一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法，其包括三維數(shù)控平臺，三維數(shù)控平臺上設(shè)置有承載平臺，其中，所述承載平臺上方設(shè)置有成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉，成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉上均設(shè)置有擠出機(jī)構(gòu)，擠出機(jī)構(gòu)包括出料管路，出料管路與擠出管路相連接，出料管路與擠出管路之間設(shè)置有能轉(zhuǎn)動的螺桿，螺桿與一伺服電機(jī)相連接；以及利用成型裝置的成型方法。實(shí)現(xiàn)了非加熱工藝的錫快速成型，目前的錫快速成型技術(shù)都需要激光等熱加工，本發(fā)明不需要熱加工；快速成型所需環(huán)境溫度在零下21°到零上93度之間，成型速度較快，是目前激光選擇性燒結(jié)成型技術(shù)的5倍，其造價僅是選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)的大約10%。
【專利說明】一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成型領(lǐng)域，尤其涉及一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法。

【背景技術(shù)】
[0002]錫快速成形技術(shù)(Rapid Prototyping,簡稱RP)是由CAD模型直接驅(qū)動的快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體的技術(shù)總稱。首先設(shè)計出所需零件的計算機(jī)三維模型(數(shù)字模型、CAD模型)，然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向?qū)⑵浒匆欢ê穸冗M(jìn)行離散(通常稱為分層)，把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；再根據(jù)每個層片的輪廓信息，輸入加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；最后由成形機(jī)成形一系列層片，這些層片在不斷在Z方向累積，得到一個三維空間物理實(shí)體。
[0003]錫材料的快速成型，主要有兩種方法，一種叫做SLS選擇性激光燒結(jié)，該法采用激光器作能源，使用的造型材料為各種金屬粉未材料。在工作臺上均勻鋪上一層很薄的(100 μ -200 μ)粉未，激光束在計算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉未，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。另外一種叫做多層激光熔覆(DED:Direct Metal Deposit1n),相當(dāng)于多層激光熔覆，利用激光或其它能源在材料從噴嘴輸出時同步熔化材料，凝固后形成實(shí)體層，逐層疊加最終形成三維實(shí)體零件。DED的成型精度較低，但是成型空間不受限制，因而常用于制作大型金屬零件的毛坯。以上兩種快速成型方法都需要激光或其他熱源將金屬熔化，加工過程復(fù)雜，設(shè)備造價昂貴。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種用于錫成型的快速成型裝置，其包括三維數(shù)控平臺，三維數(shù)控平臺上設(shè)置有承載平臺，其中，所述承載平臺上方設(shè)置有成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉，成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉上均設(shè)置有擠出機(jī)構(gòu)，擠出機(jī)構(gòu)包括出料管路，出料管路與擠出管路相連接，出料管路與擠出管路之間設(shè)置有能轉(zhuǎn)動的螺桿，螺桿與一伺服電機(jī)相連接。
[0007]所述的快速成型裝置，其中，成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉相同，成型材料擠出倉包括一物料倉，物料倉下方設(shè)置有錐形倉，錐形倉與出料管路相連接。
[0008]所述的快速成型裝置，其中，出料管路直徑大于擠出管路直徑，出料管路直徑為
0.35 mm-0.65mm,擠出管路直徑為 0.07 mm -0.12mm。
[0009]所述的快速成型裝置，其中，螺桿每個脈沖的轉(zhuǎn)動角度為0.0031°，伺服電機(jī)的脈沖頻率為180Hz-220Hz。
[0010]一種使用所述快速成型裝置的成型方法，其包括以下步驟:
A、將常溫下具有定型的β錫制成厚度不大于12mm的錫板，將錫板置于零下17C°至零下21C°的環(huán)境中,冷凍3小時以上后,將β錫轉(zhuǎn)變成α錫，將α錫的灰錫放入320目篩網(wǎng)過目，過目過程在零下9C°以下進(jìn)行，過目后得到的320目以上α錫的錫粉末，粉末中值粒徑0.001 Imm,粒徑復(fù)合正態(tài)分布；
B、將α錫的錫粉末運(yùn)用逐點(diǎn)累積方法將粉末形成三維結(jié)構(gòu)，在溫度為87-93°的條件下，靜置85分鐘以上，通過三維數(shù)控平臺完成粉末到定型的相變，形成三維實(shí)體，完成成型過程。
[0011]本發(fā)明提供的一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法，實(shí)現(xiàn)了非加熱工藝的錫快速成型，目前的錫快速成型技術(shù)都需要激光等熱加工，本發(fā)明不需要熱加工；快速成型所需環(huán)境溫度在零下21°到零上93度之間，比較容易滿足，成型速度較快，是目前激光選擇性燒結(jié)成型技術(shù)的5倍，本發(fā)明成型裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價僅是選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)的大約 10% ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明中快速成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中快速成型裝置俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明中擠出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明中成型材料擠出倉的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明中成型材料的切面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明中成型材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明中成型材料擠出點(diǎn)的排列結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提供了一種用于錫成型的快速成型裝置及成型方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明提供了一種用于錫成型的快速成型裝置，如圖1、圖2、圖3與圖4所示的，其包括三維數(shù)控平臺1，三維數(shù)控平臺I上設(shè)置有承載平臺2，所述承載平臺2上方設(shè)置有成型材料擠出倉3與支撐材料擠出倉4，成型材料擠出倉3與支撐材料擠出倉4上均設(shè)置有擠出機(jī)構(gòu)5，擠出機(jī)構(gòu)5包括出料管路6，出料管路6與擠出管路7相連接，出料管路6與擠出管路7之間設(shè)置有能轉(zhuǎn)動的螺桿8，螺桿8與一伺服電機(jī)9相連接。
[0015]三維數(shù)控平臺I可以在XYZ三個方向移動，移動速度和位移受計算機(jī)控制，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)手段。成型材料擠出倉3的擠出機(jī)構(gòu)5用于擠出成型材料錫金屬粉末，支撐材料擠出倉4的擠出機(jī)構(gòu)5用于擠出支撐模型的其他粉末。伺服電機(jī)9采用脈沖驅(qū)動。出料管路6直徑大于擠出管路7直徑，出料管路6直徑為0.35 mm-0.65mm,擠出管路7直徑為0.07 mm -0.12mm。螺桿8每個脈沖的轉(zhuǎn)動角度為0.0031°，伺服電機(jī)9的脈沖頻率為180Hz-220Hz，成型裝置還包括低溫箱和恒溫箱，低溫箱其溫度范圍在-25C。至_5C°之間，恒溫箱溫度范圍在80° C -100° C。
[0016]三維數(shù)控平臺I由計算機(jī)控制系統(tǒng)，由三維成型軟件掃描處理，一個圓筒體為例，如圖5、圖6與圖7所示的，分層后其二維圖形是一個同心圓筒，按照控制程序，擠出管路7在圓筒的內(nèi)部區(qū)域，擠出成型材料，如圖5所示的，在圓筒12之外的其他區(qū)域13是擠出支撐材料。
[0017]成型材料擠出倉3與支撐材料擠出倉4分別裝有灰錫粉和支撐粉末，料倉底部有擠出管路7。在擠出管路7處依靠螺桿8的旋轉(zhuǎn)將粉末從對應(yīng)擠出倉擠出，粉末擠出量與螺桿8旋轉(zhuǎn)角度成比例。螺桿8與伺服電機(jī)9聯(lián)接，伺服電機(jī)9采用脈沖驅(qū)動，每個脈沖轉(zhuǎn)動
0.0031°，脈沖頻率在180-220HZ區(qū)間?？刂坡輻U8的轉(zhuǎn)角和角速度，可以控粉末制擠出量以及粉末擠出后的形態(tài)。按照上述頻率驅(qū)動時，擠出粉末呈錐形圓臺型，如圖6所示。圓臺底直徑=0.005-0.0065mm，圓臺高=0.002-0.0025mm,側(cè)邊角=20-25。。
[0018]更進(jìn)一步的，如圖4所示的，成型材料擠出倉3與支撐材料擠出倉4相同，成型材料擠出倉3包括一物料倉10，物料倉10下方設(shè)置有錐形倉11，錐形倉11與出料管路6相連接；采用物料倉10與錐形倉11的結(jié)構(gòu)方式可以使物料運(yùn)行更流暢與平穩(wěn)。并且出料管路6直徑大于擠出管路7直徑，出料管路6直徑為0.35 mm-0.65mm,擠出管路7直徑為
0.07 mm -0.12mm。螺桿8每個脈沖的轉(zhuǎn)動角度為0.0031°，伺服電機(jī)9的脈沖頻率為180Hz-220Hz。
[0019]本發(fā)明還提供了一種使用所述快速成型裝置的成型方法，其具體的包括以下步驟:
將常溫下具有定型的β錫制成厚度不大于12mm的錫板，將錫板置于零下17C°至零下21C°的環(huán)境中,冷凍3小時以上后,將β錫轉(zhuǎn)變成α錫，將α錫的灰錫放入320目篩網(wǎng)過目，過目過程在零下9C°以下進(jìn)行，過目后得到的320目以上α錫的錫粉末，粉末中值粒徑0.001 Imm,粒徑復(fù)合正態(tài)分布；
將α錫的錫粉末運(yùn)用逐點(diǎn)累積方法將粉末形成三維結(jié)構(gòu)，在溫度為87-93°的條件下，靜置85分鐘以上，通過三維數(shù)控平臺完成粉末到定型的相變，形成三維實(shí)體，完成成型過程。
[0020]其更具體的是:三維數(shù)控平臺I到達(dá)指定的位置，擠出管路7在指定的位置擠出粉末，如圖7所示的，擠出粉末的點(diǎn)距縱向間距W和橫向間距V在0.003-0.0045mm之間，一般取W與V相等。如圖5所示，在成型模型實(shí)體之外的其他地方，需要加入支撐材料。支撐材料可以是320目以上的石英砂、鋁粉、鐵粉等等。支撐材料擠出原理和成型材料一樣，在需要的位置擠出用于支撐粉末材料。這樣由成型材料和支撐材料逐點(diǎn)擠出形成一層，之后三維數(shù)控平臺I下降一層，層高度在0.03-0.045mm。最后由多個層形成三維結(jié)構(gòu)，三維結(jié)構(gòu)完成后，置入環(huán)境溫度為攝氏87C° -93C°的恒溫箱，靜置超過90分鐘后，粉末狀的α錫已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄潭ㄐ螤畹摩洛a，形成三維實(shí)體。支撐材料沒有發(fā)生相變還是粉末狀態(tài)，絕大部分支撐材料都會很容易和實(shí)體分離，但是邊角縫隙部位可能有些殘留，表面也會粘附薄薄的一層支撐材料粉末，可以用壓縮空氣吹凈。如果希望表面光滑一些，可以采用160目以上的石英砂進(jìn)行表面噴砂處理。
[0021]其具體關(guān)鍵為:利用錫金屬隨溫度改變而發(fā)生相變，將α錫粉末形成β錫定型實(shí)體。在零下17-21°溫度下，將α錫粉末運(yùn)用逐點(diǎn)累積方法將粉末形成三維結(jié)構(gòu)，在溫度為87-93°的條件下，靜置85分鐘以上，完成粉末到定型的相變，形成三維實(shí)體。α錫粉末目數(shù)在320以上，粉末中值粒徑在0.0O11mm，復(fù)合正態(tài)分布。出料管路6直徑在0.35 mm-0.65mm，擠出管路7直徑在0.07 mm -0.12mm，擠出管路7長度在1.10 mm -1.35mm。螺桿8采用脈沖驅(qū)動，每個脈沖轉(zhuǎn)動0.0031°，伺服電機(jī)9的脈沖頻率在180Hz-220Hz區(qū)間。只有通過本發(fā)明特定的工藝，才能實(shí)現(xiàn)非加熱工藝的錫快速成型，目前的錫快速成型技術(shù)都需要激光等熱加工，本發(fā)明不需要熱加工；快速成型所需環(huán)境溫度在零下21°到零上93度之間，比較容易滿足，成型速度較快，是目前激光選擇性燒結(jié)成型技術(shù)的5倍，本發(fā)明成型裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價僅是選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)的大約10%。
[0022] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于錫成型的快速成型裝置，其包括三維數(shù)控平臺，三維數(shù)控平臺上設(shè)置有承載平臺，其特征在于，所述承載平臺上方設(shè)置有成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉，成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉上均設(shè)置有擠出機(jī)構(gòu)，擠出機(jī)構(gòu)包括出料管路，出料管路與擠出管路相連接，出料管路與擠出管路之間設(shè)置有能轉(zhuǎn)動的螺桿，螺桿與一伺服電機(jī)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型裝置，其特征在于，成型材料擠出倉與支撐材料擠出倉相同，成型材料擠出倉包括一物料倉，物料倉下方設(shè)置有錐形倉，錐形倉與出料管路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型裝置，其特征在于，出料管路直徑大于擠出管路直徑，出料管路直徑為0.35 mm-0.65mm，擠出管路直徑為0.07 mm -0.12mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型裝置，其特征在于，螺桿每個脈沖的轉(zhuǎn)動角度為0.0031°，伺服電機(jī)的脈沖頻率為180Hz-220Hz。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述快速成型裝置的成型方法，其包括以下步驟: A、將常溫下具有定型的β錫制成厚度不大于12mm的錫板，將錫板置于零下17C°至零下21C°的環(huán)境中,冷凍3小時以上后,將β錫轉(zhuǎn)變成α錫，將α錫的灰錫放入320目篩網(wǎng)過目，過目過程在零下9C°以下進(jìn)行，過目后得到的320目以上α錫的錫粉末，粉末中值粒徑0.001 Imm,粒徑復(fù)合正態(tài)分布； B、將α錫的錫粉末運(yùn)用逐點(diǎn)累積方法將粉末形成三維結(jié)構(gòu)，在溫度為87-93°的條件下，靜置85分鐘以上，通過三維數(shù)控平臺完成粉末到定型的相變，形成三維實(shí)體，完成成型過程。
【文檔編號】B22F3/20GK104139186SQ201410291562
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】劉慶萍, 任露泉, 王京春, 趙徹, 吳悅, 劉陶然 申請人:吉林大學(xué)