動定位，而且能夠沿水平方向的X軸和Y軸方向移動定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造金屬制品的設(shè)備，其特征在于: 所述注漿裝置包括用于儲存耐高溫材料料漿的儲液罐(6)和導(dǎo)液管，導(dǎo)液管末端設(shè)出液口 ； 所述出液口在滑動座(41)上，滑動座(41)設(shè)置在第二水平移動定位機構(gòu)(4)上，第二水平移動定位機構(gòu)(4)包括X軸移動組件、Y軸移動組件及水平驅(qū)動組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造金屬制品的設(shè)備，其特征在于所述成型熔化裝置產(chǎn)生高溫氣體，在機架(I)上設(shè)置高溫氣體噴嘴(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求f4之一所述的制造金屬制品的設(shè)備，其特征在于: 所述金屬熔化裝置包括電磁感應(yīng)加熱線圈(14)； 所述金屬液注入裝置包括支撐桿(10)、升降座(11)、擠壓輸送滾輪(12)和傳輸管(13)； 支撐桿(10 )固定在機架(I)上，升降座(11)能夠沿支撐桿(10 )上下移動，兩個擠壓輸送滾輪(12)設(shè)置在升降座(11)上，用于擠壓輸送金屬絲，傳輸管(13)穿過電磁感應(yīng)加熱線圈(14)，用于輸送金屬絲和熔化的金屬液。
6.根據(jù)權(quán)利要求f4之一所述的制造金屬制品的設(shè)備，其特征在于: 所述金屬熔化裝置包括金屬熔煉爐(17)； 所述金屬液注入裝置包括金屬液保溫爐(18)，其設(shè)金屬液出口( 19)。
7.一種制造金屬制品的系統(tǒng)，包括權(quán)利要求f 6之一所述的金屬制品的制造設(shè)備和控制單元，所述移動定位機構(gòu)和液體量檢測器與控制單元連接，控制單元用于:控制3D打印裝置進行3D打??；控制移動定位機構(gòu)，使相應(yīng)部件在水平和/或垂直方向移動及定位；接收液體量檢測器的信號，當(dāng)液體量達到預(yù)定值時，控制注漿裝置或金屬液注入裝置由開啟狀態(tài)進入關(guān)閉狀態(tài)，以便定量注入耐高溫材料料漿或熔化的金屬液。
【文檔編號】B22C9/04GK204159819SQ201420582733
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】陳鋒 申請人:陳鋒