本實(shí)用新型涉及金屬三維打印領(lǐng)域，尤其涉及一種熔融沉積成型的金屬三維打印機(jī)及其打印方法。

背景技術(shù)：

3D打印機(jī)又稱(chēng)三維打印機(jī)，是一種利用快速成型技術(shù)的機(jī)器，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采用成型材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造三維的實(shí)體。在打印前，需要利用計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)3D打印機(jī)逐層打印。3D打印機(jī)在產(chǎn)品制造業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本相同，由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材（即成型材料）和介質(zhì)等組成，打印原理也基本類(lèi)似。

現(xiàn)有的一種常用打印方式是熔融沉積成型(FDM)，其是通過(guò)在水平移動(dòng)的打印頭擠出加熱熔融后的成型材料，并在成型座逐層疊堆形成三維模型。另外一種打印方式是激光燒結(jié)(SLM)，其利用粉末激光燒結(jié)成型，基本原理是用粉末鋪設(shè)一層后用激光燒結(jié)，然后再用粉末鋪設(shè)一層，再激光燒結(jié)一次，循環(huán)打印出三維立體實(shí)物。

然而上述兩種打印方法都存在一定的局限性，如需要大功率的激光頭或者高溫熔化，才能夠?qū)崿F(xiàn)金屬打印，這就需要三維打印設(shè)備非常專(zhuān)業(yè)的保護(hù)，而且能源消耗較多，成本非常高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述的背景技術(shù)，本實(shí)用新型的目的是提供一種采用熔融沉積成型方式實(shí)現(xiàn)快速多種金屬材料三維打印成型的金屬三維打印機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型提供一種熔融沉積成型的金屬三維打印機(jī)，金屬三維打印機(jī)包括打印頭組件、成型座、移動(dòng)組件和耗材供給組件，移動(dòng)組件用于移動(dòng)打印頭組件，耗材供給組件用于驅(qū)動(dòng)第一成型材料和第二成型材料輸送到打印頭組件中，第一成型材料和第二成型材料中的至少一個(gè)包括金屬材料和粘結(jié)劑，打印頭組件用于在成型座上擠出第一成型材料和/或第二成型材料。

由上述方案可見(jiàn)，通過(guò)耗材供給組件和打印頭組件分別打印具有不同金屬材料的成型材料，同時(shí)采用打印頭擠出成像的原理，利用FDM的成型方式進(jìn)行三維打印，其成型效率高成本低，繼而能夠?qū)崿F(xiàn)多金屬材料的三維模型打印, 其能夠形成具有新金屬性能的三維模型。

更進(jìn)一步的方案是，金屬打印機(jī)還包括連接在耗材供給組件和打印頭組件之間的引導(dǎo)裝置，引導(dǎo)裝置設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，第一成型材料輸入至第一輸入端，第二成型材料輸入至第二輸入端，輸出端與打印頭組件連接，第一輸入端和輸出端之間連通設(shè)置有第一通道，第二輸入端和輸出端之間連通設(shè)置有第二通道。

更進(jìn)一步的方案是，打印頭組件包括第一打印頭和第二打印頭，第一打印頭用于擠出第一成型材料，第二打印頭用于擠出第二成型材料。

由上可見(jiàn)，通過(guò)引導(dǎo)裝置的設(shè)置或多打印頭的設(shè)置，繼而實(shí)現(xiàn)多種成型材料的擠出，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。

更進(jìn)一步的方案是，第一成型材料包括第一金屬材料和第一粘結(jié)劑，第二成型材料包括第二金屬材料和第二粘結(jié)劑，第一金屬材料為鋅基合金，第二金屬材料為鋁基合金或不銹鋼合金。

由上可見(jiàn)，鋅基合金和鋁基合金的熔點(diǎn)相接近，其兩金屬材料融合打印后能夠形成金屬性能良好的金屬三維模型，而鋅基合金的熔點(diǎn)小于不銹鋼合金的熔點(diǎn)，故不銹鋼合金可以作為支撐部位進(jìn)行打印，燒結(jié)后可簡(jiǎn)易去除。

更進(jìn)一步的方案是，第一成型材料包括第一金屬材料和第一粘結(jié)劑，第二成型材料為支撐材料，第一金屬材料為鋅基合金，支撐材料為樹(shù)脂或聚乳酸。

由上可見(jiàn)，利用支撐材料作為支撐部位打印，在高溫?zé)Y(jié)后，支撐材料將會(huì)氣化排出，清潔和清除多余部位工作量減少，繼而實(shí)現(xiàn)更全面的金屬三維打印功能。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型金屬三維打印機(jī)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實(shí)用新型金屬三維打印機(jī)第一實(shí)施例線中材輪、耗材供給組件和引導(dǎo)裝置的連接示意圖。

圖3是是本實(shí)用新型金屬三維打印機(jī)的打印方法第一實(shí)施例的原理示意圖。

圖4是本實(shí)用新型金屬三維打印機(jī)第二實(shí)施例中引導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是是本實(shí)用新型金屬三維打印機(jī)的打印方法第二實(shí)施例的原理示意圖。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

金屬三維打印機(jī)第一實(shí)施例：

參照?qǐng)D1，三維打印機(jī)1包括殼體11，殼體11圍成用于三維成像的空腔，在該空腔內(nèi)安裝有X軸移動(dòng)電機(jī)121、Y軸移動(dòng)電機(jī)122和Z軸移動(dòng)電機(jī)(未標(biāo)示)，X軸移動(dòng)電機(jī)121、Y軸移動(dòng)電機(jī)122和Z軸移動(dòng)電機(jī)構(gòu)成本實(shí)施例的移動(dòng)組件，Z軸移動(dòng)電機(jī)安裝在空腔的底部，在Z軸移動(dòng)電機(jī)上連接有螺桿，在空腔的底壁還安裝有導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿上安裝有Z軸移動(dòng)支架131，在該Z軸移動(dòng)支架131上設(shè)置有成型座132，由于Z軸移動(dòng)支架131與螺桿螺紋嚙合，所以當(dāng)Z軸移動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，將帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，繼而使得成型座132在Z軸移動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在Z軸方向上移動(dòng)。

成型座包括加熱板、鋼板和玻璃板，鋼板設(shè)置在加熱板上，鋼板上的外緣設(shè)置有加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋圍成凹槽，玻璃板設(shè)置在凹槽中，玻璃板朝向打印頭的端面和凹槽的底壁之間的距離大于或等于加強(qiáng)筋朝向打印頭的端面和凹槽的底壁之間的距離，鋼板上設(shè)置有彈性抵接在加強(qiáng)筋朝內(nèi)的端面與玻璃板側(cè)壁之間的固定件。由于金屬打印機(jī)的溫度較高，故成型座需要加熱設(shè)置處理，有利于防止模型翹起。

Y軸移動(dòng)電機(jī)122安裝在空腔的側(cè)壁上，在側(cè)壁上固定設(shè)置有導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿上設(shè)置有Y軸移動(dòng)支架，Y軸移動(dòng)電機(jī)通過(guò)皮帶與Y軸移動(dòng)支架連接，當(dāng)Y軸移動(dòng)電機(jī)122轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將通過(guò)皮帶帶動(dòng)Y軸移動(dòng)支架沿著導(dǎo)桿滑動(dòng)，即Y軸移動(dòng)支架在Y軸移動(dòng)電機(jī)122的驅(qū)動(dòng)下在Y軸方向上移動(dòng)。

在Y軸移動(dòng)支架上安裝有X軸移動(dòng)電機(jī)121和兩根導(dǎo)桿，兩根導(dǎo)桿分別設(shè)置在X軸移動(dòng)電機(jī)121的兩側(cè)，在兩根導(dǎo)桿上設(shè)置有打印頭組件14、耗材供給組件和引導(dǎo)裝置2。當(dāng)X軸移動(dòng)電機(jī)121轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將通過(guò)皮帶帶動(dòng)打印頭組件14沿著導(dǎo)桿滑動(dòng)，即打印頭組件14在X軸移動(dòng)電機(jī)121的驅(qū)動(dòng)下在X軸方向上移動(dòng)。X軸移動(dòng)電機(jī)121、Y軸移動(dòng)電機(jī)122和Z軸移動(dòng)電機(jī)組成了本實(shí)施例的移動(dòng)電機(jī)組件。

參照?qǐng)D2，殼體11在空腔的背側(cè)上設(shè)置有線材輪161和線材輪162，線材輪161上卷繞有絲狀的成型材料151，線材輪162上卷繞有絲狀的成型材料152，在本實(shí)施例中，成型材料151和成型材料152均包括金屬材料和粘結(jié)劑，且成型材料151的熔點(diǎn)低于成型材料152的沸點(diǎn)，這樣使得成型材料151和成型材料152的熔點(diǎn)相接近，在加熱至熔融狀態(tài)下，其內(nèi)含的金屬材料能夠相互融合，不會(huì)發(fā)生一種金屬材料加熱至沸點(diǎn)繼而氣化，或不會(huì)發(fā)生一種金屬材料處于熔融狀態(tài)另外一種金屬材料仍然處于固態(tài)，導(dǎo)致金屬材料無(wú)法融合。

耗材供給組件、引導(dǎo)裝置2和打印頭組件14均安裝在X軸上的兩根導(dǎo)桿上并一體地沿該X軸導(dǎo)桿和Y軸導(dǎo)桿所形成的平面上移動(dòng)。耗材供給組件包括電機(jī)171和電機(jī)172，由于電機(jī)171和電機(jī)172結(jié)構(gòu)相同，所以下面以電機(jī)171為例進(jìn)行說(shuō)明。電機(jī)171包括驅(qū)動(dòng)輪181和從動(dòng)輪191，驅(qū)動(dòng)輪181之間從動(dòng)輪191夾持有絲狀的成型材料151，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪181逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可將絲狀的成型材料151自上而下地移動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪182順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可將絲狀的成型材料151自下而上地移動(dòng)。同理，在電機(jī)172的驅(qū)動(dòng)輪的逆時(shí)針或順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可將絲狀的成型材料152往上或往下地輸送。經(jīng)過(guò)耗材供給組件驅(qū)動(dòng)絲狀的成型材料151和絲狀的成型材料152后，可將絲狀的成型材料151和絲狀的成型材料152輸入到引導(dǎo)裝置2。

參照?qǐng)D3并結(jié)合圖2，引導(dǎo)裝置2連接在耗材供給組件和打印頭組件14之間的，引導(dǎo)裝置2包括殼體21，在殼體21的上端部設(shè)置有輸入端23和輸入端24，在殼體21的下端部設(shè)置有輸出端215。在輸入端23和輸出端215之間連通地開(kāi)設(shè)有通道213，在輸入端23和輸出端215之間連通地開(kāi)設(shè)有通道214，通道213和通道214均為第一殼體21和第二殼體22在中部分別開(kāi)設(shè)的圓槽所圍成。通道213和通道214在其各自的下端部相互連通地設(shè)置，使得通道213和通道214呈Y型樹(shù)杈狀地分布。在通道213和通道214靠近上端部的位置上分別安裝有位置檢測(cè)裝置(未表示)，位置檢測(cè)裝置可采用激光檢測(cè)等常用的位置檢測(cè)器，通過(guò)位置檢測(cè)裝置可對(duì)成型材料的位置進(jìn)行檢測(cè)，并將位置檢測(cè)的結(jié)果反饋至三維打印機(jī)中。

打印頭組件14包括噴嘴142和加熱器141，加熱器141套在噴嘴142外，加熱器141可對(duì)噴嘴142內(nèi)的成型材料進(jìn)行加熱并使成型材料加熱至熔融狀態(tài)，具體溫度大致在150-200攝氏度，其能夠?qū)⒄辰Y(jié)劑加熱至熔融狀態(tài)。打印頭組件的輸入端與輸出端215連通設(shè)置。

金屬三維打印機(jī)的打印方法第一實(shí)施例：

應(yīng)用上述金屬三維打印機(jī)第一實(shí)施例，即成型材料151和成型材料152均包括金屬材料和粘結(jié)劑，且成型材料151的熔點(diǎn)低于成型材料152的沸點(diǎn)，以及成型材料151和成型材料152的熔點(diǎn)相接近。

打印頭組件14在成型座上擠出成型材料151和成型材料152的步驟包括：

首先，耗材供給組件驅(qū)動(dòng)成型材料151進(jìn)入至引導(dǎo)裝置并驅(qū)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)至打印頭組件14中，繼而加熱，然后打印頭組件14在成型座上擠出一層成型材料151，

隨后，成型座下降預(yù)設(shè)距離后，打印頭組件14在成型材料151上擠出一層成型材料152。繼而實(shí)現(xiàn)不同層采用不同金屬材料進(jìn)行三維模型打印。

打印完畢后，從成型座取出，將進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，兩種金屬材料相互熔融混合，形成具有新的金屬性能的金屬三維模型。

將兩種金屬材料相互融合打印，還可以先在打印頭內(nèi)進(jìn)行混合，具體為，成型材料151和成型材料152在打印頭組件內(nèi)混合后形成混合成型材料，在一并從打印頭擠出繼而形成混合金屬三維打印。

金屬三維打印機(jī)的打印方法第二實(shí)施例：

在打印方法第一實(shí)施例的應(yīng)用基礎(chǔ)上，參照?qǐng)D3，在打印一層模型時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際模型設(shè)計(jì)隨時(shí)切換打印的成型材料，即一層模型同時(shí)采用成型材料151和成型材料152進(jìn)行打印。

上述打印方法第一實(shí)施例和第二實(shí)施例，其優(yōu)選的金屬材料為，成型材料151的金屬材料為鋅基合金，鋅基合金的熔點(diǎn)在450-480攝氏度，成型材料152的金屬材料為鋁基合金，鋅基合金的熔點(diǎn)溫度在580-650攝氏度。

金屬三維打印機(jī)的打印方法第三實(shí)施例：

又或者只采用一種成型材料，即打印頭組件14在成型座上打印一種成型材料并使其成三維模型。

金屬三維打印機(jī)的打印方法第四實(shí)施例：

應(yīng)用上述金屬三維打印機(jī)第一實(shí)施例，并對(duì)成型材料的性質(zhì)做出調(diào)整，具體為，成型材料151和成型材料152均包括金屬材料和粘結(jié)劑，且成型材料151的熔點(diǎn)高于成型材料152的沸點(diǎn)。其優(yōu)選的金屬材料為，成型材料152的金屬材料為鋅基合金，鋅基合金的熔點(diǎn)在450-480攝氏度，成型材料151的金屬材料為不銹鋼合金，不銹鋼合金的熔點(diǎn)溫度在1200-1300攝氏度。

打印頭組件14在成型座上擠出成型材料151和成型材料152的步驟包括：

在需要打印一些需要支撐結(jié)構(gòu)的三維模型時(shí)，首先先進(jìn)行支撐部位的打印，耗材供給組件驅(qū)動(dòng)成型材料151進(jìn)入至引導(dǎo)裝置并驅(qū)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)至打印頭組件14中，繼而加熱，然后打印頭組件14在成型座上擠出成型材料151，將成型材料151作為支撐部位，來(lái)支撐成型材料152的打印。

隨后執(zhí)行實(shí)體部位的打印，成型座下降預(yù)設(shè)距離后，打印頭組件14在成型材料151上擠出成型材料152，繼而實(shí)現(xiàn)支撐部位和實(shí)體部位的配合打印。

打印完畢后，從成型座取出，將進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，由于實(shí)體部位是成型材料152，故加熱至成型材料152熔融溫度即可，而成型材料151由于溫度低還處于未固化或還處于粉末狀態(tài)，所以清理和去除成型材料151是較為容易的。

金屬三維打印機(jī)的打印方法第五實(shí)施例：

上述實(shí)施例的成型材料均含有金屬材料，本實(shí)施例采用的方案是，成型材料151包括金屬材料和粘結(jié)劑，金屬材料可采用鋅基合金，成型材料152為支撐材料，支撐材料可采用ABS樹(shù)脂或PLA聚乳酸，成型材料151的熔點(diǎn)高于所述成型材料152的熔點(diǎn)。

打印頭組件14在成型座上擠出成型材料151和成型材料152的步驟包括：

在需要打印一些需要支撐結(jié)構(gòu)的三維模型時(shí)，首先先進(jìn)行支撐部位的打印，耗材供給組件驅(qū)動(dòng)成型材料152進(jìn)入至引導(dǎo)裝置并驅(qū)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)至打印頭組件14中，繼而加熱，然后打印頭組件14在成型座上擠出成型材料152，將成型材料152作為支撐部位，來(lái)支撐成型材料151的打印。

隨后執(zhí)行實(shí)體部位的打印，成型座下降預(yù)設(shè)距離后，打印頭組件14在成型材料152上擠出成型材料151，繼而實(shí)現(xiàn)支撐部位和實(shí)體部位的配合打印。

打印完畢后，從成型座取出，將進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，由于實(shí)體部位是成型材料151，故需加熱至成型材料151熔融溫度，而為ABS樹(shù)脂或PLA聚乳酸的支撐材料將會(huì)氣化排出，所以清理和去除成型材料152是較為容易的。

金屬三維打印機(jī)的打印方法第六實(shí)施例：

除了不同金屬材料的混合打印外，還可以采用金屬材料與非金屬材料之間的混合打印，具體為，第一成型材料包括第一金屬材料和第一粘結(jié)劑，第二成型材料采用非金屬材料，如可采用陶瓷墨水，其用于色彩的成像，或者可采用永磁材料、陶瓷粉末或稀土粉末等，用于改良金屬特性。

金屬三維打印機(jī)第二實(shí)施例：

參照?qǐng)D4，圖4是引導(dǎo)裝置3從輸入端口朝向輸出端口視角下的結(jié)構(gòu)圖。引導(dǎo)裝置3在上端部設(shè)置有五個(gè)輸入端口31，引導(dǎo)裝置3在下端部設(shè)置有輸出端口32，其中四個(gè)輸入端口31分布在靠外側(cè)，另外一個(gè)輸入端口31設(shè)置在中部，每一個(gè)輸入端口31和輸出端口32之間連通地開(kāi)設(shè)有通道33，多個(gè)通道33在其各自的下端部相互連通地設(shè)置，使得通道33呈立體樹(shù)杈狀地分布在引導(dǎo)裝置3中，再通過(guò)耗材供給組件設(shè)置多個(gè)電機(jī)，多個(gè)電機(jī)分別輸送成型材料進(jìn)入引導(dǎo)裝置中，利用引導(dǎo)裝置3是同樣可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。

金屬三維打印機(jī)第三實(shí)施例：

參照?qǐng)D5，本實(shí)施例的打印頭組件可采用多打印設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多材料三維成像，具體為，打印頭組件包括打印頭41和第二打印頭42，打印頭41用于擠出所述成型材料151，打印頭42用于擠出成型材料152，在本實(shí)施例中可采用耗材供給組件直接將成型材料輸入至打印頭中，并應(yīng)用上述打印方法實(shí)施例，便可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。

由上可見(jiàn)，通過(guò)耗材供給組件和打印頭組件分別打印具有不同金屬材料的成型材料，同時(shí)采用打印頭擠出成像的原理，利用FDM的成型方式進(jìn)行三維打印，其成型效率高成本低，繼而能夠?qū)崿F(xiàn)多金屬材料的三維模型打印, 其能夠形成具有新金屬性能的三維模型。