3d金屬打印的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種3D金屬打印機。集陶瓷熔化爐和液態(tài)金屬噴射器為一體的打印頭是本3D打印機的關鍵技術：打印頭為耐高溫的陶瓷或石墨材料，外層安裝水冷電渦流線圈，熔化爐中充入惰性氣體保護液態(tài)金屬，噴射器為往復式柱塞泵。水冷電渦流線圈通以高頻電流，可根據(jù)材料類型、模型要求、加工速度等因素由高頻控制器調節(jié)加熱功率。惰性氣體保護熔化的金屬同時保持一定壓力，便于液態(tài)金屬的流動，同時停機時借助氣體清除柱塞泵和熔化爐中的金屬殘渣。打印頭除了用于3D打印機，也可以用于金屬材料的壓鑄成型、注射成型等設備。
【專利說明】3D金屬打印機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及三維打印機和數(shù)控加工領域，特別涉及一種3D金屬打印機。
【背景技術】
[0002]3D打印，又稱三維打印，是快速成形技術的一種，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過一層又一層的多層打印方式，構造零件。該技術用于模具制造、工業(yè)設計甚至產(chǎn)品制造，一些高價值應用(如髖關節(jié)或牙齒、飛機零部件)己經(jīng)有打印而成的零部件出現(xiàn)。
[0003]最普遍的3D打印技術是SLS、FDM和SLA。其中SLS和FDM是利用融化或軟化原材料來生產(chǎn)層疊物。3D打印技術可以使用很多種材料，如ABS塑料、PLA、尼龍、玻璃填充聚胺、光固化材料、銀、鈦、鋼、蠟、干膜和聚碳酸酯。FDM為熔融擠出成型技術，材料通過加熱器在噴頭內(nèi)被加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將半流動狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑擠出并沉積在指定的位置凝固成形，并與周圍的材料粘結，層層堆積成型。SLS是選擇性激光燒結技術，將粉末狀金屬預鋪在工作臺上，激光頭沿著零件截面輪廓運動，逐層熔化金屬粉末，堆積結晶為固態(tài)零件結構。SLA技術則是液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在掃描偏轉鏡作用下按照截面軌跡在樹脂上掃描，光束照射到的地方樹脂就固化得到三維實體模型。
[0004]FDM和SLA只能用于非金屬模型的制造，SLS是通過金屬粉末完成金屬構件制造，這樣的金屬粉末一般是特定的金屬或合金，并不適合所有類型的金屬，而且SLS技術存在粉塵污染和材料浪費，使用也麻煩。本專利描述的3D金屬打印機可適用于任何金屬，其利用電渦流熔化金屬然后通過陶瓷噴射泵將液態(tài)金屬擠出在零件截面軌跡上，不必預先鋪設粉末，省掉了粉末鋪設和回收設備，減少了污染和浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決3D打印機只能通過特定金屬粉末而不能利用所有金屬制造模型的缺陷，提供了一種3D金屬打印機。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案:
[0007]集陶瓷熔化爐和液態(tài)金屬噴射器為一體的打印頭是本3D打印機的關鍵技術:
[0008]打印頭為耐高溫的陶瓷或石墨材料，外層安裝水冷電渦流線圈，熔化爐中充入惰性氣體保護液態(tài)金屬，噴射器為往復式柱塞泵。電渦流線圈通以高頻電流，可根據(jù)材料類型、模型要求、加工速度等因素由高頻控制器調節(jié)加熱功率。柱塞泵塞的往復運動頻率隨工作臺的XYZ方向速度按照非線性函數(shù)進行調節(jié)，柱塞泵上的電渦流加熱線圈依據(jù)停機、開機、加工速度等因素開啟或關閉。惰性氣體保護熔化的金屬同時保持一定壓力，便于液態(tài)金屬的流動，同時停機時借助氣體清除柱塞泵和熔化爐中的金屬殘渣。
[0009]板材結構型冷卻工作臺:工作臺通過輕質金屬板材以及冷卻水管焊接而成,冷卻速度根據(jù)金屬結晶要求調節(jié)。
[0010]打印頭固定不動，工作臺采用商業(yè)化的XYZ三軸控制器和電機伺服器控制運動。[0011]上述部件要求保護結構，尺寸和功率等按照打印機型號具體設計。
[0012]打印頭除了用于3D打印機，也可以用于金屬材料的壓鑄成型、注射成型等設備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的立體結構圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的
[0015]其中，1、打印金屬線盤；2、進入熔化爐的金屬線數(shù)量控制器；3、熔化后打印的金屬線；4、通向熔化爐的惰性氣體；5、柱塞開啟、閉合兩位置電磁控制閥；6、惰性氣體恒壓保持筒；7、陶瓷噴射柱塞；8、噴射柱塞振蕩控制器；9、工作臺XYZ軸運動控制器和伺服系統(tǒng)；
10、打印工作臺；11、陶瓷噴射泵；12、噴射泵水冷電渦流加熱線圈；13、柱塞下端上限位置；14、柱塞下端下限位置；15、柱塞閉合位置；16、噴射泵噴嘴；17、熔化爐蓋；18、金屬熔化陶瓷爐；19、熔化爐加熱的水冷電渦流線圈；20、金屬熔化爐的陶瓷基座；23、液態(tài)金屬導孔；24、工作臺水冷卻管；25、工作臺X軸導軌；26、工作臺Y軸導軌；27、工作臺Z軸導軌；28、冷卻水機組；29、高頻加熱控制器；30、送料電機控制器；31、步進送料電機；32、液態(tài)金屬液位和溫度傳感器；33、惰性保護氣體陶瓷導入管；34、熔化爐陶瓷密封蓋；35、水冷高頻線圈；36、陶瓷金屬熔化爐體；37、熔化爐陶瓷外罩；38、液態(tài)金屬輸送管；39、工作臺冷卻接頭；40、噴射泵冷卻接頭；41、熔化爐冷卻接頭；42、振蕩控制器；43、往復振蕩器；44、噴射泵陶瓷密封環(huán)；45、陶瓷噴射泵塞；46、陶瓷噴射泵體；47、噴射泵陶瓷外罩；48、連接熔化爐和噴射泵的陶瓷螺栓。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不作為本發(fā)明的限定:
[0017]實施例:如圖1和圖2所示的一種3D金屬打印機。
[0018]集陶瓷熔化爐和液態(tài)金屬噴射器為一體的打印頭是本3D打印機的關鍵技術:
[0019]打印頭為耐高溫的陶瓷或石墨材料，外層安裝水冷電渦流線圈19，熔化爐中充入惰性氣體保護液態(tài)金屬，噴射器為往復式柱塞泵。水冷電渦流線圈通以高頻電流，可根據(jù)材料類型、模型要求、加工速度等因素由高頻控制器調節(jié)加熱功率。柱塞泵塞的往復運動頻率隨工作臺的XYZ方向速度按照非線性函數(shù)進行調節(jié)，柱塞泵上的電渦流加熱線圈依據(jù)停機、開機、加工速度等因素開啟或關閉。惰性氣體保護熔化的金屬同時保持一定壓力，便于液態(tài)金屬的流動，同時停機時借助氣體清除柱塞泵和熔化爐中的金屬殘渣。
[0020]所述陶瓷噴射泵柱塞7停機時，位于最下端閉合，防止金屬液體滲出；工作時，包裹在外層的水準電渦流線圈通電加熱，惰性氣體進入，同時，由振蕩控制器調節(jié)振動，其頻率與工作臺的X、Y向速度呈正比。
[0021]所述金屬熔化陶瓷爐18內(nèi)腔為圓柱外殼或圓柱型。
[0022]所述陶瓷噴射泵塞45下端帶溫度傳感器。
[0023]板材結構型冷卻工作臺:工作臺通過輕質金屬板材以及冷卻水管焊接而成,冷卻速度根據(jù)金屬結晶要求調節(jié)。
[0024]打印頭固定不動，工作臺采用商業(yè)化的XYZ三軸控制器和電機伺服器控制運動。
[0025]上述部件要求保護結構，尺寸和功率等按照打印機型號具體設計。[0026]打印頭除了用于3D打印機，也可以用于金屬材料的壓鑄成型、注射成型等設備。
【權利要求】
1.3D金屬打印機，包括打印金屬線盤(I)、進入熔化爐的金屬線數(shù)量控制器(2)、熔化后打印的金屬線(3)、通向熔化爐的惰性氣體(4)、柱塞開啟閉合兩位置電磁控制閥(5)、惰性氣體恒壓保持筒(6)、陶瓷噴射柱塞(7)、噴射柱塞振蕩控制器(8)、工作臺XYZ軸運動控制器和伺服系統(tǒng)(9)、打印工作臺(10)、陶瓷噴射泵(11)、噴射泵水冷電渦流加熱線圈(12)、柱塞下端上限位置(13)、柱塞下端下限位置(14)、柱塞閉合位置(15)、噴射泵噴嘴(16)、熔化爐蓋(17)、金屬熔化陶瓷爐(18)、熔化爐加熱的水冷電渦流線圈(19)、金屬熔化爐的陶瓷基座(20)、液態(tài)金屬導孔(23)、工作臺水冷卻管(24)、工作臺X軸導軌(25)、工作臺Y軸導軌(26)、工作臺Z軸導軌(27)、冷卻水機組(28)、高頻加熱控制器(29)、送料電機控制器(30)、步進送料電機(31)、液態(tài)金屬液位和溫度傳感器(32)、惰性保護氣體陶瓷導入管(33)、熔化爐陶瓷密封蓋(34)、水冷高頻線圈(35)、陶瓷金屬熔化爐體(36)、熔化爐陶瓷外罩(37)、液態(tài)金屬輸送管(38)、工作臺冷卻接頭(39)、噴射泵冷卻接頭(40)、熔化爐冷卻接頭(41)、振蕩控制器(42)、往復振蕩器(43)、噴射泵陶瓷密封環(huán)(44)、陶瓷噴射泵塞（45）陶瓷噴射泵體(46)、噴射泵陶瓷外罩(47)、連接熔化爐和噴射泵的陶瓷螺栓(48);集陶瓷熔化爐和液態(tài)金屬噴射器為一體的打印頭是本3D打印機的關鍵技術；其特征在于:打印頭為耐高溫的陶瓷或石墨材料，外層安裝水冷電渦流線圈(19)，熔化爐中充入惰性氣體保護液態(tài)金屬，噴射器為往復式柱塞泵。水冷電渦流線圈通以高頻電流，可根據(jù)材料類型模型要求加工速度等因素由高頻控制器調節(jié)加熱功率。柱塞泵塞的往復運動頻率隨工作臺的XYZ方向速度按照非線性函數(shù)進行調節(jié)，柱塞泵上的電渦流加熱線圈依據(jù)停機開機加工速度等因素開啟或關閉。惰性氣體保護熔化的金屬同時保持一定壓力，便于液態(tài)金屬的流動，同時停機時借助氣體清除柱塞泵和熔化爐中的金屬殘渣。
2.根據(jù)權利要求1所述的3D金屬打印機，其特征在于:所述陶瓷噴射泵柱塞(7)停機時，位于最下端閉合，防止金屬液體滲出；工作時，包裹在外層的水準電渦流線圈通電加熱，惰性氣體進入，同時，由振蕩控制器調節(jié)振動，其頻率與工作臺的XY向速度呈正比。
3.根據(jù)權利要求1所述的3D金屬打印機，其特征在于:所述金屬熔化陶瓷爐(18)內(nèi)腔為圓柱外殼或圓柱型。
4.根據(jù)權利要求1所述的3D金屬打印機，其特征在于:所述陶瓷噴射泵塞(45)下端帶溫度傳感器。
【文檔編號】B22F3/115GK103551572SQ201310524226
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王璐瑤 申請人:王璐瑤