3d金属打印的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种3D金属打印机。集陶瓷熔化炉和液态金属喷射器为一体的打印头是本3D打印机的关键技术：打印头为耐高温的陶瓷或石墨材料，外层安装水冷电涡流线圈，熔化炉中充入惰性气体保护液态金属，喷射器为往复式柱塞泵。水冷电涡流线圈通以高频电流，可根据材料类型、模型要求、加工速度等因素由高频控制器调节加热功率。惰性气体保护熔化的金属同时保持一定压力，便于液态金属的流动，同时停机时借助气体清除柱塞泵和熔化炉中的金属残渣。打印头除了用于3D打印机，也可以用于金属材料的压铸成型、注射成型等设备。
【专利说明】3D金属打印机
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维打印机和数控加工领域，特别涉及一种3D金属打印机。
【背景技术】
[0002]3D打印，又称三维打印，是快速成形技术的一种，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，构造零件。该技术用于模具制造、工业设计甚至产品制造，一些高价值应用(如髋关节或牙齿、飞机零部件)己经有打印而成的零部件出现。
[0003]最普遍的3D打印技术是SLS、FDM和SLA。其中SLS和FDM是利用融化或软化原材料来生产层叠物。3D打印技术可以使用很多种材料，如ABS塑料、PLA、尼龙、玻璃填充聚胺、光固化材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸酯。FDM为熔融挤出成型技术，材料通过加热器在喷头内被加热融化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将半流动状态的材料按CAD分层数据控制的路径挤出并沉积在指定的位置凝固成形，并与周围的材料粘结，层层堆积成型。SLS是选择性激光烧结技术，将粉末状金属预铺在工作台上，激光头沿着零件截面轮廓运动，逐层熔化金属粉末，堆积结晶为固态零件结构。SLA技术则是液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在扫描偏转镜作用下按照截面轨迹在树脂上扫描，光束照射到的地方树脂就固化得到三维实体模型。
[0004]FDM和SLA只能用于非金属模型的制造，SLS是通过金属粉末完成金属构件制造，这样的金属粉末一般是特定的金属或合金，并不适合所有类型的金属，而且SLS技术存在粉尘污染和材料浪费，使用也麻烦。本专利描述的3D金属打印机可适用于任何金属，其利用电涡流熔化金属然后通过陶瓷喷射泵将液态金属挤出在零件截面轨迹上，不必预先铺设粉末，省掉了粉末铺设和回收设备，减少了污染和浪费。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决3D打印机只能通过特定金属粉末而不能利用所有金属制造模型的缺陷，提供了一种3D金属打印机。
[0006]为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:
[0007]集陶瓷熔化炉和液态金属喷射器为一体的打印头是本3D打印机的关键技术:
[0008]打印头为耐高温的陶瓷或石墨材料，外层安装水冷电涡流线圈，熔化炉中充入惰性气体保护液态金属，喷射器为往复式柱塞泵。电涡流线圈通以高频电流，可根据材料类型、模型要求、加工速度等因素由高频控制器调节加热功率。柱塞泵塞的往复运动频率随工作台的XYZ方向速度按照非线性函数进行调节，柱塞泵上的电涡流加热线圈依据停机、开机、加工速度等因素开启或关闭。惰性气体保护熔化的金属同时保持一定压力，便于液态金属的流动，同时停机时借助气体清除柱塞泵和熔化炉中的金属残渣。
[0009]板材结构型冷却工作台:工作台通过轻质金属板材以及冷却水管焊接而成,冷却速度根据金属结晶要求调节。
[0010]打印头固定不动，工作台采用商业化的XYZ三轴控制器和电机伺服器控制运动。[0011]上述部件要求保护结构，尺寸和功率等按照打印机型号具体设计。
[0012]打印头除了用于3D打印机，也可以用于金属材料的压铸成型、注射成型等设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的立体结构图。
[0014]图2为本发明的
[0015]其中，1、打印金属线盘；2、进入熔化炉的金属线数量控制器；3、熔化后打印的金属线；4、通向熔化炉的惰性气体；5、柱塞开启、闭合两位置电磁控制阀；6、惰性气体恒压保持筒；7、陶瓷喷射柱塞；8、喷射柱塞振荡控制器；9、工作台XYZ轴运动控制器和伺服系统；
10、打印工作台；11、陶瓷喷射泵；12、喷射泵水冷电涡流加热线圈；13、柱塞下端上限位置；14、柱塞下端下限位置；15、柱塞闭合位置；16、喷射泵喷嘴；17、熔化炉盖；18、金属熔化陶瓷炉；19、熔化炉加热的水冷电涡流线圈；20、金属熔化炉的陶瓷基座；23、液态金属导孔；24、工作台水冷却管；25、工作台X轴导轨；26、工作台Y轴导轨；27、工作台Z轴导轨；28、冷却水机组；29、高频加热控制器；30、送料电机控制器；31、步进送料电机；32、液态金属液位和温度传感器；33、惰性保护气体陶瓷导入管；34、熔化炉陶瓷密封盖；35、水冷高频线圈；36、陶瓷金属熔化炉体；37、熔化炉陶瓷外罩；38、液态金属输送管；39、工作台冷却接头；40、喷射泵冷却接头；41、熔化炉冷却接头；42、振荡控制器；43、往复振荡器；44、喷射泵陶瓷密封环；45、陶瓷喷射泵塞；46、陶瓷喷射泵体；47、喷射泵陶瓷外罩；48、连接熔化炉和喷射泵的陶瓷螺栓。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不作为本发明的限定:
[0017]实施例:如图1和图2所示的一种3D金属打印机。
[0018]集陶瓷熔化炉和液态金属喷射器为一体的打印头是本3D打印机的关键技术:
[0019]打印头为耐高温的陶瓷或石墨材料，外层安装水冷电涡流线圈19，熔化炉中充入惰性气体保护液态金属，喷射器为往复式柱塞泵。水冷电涡流线圈通以高频电流，可根据材料类型、模型要求、加工速度等因素由高频控制器调节加热功率。柱塞泵塞的往复运动频率随工作台的XYZ方向速度按照非线性函数进行调节，柱塞泵上的电涡流加热线圈依据停机、开机、加工速度等因素开启或关闭。惰性气体保护熔化的金属同时保持一定压力，便于液态金属的流动，同时停机时借助气体清除柱塞泵和熔化炉中的金属残渣。
[0020]所述陶瓷喷射泵柱塞7停机时，位于最下端闭合，防止金属液体渗出；工作时，包裹在外层的水准电涡流线圈通电加热，惰性气体进入，同时，由振荡控制器调节振动，其频率与工作台的X、Y向速度呈正比。
[0021]所述金属熔化陶瓷炉18内腔为圆柱外壳或圆柱型。
[0022]所述陶瓷喷射泵塞45下端带温度传感器。
[0023]板材结构型冷却工作台:工作台通过轻质金属板材以及冷却水管焊接而成,冷却速度根据金属结晶要求调节。
[0024]打印头固定不动，工作台采用商业化的XYZ三轴控制器和电机伺服器控制运动。
[0025]上述部件要求保护结构，尺寸和功率等按照打印机型号具体设计。[0026]打印头除了用于3D打印机，也可以用于金属材料的压铸成型、注射成型等设备。
【权利要求】
1.3D金属打印机，包括打印金属线盘(I)、进入熔化炉的金属线数量控制器(2)、熔化后打印的金属线(3)、通向熔化炉的惰性气体(4)、柱塞开启闭合两位置电磁控制阀(5)、惰性气体恒压保持筒(6)、陶瓷喷射柱塞(7)、喷射柱塞振荡控制器(8)、工作台XYZ轴运动控制器和伺服系统(9)、打印工作台(10)、陶瓷喷射泵(11)、喷射泵水冷电涡流加热线圈(12)、柱塞下端上限位置(13)、柱塞下端下限位置(14)、柱塞闭合位置(15)、喷射泵喷嘴(16)、熔化炉盖(17)、金属熔化陶瓷炉(18)、熔化炉加热的水冷电涡流线圈(19)、金属熔化炉的陶瓷基座(20)、液态金属导孔(23)、工作台水冷却管(24)、工作台X轴导轨(25)、工作台Y轴导轨(26)、工作台Z轴导轨(27)、冷却水机组(28)、高频加热控制器(29)、送料电机控制器(30)、步进送料电机(31)、液态金属液位和温度传感器(32)、惰性保护气体陶瓷导入管(33)、熔化炉陶瓷密封盖(34)、水冷高频线圈(35)、陶瓷金属熔化炉体(36)、熔化炉陶瓷外罩(37)、液态金属输送管(38)、工作台冷却接头(39)、喷射泵冷却接头(40)、熔化炉冷却接头(41)、振荡控制器(42)、往复振荡器(43)、喷射泵陶瓷密封环(44)、陶瓷喷射泵塞（45）陶瓷喷射泵体(46)、喷射泵陶瓷外罩(47)、连接熔化炉和喷射泵的陶瓷螺栓(48);集陶瓷熔化炉和液态金属喷射器为一体的打印头是本3D打印机的关键技术；其特征在于:打印头为耐高温的陶瓷或石墨材料，外层安装水冷电涡流线圈(19)，熔化炉中充入惰性气体保护液态金属，喷射器为往复式柱塞泵。水冷电涡流线圈通以高频电流，可根据材料类型模型要求加工速度等因素由高频控制器调节加热功率。柱塞泵塞的往复运动频率随工作台的XYZ方向速度按照非线性函数进行调节，柱塞泵上的电涡流加热线圈依据停机开机加工速度等因素开启或关闭。惰性气体保护熔化的金属同时保持一定压力，便于液态金属的流动，同时停机时借助气体清除柱塞泵和熔化炉中的金属残渣。
2.根据权利要求1所述的3D金属打印机，其特征在于:所述陶瓷喷射泵柱塞(7)停机时，位于最下端闭合，防止金属液体渗出；工作时，包裹在外层的水准电涡流线圈通电加热，惰性气体进入，同时，由振荡控制器调节振动，其频率与工作台的XY向速度呈正比。
3.根据权利要求1所述的3D金属打印机，其特征在于:所述金属熔化陶瓷炉(18)内腔为圆柱外壳或圆柱型。
4.根据权利要求1所述的3D金属打印机，其特征在于:所述陶瓷喷射泵塞(45)下端带温度传感器。
【文档编号】B22F3/115GK103551572SQ201310524226
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】王璐瑶 申请人:王璐瑶