一种金属3d打印机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及材料成型领域，尤其涉及一种金属3D打印机。
【背景技术】
[0002]3D打印是增材制造的一种。由于传统制造业的减材加工方法包含大量的材料去除工作，浪费了大量的材料。3D打印通过分层软件将已知零件的三维模型按照设定的厚度分解为具有一定厚度的二维界面，再通过逐层按需打印，大大减少了材料的浪费，尤其适合复杂零件和非标零件的制造。
[0003]但3D打印现在主要应用于树脂材料上，金属3D打印目前还没有大规模的应用，这主要是因为3D打印设备的成本普遍较高。一般的金属3D打印主要是由大功率激光发生器实现。而激光发生器较为昂贵的价格限制了金属3D打印机整体成本的降低。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种打印成本较低的金属3D打印机。
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:
[0006]一种金属3D打印机，它包括热源、三维打印工作台、三维直线滑台、送丝机构、控制器和打印头模块，所述打印头模块包括焊枪和送丝导嘴，所述焊枪和送丝导嘴固定在所述三维直线滑台上，所述控制器用于发送运动指令至所述三维直线滑台，所述焊枪和送丝导嘴在三维直线滑台的带动下可以沿XYZ轴三个方向移动，所述热源为微束等离子弧焊机或自动焊焊机，所述送丝机构包括丝盘、送丝滚轮、送丝管和送丝电机，金属丝材缠绕在丝盘上，所述送丝电机驱动送丝滚轮将丝材通过送丝管送到送丝导嘴中，所述热源通过焊枪融化送丝导嘴导出的金属丝材，融化后的丝材融覆到三维打印工作台的打印基板上。
[0007]上述方案中，所述三维打印工作台包括打印支撑台架和打印工作区。所述打印工作区包括打印基板和冷却装置，所述冷却装置用于冷却融覆在打印基板上的金属丝材。
[0008]上述方案中，所述冷却装置包括水箱及液位仪，所述打印基板铺设在所述水箱的底部，所述水箱上设置有进水孔和出水孔，水通过进水口进入水箱内，打印基板位于液面下，通过所述液位仪用于监测所述水箱内的液位，使液面高度随打印层高度的增加而增高，并保持液位在融覆工作面下0.5mm处以保证冷却效果。
[0009]上述方案中，所述三维直线滑台包括X轴直线丝杠滑台，X轴步进电机，X轴辅助直线滑轨，Y轴直线丝杠滑台，Y轴步进电机，Z轴直线丝杠滑台，Z轴步进电机，所述X轴直线丝杠滑台、Y轴直线丝杠滑台和Z轴直线丝杠滑台之间通过连接板连接，所述X轴直线丝杠滑台和X轴辅助直线滑轨固定在三维打印工作台上，所述焊枪和送丝导嘴固定在所述三维直线滑台的Z轴直线丝杠滑台上。
[0010]本实用新型的有益效果为:本发明使用微束等离子弧焊机作为热源对丝状材料熔融，采用熔融堆积成形(FDM)的方法，通过由三根丝杠直线滑台组成的三维平台，进行金属零件的3D打印制造。这种3D打印方式，减少了传统用激光作为热源配合工业机器人进行打印的成本，尤其适用于复杂零件的加工制造。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例提供的金属3D打印机的示意图。
[0012]图2为打印工作区的主视图。
[0013]图3为打印工作区的俯视图。
[0014]图4为打印工作区的左视图。
[0015]图5为送丝机构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0017]如图1至图5所示，本实用新型提供一种金属3D打印机，它包括热源1、三维打印工作台2、三维直线滑台、送丝机构11和打印头模块。所述热源I为微束等离子弧焊机或自动焊焊机。
[0018]在本实施例中，三维直线滑台包括X轴直线丝杠滑台5，X轴步进电机6，X轴辅助直线滑轨10，γ轴直线丝杠滑台7，Y轴步进电机4，Z轴直线丝杠滑台9及Z轴步进电机84轴直线丝杠滑台5、Y轴直线丝杠滑台7和Z轴直线丝杠滑台9之间通过连接板连接，组成三维运动模块。X轴直线丝杠滑台5和X轴辅助直线滑轨10固定在三维打印工作台2上。
[0019]打印头模块包括焊枪12和送丝导嘴13。焊枪12和送丝导嘴13固定在三维直线滑台的Z轴直线丝杠滑台9上。焊枪12和送丝导嘴13在三维直线滑台的带动下可以沿XYZ轴三个方向移动。
[0020]三维打印工作台2包括打印支撑台架和打印工作区3。打印工作区3包括打印基板14和冷却装置。本实施例中，冷却装置用于冷却融覆在打印基板14上的金属丝材。冷却装置包括水箱16及液位仪17。打印基板14铺设在水箱16的底部，工作时位于液面下，水箱16上设置有进水孔15和出水孔18，水通过进水口 15进入水箱16内，液位仪17用于监测水箱16内水的液位，使液面随打印层高的增加而增高，并保持液位在融覆工作面下0.5mm处以保证冷却效果。
[0021]送丝机构11包括丝盘19、送丝滚轮20、送丝管21和送丝电机22，丝材缠绕在丝盘19上，送丝电机22驱动送丝滚轮20将丝材通过送丝管21送到送丝导嘴13中，热源I通过焊枪12融化送丝导嘴13导出的丝材，融化后的丝材融覆到三维打印工作台2的打印基板14上，通过水箱中的液位仪控制液面相对于打印基板的高度，对已完成打印部分快速冷却。
[0022]该金属3D打印机的工作过程如下:
[0023]I)首先通过三维软件做出三维模型，再由专门的分层软件将三维模型分解成具有一定厚度的二维平面文件，将文件传给控制器，控制器通过运算规划出打印需要走的最优路线，并将运动指令传到三维运动模块。在三维运动模块中，当X轴步进电机驱动器得到指令后，驱动X轴步进电机6旋转，X轴步进电机6通过丝杠带动Y轴直线丝杠滑台7和Z轴直线丝杠滑台9沿X轴水平运动，当指令传到Y轴电机驱动器上时，Y轴步进电机4通过Y轴丝杠带动Z轴直线丝杠滑台9沿Y轴方向做水平运动，当指令传到Z轴电机驱动器上时Z轴步进电机8通过Z轴丝杠带动打印头沿Z轴上下运动，完成打印头的定位与运动；
[0024]2)定位完成后，控制器控制热源I启动，准备为送丝机构11的丝材提供融化热源；
[0025]3)起弧完成之后，送丝机构11开始送料。控制器控制电机启动，带动送丝滚轮20将丝料通过送丝管21送到打印头模块的送丝导嘴13，经焊枪12产生的弧柱融化后，融覆到打印基板14上。同时进水孔15开始进水，由侧边的液位仪17控制进水液面高度，使随打印层高的增加而增加，并稳定在融覆打印工作面下0.5mm处，达到冷却效果。
[0026]4)之后再根据控制器的指令进行下一步动作，打印完一层之后，进行下一层的打印直至整个零件打印完成。
【主权项】
1.一种金属3D打印机，其特征在于，它包括热源、三维打印工作台、三维直线滑台、送丝机构、控制器和打印头模块，所述打印头模块包括焊枪和送丝导嘴，所述焊枪和送丝导嘴固定在所述三维直线滑台上，所述控制器用于发送运动指令至所述三维直线滑台，所述焊枪和送丝导嘴在三维直线滑台的带动下可以沿XYZ轴三个方向移动，所述热源为微束等离子弧焊机或自动焊焊机，所述送丝机构包括丝盘、送丝滚轮、送丝管和送丝电机，丝材缠绕在丝盘上，所述送丝电机驱动送丝滚轮将丝材通过送丝管送到送丝导嘴中，所述热源通过焊枪融化送丝导嘴导出的丝材，融化后的丝材融覆到三维打印工作台的打印基板上。2.如权利要求1所述的金属3D打印机，其特征在于，所述三维打印工作台包括打印支撑台架和打印工作区，所述打印工作区包括打印基板和冷却装置，所述冷却装置用于冷却融覆在打印基板上的金属丝材。3.如权利要求2所述的金属3D打印机，其特征在于，所述冷却装置包括水箱及液位仪，所述打印基板铺设在所述水箱的底部，所述水箱上设置有进水孔和出水孔，水通过进水口进入水箱内，所述打印基板位于液面下，所述液位仪用于监测所述水箱内的液位并使液位始终保持在融覆打印工作面下0.5mm处。4.如权利要求1所述的金属3D打印机，其特征在于，所述三维直线滑台包括X轴直线丝杠滑台，X轴步进电机，X轴辅助直线滑轨，Y轴直线丝杠滑台，Y轴步进电机，Z轴直线丝杠滑台，Z轴步进电机，所述X轴直线丝杠滑台、Y轴直线丝杠滑台和Z轴直线丝杠滑台之间通过连接板连接，所述X轴直线丝杠滑台和X轴辅助直线滑轨固定在三维打印工作台上，所述焊枪和送丝导嘴固定在所述三维直线滑台的Z轴直线丝杠滑台上。
【专利摘要】本实用新型涉及一种金属3D打印机，它包括热源、三维打印工作台、三维直线滑台、送丝机构、控制器和打印头模块，所述打印头模块包括焊枪和送丝导嘴，所述焊枪和送丝导嘴固定在所述三维直线滑台上，所述控制器用于发送运动指令至所述三维直线滑台，所述焊枪和送丝导嘴在三维直线滑台的带动下可以沿XYZ轴三个方向移动，所述热源为微束等离子弧焊机或自动焊焊机，所述送丝机构包括丝盘、送丝滚轮、送丝管和送丝电机，丝材缠绕在丝盘上，所述送丝电机驱动送丝滚轮将丝材通过送丝管送到送丝导嘴中，所述热源通过焊枪融化送丝导嘴导出的丝材，融化后的丝材融覆到三维打印工作台的打印基板上。本实用新型可以用于复杂零件的大规模生产，并有效降低打印的成本。
【IPC分类】B22F3/105, B33Y30/00
【公开号】CN205218042
【申请号】CN201520871634
【发明人】章桥新, 娄晓刚, 黄行九, 黄泽银, 周青, 张佳欢
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年11月4日