一种基于自蔓延反应的3D打印设备的制作方法与工艺

文档序号:12007571阅读:555来源:国知局
一种基于自蔓延反应的3D打印设备的制作方法与工艺
本发明属于3D打印领域,具体地说是涉及一种基于自蔓延反应的3D打印设备。

背景技术:
3D打印机是属于快速成形技术的一种机器,它以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体。运用三维打印机打印模型,无需传统的切削加工机床和模具,在计算机的控制下根据工件的三维模型,通过由点到线、由线到面、由面到体的分层离散与堆积过程,快速实现复杂三维实体的制造成形。英国《经济学人》杂志认为,3D打印技术与其它数字化生产模式一起,将推动并实现第三次工业革命。目前,市场上已有各种商业化的3D打印方法及其装备,包括光固化法、熔融沉积法、选区激光烧结法等。但现有的3D打印设备多是利用粉末激光烧结,成本高,打印速率慢,打印周期长,且需要持续供能以支持激光烧结。申请号为201310690756.9,公开号为103640221A的专利“一种3D打印设备”,内置多根平行设置的矩形细管,并安装截面为格状的成型部件,主要解决的技术问题是克服目前3D打印设备挤出的物料的形状和尺寸无法变化的缺陷。申请号为201310165946.9,公开号为103222528A的专利“3D打印设备及其送料系统”,包括:储料罐;设置于所述储料罐上,以加热所述储料罐内物料至熔融状态的加热装置;以及设置在所述储料罐的出料口以对打印模型进行冷却的喷气冷却装置;以及,与储料罐相连,以驱动所述储料罐内熔融状态物料被排出的排料驱动设备,主要解决的技术问题是提供一种3D打印设备的送料系统,以实现胶状物或熔融后胶状物的3D打印,从而拓展3D打印产品的应用领域。这些技术无法快速获得打印部件。受烧结温度限制,备选材料较少。耗能高且批量生产能力较差。自蔓延是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术,又被称为燃烧合成(CombustionSynthesis)。自蔓延技术利用化学反应自身放热,完全(或部分)不需要外热源。通过自动波快速燃烧的自维持反应得到所需要的成分和结构的产物。通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成分及结构。

技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、可快速打印的3D打印设备。为达上述目的,本发明这样实现:包括打印部分、工作台部分和机架;所述打印部分包括打印背板,所述打印背板通过燕尾槽与机架连接,与滚珠丝杠福配合,可上下移动;所述打印背板上固定第二控制器、点火装置、流液口支撑板,所述流液口支撑板与熔液流液口过盈配合;所述打印背板还与粉末仓托板通过燕尾槽连接,所述粉末仓托板与滚珠丝杠副配合,可左右移动,所述粉末仓托板上装卡数个自蔓延反应粉末仓;所述工作台部分包括第一控制器,还包括大托板,所述大托板通过燕尾槽与机架连接,与滚珠丝杠副配合,可左右移动;小托板通过燕尾槽与大托板连接,与滚珠丝杠副配合,可前后移动;在小托板上固定工作台;所述第一控制器控制工作台前后左右移动与打印背板的上下移动,所述第二控制器控制点火装置点火与粉末仓托板左右移动。所述粉末仓托板与打印背板由燕尾槽配合,由电机通过齿轮组带动丝杠转动,所述电机固定于粉末仓托板上,所述丝杠转动带动粉末仓托板横向移动,实现自蔓延粉末仓为熔液流液口供粉。所述小托板由燕尾槽与大托板配合,由电机通过齿轮组带动丝杠转动,所述电机固定于大托板上,所述丝杠转动带动小托板前后移动。所述打印部分由电机通过齿轮组带动丝杠转动,所述电机固定于机架上,所述丝杠转动带动打印背板上下移动。所述工作台部分由电机通过齿轮组带动丝杠转动,所述电机固定于机架上,所述丝杠转动带动大托板左右移动。本发明装置将自蔓延反应与传统3D打印相结合,设备结构简单,操作安全,可移植性高,成本低廉,可以提高反应速率,缩短打印周期,可以快速大量获得打印产品,并且可应用多种金属粉末材料。本发明打印装备供料部分使用自蔓延粉末熔融金属液。工作台部分实现X,Y轴向移动,控制工件形状,打印部分实现Z轴移动,控制工件厚度。粉末仓托板可一次安装数个自蔓延粉末仓,保证供料持续性。自蔓延粉末仓与熔液流液口分离,保证自蔓延粉末仓多次重复使用。本发明提供的3D打印设备,结构简单,操作安全,可移植性高,成本低廉,可以提高反应速率,缩短打印周期,快速大量获得打印产品,并且可应用多种金属粉末材料。附图说明图1为本发明装置的整体结构示意图;图2为本发明装置的工作台部分示意图;图3为本发明装置的打印部分示意图;图4为本发明装置的机架示意图;图5为本发明装置的大托板示意图;图6为本发明装置的小托板示意图;图7为本发明装置的打印背板示意图;图8为本发明装置的熔液流液口示意图;图9为本发明装置的粉末仓托板示意图;图10为本发明装置的自蔓延粉末仓示意图;图11为本发明装置的工作台示意图;其中:1.机架;2.大托板;3.小托板;4.工作台;5.流液口支撑板;6.熔液流液口;7.粉末仓托板;8.自蔓延粉末仓;9.打印背板;10.齿轮组;11.电机;12.丝杠;13.点火装置;14.第一控制器;15.第二控制器。具体实施方式为了加深对本发明的理解,下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。如图1所示,一种基于自蔓延反应的3D打印设备,包括打印部分、工作台部分和机架;所述打印部分包括打印背板9,所述打印背板9通过燕尾槽与机架1连接,与滚珠丝杠福配合,可上下移动;所述打印背板9上固定第二控制器15、点火装置13、流液口支撑板5,所述流液口支撑板5与熔液流液口6过盈配合;所述打印背板9还与粉末仓托板7通过燕尾槽连接,所述粉末仓托板7与滚珠丝杠副配合,可左右移动,所述粉末仓托板7上装卡数个自蔓延反应粉末仓8;所述工作台部分包括第一控制器14,还包括大托板2,所述大托板2通过燕尾槽与机架1连接,与滚珠丝杠副配合,可左右移动;小托板3通过燕尾槽与大托板2连接,与滚珠丝杠副配合,可前后移动;在小托板3上固定工作台4;所述第一控制器14控制工作台4前后左右移动与打印背板9的上下移动,所述第二控制器15控制点火装置13点火与粉末仓托板7左右移动。使用本发明装置进行3D打印时,对需要打印的部件进行尺寸测量及材料分析。使用计算机三维建模软件CATIA为部件建模,并录入测量的数据。将建成的三维模型分割成二维截面,并将截面信息传输给第一控制器14和第二控制器15。第一控制器14调取第一层二维截面信息,控制电机11、带动3D打印工作台部分工作进行前后、左右、四个自由度的运动,使待打印部位距离熔液流液口6一定距离,且熔液流液口6相对3D打印工作台部分移至第一层二维截面的边缘坐标的起始位置,设定填充率为0,层数为1,开始工作。3D打印工作台部分移动使得熔液流液口6做相对运动,运动路径总和构成三维模型分割成的第一层二维截面。第一控制器14工作同时,第二控制器15通过控制电机控制自蔓延反应部分工作,反应部分由陶瓷材料分割成若干小仓,每一仓内装有铝基自蔓延反应金属粉末,根据模型正在打印的第一层二维截面需要打印的高度值决定反应金属粉末总量,移动粉末仓托板7,使第一仓正对熔液流液口6,通过点火装置13引燃粉末,融化粉末仓底部盖板,使金属液从流口流出,材料附着在待打印部位,第一仓金属熔液用尽时,移动粉末仓托板7,使下一仓正对熔液流液口6,引燃下一仓。当第一层二维截面打印完毕后,金属熔液还处于半熔融状态,使打印部分控制器通过电机11控制打印背板9上升一定高度,开始打印下一层。当打印全部完成时,打印部分控制器关闭熔液流液口6,打印部分控制器将打印背板9移至Z轴最大尺寸处,计算机记录打印时间,打印用料情况。取下打印部件,清理打印平台,更换自蔓延粉末仓8和熔液流液口6。对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
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