一種金屬熔融快速成型極坐標(biāo)3d打印設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于三維增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬熔融快速成型極坐標(biāo)3D打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)領(lǐng)域里，鑄造是最基本的專業(yè)，為機(jī)械制造業(yè)提供毛坯或半成品，傳統(tǒng)鑄件的生產(chǎn)模式是先制作木模、型芯或蠟?zāi)?精密澆鑄用)，然后造型(砂型)、烘干砂型、刷涂料、澆注、冷卻，然后對(duì)鑄件進(jìn)行清理，去冒口、打磨、噴沙等后續(xù)處理;眾所周知鑄造業(yè)目前存在最大問(wèn)題是:1.工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大;2.工作環(huán)境惡劣:臟亂差、粉塵大(打磨的金屬粉末和造型砂塵粉末)；3.產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量難控制和廢品率高，雖然近些年來(lái)鑄造有了一定的發(fā)展，但受本專業(yè)特殊性的限制及中國(guó)勞動(dòng)力的匱乏，鑄造業(yè)也陷入了艱難的境地。機(jī)械零部件要是能直接打印出來(lái)，不用加工或少加工，這便是未來(lái)工業(yè)4.0革命的目標(biāo)。
[0003]目前快速成型制造技術(shù)發(fā)展比較塊，具體工藝很多，但金屬材料快速成型目前有兩種方法:直接法和間接法。I.間接法選域激光燒結(jié):是將有機(jī)粘結(jié)劑粉末和有金屬粉末按一定比例組成機(jī)械混合物，或有機(jī)粘結(jié)劑覆膜和金屬粉末所得到的物質(zhì)作；由于有機(jī)粘結(jié)劑或有機(jī)粘結(jié)劑覆膜的熔點(diǎn)比金屬低很多，因此在激光掃描時(shí)粘結(jié)劑先熔化，將金屬粉末顆粒粘結(jié)起來(lái)，形成金屬零件的坯體制件。間接法燒結(jié)工藝還需要復(fù)雜的后續(xù)處理工藝才能作為金屬制件，這種方法配料復(fù)雜，工藝操作麻煩，制件易變形，所以僅適應(yīng)小件和少量生產(chǎn)，零件力學(xué)性能(強(qiáng)度)和精度都比較差，尤其是制件成本高。2.直接選域激光燒結(jié)法:采用單一純金屬粉末或由高熔點(diǎn)金屬粉末和低熔點(diǎn)金屬粉末混合而成的粉末作為燒結(jié)用的材料，利用高能量激光燒結(jié)直接獲得金屬零件，直接燒結(jié)法也需要復(fù)雜的后續(xù)處理工藝，所得制件的密度及力學(xué)性能很難滿足零件的功能要求，表面質(zhì)量也差，目前在鈦合金、不銹鋼等特殊材料中進(jìn)行試驗(yàn)者較多。綜上金屬粉末SLS技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域里現(xiàn)在只是開(kāi)始(試驗(yàn)嘗試階段)，燒結(jié)的三維制件普遍存在力學(xué)性能、表面質(zhì)量、密度、精度比較差，還不能作為功能性機(jī)械零部件直接使用，有待于新材料、新工藝和新智能裝備的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]基于此，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種金屬熔融快速成型極坐標(biāo)3D打印設(shè)備，所述打印設(shè)備包括:
[0005]所述打印設(shè)備包括:第一電機(jī)、第一絲杠、橫梁及絲杠螺母、第二電機(jī)、第二絲杠、滑塊和打印頭、輸送管、熔化爐、工作臺(tái)、第三電機(jī)、第三絲杠、第四電機(jī)、搖臂、第五電機(jī)和極坐標(biāo)滑塊；
[0006]所述第一電機(jī)與第一絲杠的一端可操作耦合，第一絲杠的另一端穿過(guò)橫梁及絲杠螺母；
[0007]所述第二電機(jī)與滑塊和打印頭安裝在所述橫梁及絲杠螺母上；
[0008]所述第二絲杠的一端與第二電機(jī)可操作耦合，另一端通過(guò)滑塊和打印頭與橫梁及絲杠螺母可操作耦合；
[0009]所述輸送管一端與熔化爐可操作耦合，另一端與打印頭可操作的耦合；
[0010]所述工作臺(tái)位于滑塊和打印頭的下方，所述工作臺(tái)和第四電機(jī)安裝在極坐標(biāo)滑塊上；
[0011 ]所述第三絲杠穿過(guò)極坐標(biāo)滑塊與第三電機(jī)可操作耦合；
[0012]所述第三電機(jī)安裝在搖臂上；
[0013]所述第五電機(jī)與搖臂可操作耦合。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中金屬熔融快速成型極坐標(biāo)3D打印設(shè)備的示意圖；其中:1.底板;2.立板;3.第一電機(jī);4.第一絲杠;5.橫梁及絲杠螺母;6.第二電機(jī);7.第二絲杠;8.滑塊和打印頭;9.輸送管；10.熔化爐；11工作臺(tái)；12.第四電機(jī)；13.第三絲杠；14.第三電機(jī);15.搖臂；16.第五電機(jī);17.極坐標(biāo)滑塊18.支撐滾輪。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明；
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種金屬熔融快速成型極坐標(biāo)3D打印設(shè)備，所述打印設(shè)備包括:
[0017]所述打印設(shè)備包括:第一電機(jī)、第一絲杠、橫梁及絲杠螺母、第二電機(jī)、第二絲杠、滑塊和打印頭、輸送管、熔化爐、工作臺(tái)、第三電機(jī)、第三絲杠、第四電機(jī)、搖臂、第五電機(jī)和極坐標(biāo)滑塊；
[0018]所述第一電機(jī)與第一絲杠的一端可操作耦合，第一絲杠的另一端穿過(guò)橫梁及絲杠螺母；
[0019]所述第二電機(jī)與滑塊和打印頭安裝在所述橫梁及絲杠螺母上；
[0020]所述第二絲杠的一端與第二電機(jī)可操作耦合，另一端通過(guò)滑塊和打印頭與橫梁及絲杠螺母可操作耦合；
[0021]所述輸送管一端與熔化爐可操作耦合，另一端與打印頭可操作的耦合；
[0022]所述工作臺(tái)位于滑塊和打印頭的下方，所述工作臺(tái)和第四電機(jī)安裝在極坐標(biāo)滑塊上；
[0023]所述第三絲杠穿過(guò)極坐標(biāo)滑塊與第三電機(jī)可操作耦合；
[0024]所述第三電機(jī)安裝在搖臂上；
[0025]所述第五電機(jī)與搖臂可操作耦合。
[0026]本實(shí)施例所述的輸送管用于輸送熔化爐內(nèi)的打印材料，定量栗用于對(duì)打印材料進(jìn)行定量輸出；本實(shí)施例所述的裝置能夠滿足不同金屬材料的打印需求，熔化爐能夠?qū)⒉煌娜廴跔顟B(tài)下的金屬材料進(jìn)行保溫，定量栗根據(jù)打印需求定量的通過(guò)輸送管輸出打印材料，打印頭將打印材料送到待打印處。
[0027]本實(shí)用新型所述的設(shè)備用于鋁及鋁合金的熔融精密成型，在此基礎(chǔ)上也可發(fā)展其它材料的精密鑄造，所述設(shè)備利用極坐標(biāo)3D打印機(jī)作為成型操作平臺(tái)，以熔融狀態(tài)的鋁及鋁合金為耗材，快速創(chuàng)建金屬模型，并且在此基礎(chǔ)上提出鋁及鋁合金熔融快速成型的3D打印技術(shù)。熔融快速成型3D極坐標(biāo)打印機(jī)將是鑄造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的起點(diǎn)，也是未來(lái)工業(yè)的發(fā)展方向。
[0028]本實(shí)用新型熔融快速成型3D打印設(shè)備的實(shí)用新型和問(wèn)世將為實(shí)現(xiàn)鑄造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和開(kāi)啟中國(guó)機(jī)器人及智能裝備2.0增添光輝的一頁(yè)，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)材和節(jié)能環(huán)保的少無(wú)切削加工，也將徹底改變落后的鑄造行業(yè)。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第三絲杠在第三電機(jī)的帶動(dòng)下使工作臺(tái)整體沿第三絲杠方向直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在公轉(zhuǎn)半徑內(nèi)的經(jīng)線方向運(yùn)動(dòng)；同時(shí)工作臺(tái)在第四電機(jī)的帶動(dòng)下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)曲線運(yùn)動(dòng)。
[0030]更優(yōu)的，本實(shí)施例所述的工作臺(tái)為圓形工作臺(tái)；如圖1所示:圓形工作臺(tái)和電機(jī)4安裝在極坐標(biāo)滑塊上，極坐標(biāo)滑塊在絲杠3帶動(dòng)下使工作臺(tái)沿極軸(絲杠3)做徑向移動(dòng)P;同時(shí)工作臺(tái)在電機(jī)4帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)角度O?360，工作臺(tái)自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)曲線的打印。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一絲杠在第一電機(jī)的帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并使得所述橫梁帶動(dòng)滑塊和打印頭沿第一絲杠做Z向整體移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)逐層堆積打印制造的過(guò)程；
[0032]更優(yōu)的，所述滑塊和打印頭在第二電機(jī)及第二絲杠的帶動(dòng)下做與Z向垂直的X向運(yùn)動(dòng)，并與極坐標(biāo)配合使打印頭做經(jīng)線方向和Z向的運(yùn)動(dòng)。
[0033]在本實(shí)施例中，如附圖1所示:打印頭安裝在上橫梁滑塊上，滑塊隨第二絲杠在橫梁導(dǎo)軌上左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平面上的直線打?。煌瑫r(shí)電機(jī)I帶動(dòng)第一絲杠使橫梁沿Z軸方向上下移動(dòng)。
[0034]通過(guò)這套裝置打印頭在極坐標(biāo)系下理論上可以完成工作行程內(nèi)任意曲線及直線的打印，屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的5軸聯(lián)動(dòng)裝置，每打印一層打印頭沿Z軸方向移動(dòng)一層;本實(shí)用新型所述設(shè)備的層厚、液態(tài)金屬凝固狀況和精度、速度要求在三維數(shù)據(jù)專用分層軟件中設(shè)定。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，所述打印設(shè)備裝置還包括支撐滾輪；
[0036]所述工作臺(tái)在第五電機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)搖臂在支撐滾輪的配合下，實(shí)現(xiàn)極角Θ轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0037]更優(yōu)的，如圖1所示:件號(hào)11、12、17、13、14安裝固定在搖臂(件號(hào)15)上，搖臂圍繞著電機(jī)5做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)角度O?360度，這樣在電機(jī)5帶動(dòng)下通過(guò)搖臂實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的極角Θ轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，所述打印頭打印出材料的直徑由打印時(shí)的送料壓力、打印的材質(zhì)及其半熔融狀態(tài)下的表面張力決定。
[0039]在本實(shí)施例中，常規(guī)FDM 3 D打印機(jī)所用材料多為塑料之類，打印頭直徑一般為
0.4mm，而壓力鑄造3D打印機(jī)打印頭直徑大小取決于壓力和材質(zhì)，目前常規(guī)壓力鑄造最小壁厚為2mm，鑒于鋁及鋁合金熔融狀態(tài)的流動(dòng)性和材料能夠順利噴出，本實(shí)用新型暫定打印頭直徑為2_(也有壓力增大最小壁厚可做到0.8_的特例)，當(dāng)然打印頭直徑越小打印精度越高，隨著實(shí)際應(yīng)用和深度發(fā)展，可以通過(guò)研究打印頭噴出半熔融狀態(tài)表面張力、凝固性能、打印頭結(jié)構(gòu)的配合關(guān)系及其它高溫微噴技術(shù)的研究逐步實(shí)現(xiàn)更小直徑的打印頭，以提高鑄件精度和應(yīng)用范圍。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一絲杠、第二絲杠、第三絲杠均采用滾珠絲杠。[0041 ]在本實(shí)施例中，由于鋁及鋁合金鑄造溫度在660?760度之間，而現(xiàn)有3D打印機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基本采用高精度單齒面或雙齒面同步帶帶傳動(dòng)，已不能勝任高溫環(huán)境的傳動(dòng)，因此在3D