一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置的制作方法

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置。

背景技术：

3D打印技术是通过CAD设计数据，采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的切削加工技术，是一种自下而上的材料累加制造方法。常用于模具制造、工业设计等领域的原型或模型制造。零件直接打印成形已成为快速制造领域的重要方法，而金属零件直接3D打印技术是其中最重要的发展方向。

现有成熟的金属3D打印技术主要有激光选区烧结（Selective Laser Sintering，SLS）、选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、激光近净成形（Laser Engineering Net Shaping，LENS）和电子束选区熔化技术（Electron Beam Selective Melting，EBSM）等，虽然国内外在相关技术研究及设备开发方面取得了较多的成果，但仍然存在成形效率低下、技术及设备成本高、可加工材料有限等问题，目前仅航空航天及军工领域有部分应用。相关技术及设备的规模化应用亟待解决。

技术实现要素：

本发明的目的是针对熔融金属由喷嘴喷出的过程中，由于熔融金属粘度较低，常出现 “流涎”现象，从而影响成形精度的问题，提出一种适用于多种金属材料的高精、高效熔融挤出成形装置。

为实现上述目的，本发明采用的方案为：一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置，该装置包括：包括送料系统（Ⅰ）、动力系统（Ⅱ）、熔炼系统（Ⅲ）、熔料挤出控制系统（Ⅳ）；送料系统（Ⅰ）包括料斗（1）、摩擦送料带（3）、带轮（4）、残料回收箱（5）和进料筒（6）；熔料挤出控制系统（Ⅳ）由电磁铁（12）、弹簧（13）、推杆（14）、喷嘴（15）、导流块（16）构成；熔炼系统（Ⅲ）由一级感应加热线圈（7）、坩埚（9）、二级感应加热线圈（10）和螺杆（11）构成，并通过螺纹连接安装在熔料挤出控制系统（Ⅳ）上；动力系统（Ⅱ）位于熔炼系统（Ⅲ）正上方，并由控制电机（17）、传动轴（18）、蜗轮（19）以及蜗杆（20）组成。

进一步地，可以根据不同的工件制造要求，在导流块（16）上安装多个熔炼系统（Ⅲ），从而实现多种金属材料的独立或按比例混合熔融挤出成形。

进一步地，所述控制电机（17）通过联轴器（21）带动螺杆（11）转动，以实现熔炼系统（Ⅲ）的可控出料。同时利用蜗轮蜗杆机构来带动与蜗杆（20）为同一轴系的带轮（4）转动，从而实现送料系统（Ⅰ）的同步补料。

进一步地，所述的一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置，其特征在于，所述加热装置由一级感应加热线圈（7）、二级感应加热线圈（10）构成，通过对两级加热线圈的加热温度和加热顺序进行不同的组合，来达到不同材料所需的加热条件。

进一步地，所述的一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置，其特征在于，所述电磁铁（12）与控制电机（17）的同步控制，可以实现不同金属材料熔融挤出时的实时切换，以及成形过程的启停控制。当二者同时通电时，控制电机（16）带动送料系统（Ⅰ）和螺杆（11）工作，电磁铁（12）通过磁力将推杆（14）拉回，使熔化材料（8）从坩埚（9）内挤出并流入导流块（16）中，然后熔化材料（8）由喷嘴（15）中挤出进而成形。当二者同时断电时，控制电机（17）停止工作，因此送料系统（Ⅰ）停止送料和螺杆（11）停止转动；电磁铁（12）失去磁力，推杆被弹簧（13）推回原位置，使熔化材料（8）无法被挤出坩埚（9），从而实现成形动作的停止。

进一步地，所述的一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置，其特征在于，所述熔炼系统（Ⅲ）包括残料回收箱（5），可以防止因熔炼系统（Ⅲ）中残料过多而引起的设备损坏，同时还可以对残余物料进行回收再利用。

附图说明

图1 是本发明具体实施方式中一种适用于多种金属材料的熔融挤出成形装置的结构示意图。

图2是熔融挤出装置中动力部分的结构示意图。

图中：Ⅰ、送料系统，Ⅱ、动力系统，Ⅲ、熔炼系统，Ⅳ、熔料挤出控制系统，1、料斗，2、颗粒（粉）类热塑性材料，3、摩擦送料带，4、带轮，5、残料回收箱，6、进料筒，7、一级感应加热线圈，8、熔化材料，9、坩埚，10、二级感应加热线圈，11、螺杆，12、电磁铁，13、弹簧，14、推杆，15、喷嘴，16、导流块，17、控制电机，18、传动轴，19、蜗轮，20、蜗杆，21联轴器。

具体实施方式

以下结合附图对采用本发明进行工件制造的过程进行详细说明。

本发明方法具体实施步骤如下。

工作开始前在料斗（1）中加入足够的颗粒（粉）类热塑性材料（2）。

根据颗粒（粉）类热塑性材料（2）的性质以及欲得熔化材料（8）的性质，对一级感应加热线圈（7）和二级感应加热线圈（10）的加热温度和加热效率进行设置，以获得所需要的熔化材料（8）。

工作时，控制电机（17）转动，利用蜗轮蜗杆装置带动带轮（4）转动。颗粒（粉）类热塑性材料（2）在自重的作用下沉积在摩擦送料带（3）上，通过带轮（4）的转动带动摩擦送料带（3）将颗粒（粉）类热塑性材料（2）送入进料筒（6）中，颗粒（粉）类热塑性材料（2）在自重的作用下进入坩埚（9）内。残料回收箱（5）可以将在送料系统（Ⅰ）中的残料进行储存并进行进一步回收。

控制电机（17）带动螺杆（11）旋转，进入坩埚（9）内腔的颗粒（粉）类热塑性材料在加热线圈的加热下熔化成熔融态，同时电磁铁（12）通电，将推杆（14）拉出，打开熔体的流道，熔化材料（8）通过螺杆的旋转挤压被压入导流块（16）中，进而从喷嘴（15）中挤出。

当要更换成形材料时，可以使当前成形材料部分的控制电机（17）和电磁铁（12）断电，从而使送料系统（Ⅰ）和螺杆（11）停止工作，推杆（14）通过弹簧（13）被推回原位置，关闭了熔体的流道，是坩埚（9）内的熔化材料（8）无法流入导流块（16），避免了熔化材料（8）的“流涎”现象。同时对更换的成形材料部分的控制电机（17）和电磁铁（12）进行通电，其工作原理与第四步相同。由此达到了更换成形材料的目的。

熔化材料（8）从喷嘴（15）中挤出后，沉积在成形平台上，并最终成形出所需要的工件结构。

待成形金属件完全冷却后，从成形平台取下，清理喷头。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。