一种3D喷射成形装置的制作方法

本发明涉及喷射成形领域，更具体地，涉及一种3D喷射成形装置。

背景技术：

喷射成形技术最早是基于节能、低消耗、低成本的目的而发展起来的一种材料近终成形快速凝固新技术，其设备组成主要包括：合金熔炼炉、熔液输送装置、雾化气体输送装置、喷枪、沉积室、排风除尘装置等。喷射成形技术的基本原理是：将熔融金属或合金在惰性气氛中雾化，形成液滴喷射流，直接喷射在较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积物，这种沉积物可以立即进行锻造、挤压或轧制加工，也可以是近终产品。

现有技术存在诸多不足之处，比如：（1）现有喷射成形设备主要包括合金熔炼炉、熔液输送装置、雾化气体输送装置、喷枪、沉积室、排风除尘装置等，整套设备数量多，体积大，占地多。如：当要制备大尺寸合金坯锭时，熔炼炉及控制系统就要占很大的空间；（2）喷枪及基体在空间上处于相对的固定位置，只能实现单向的喷射成形，难以实现多维度喷射成形，故无法制备出形状复杂的大型产品；（3）采用熔炼炉及熔液输送装置对合金进行熔炼及输送，难以实现熔炼及输送过程的气氛保护，合金液烧损及氧化严重，产品质量受到影响；（4）现有喷射成形设备投入大、自动化程度低、设备的灵活性差，难以实现大规模的自动化生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种3D喷射成形装置。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种3D喷射成形装置，包括机壳、加热单元、密封单元和喷射单元，所述机壳内部设有加热单元，所述机壳上设有用于控制加热单元温度的控温单元，所述机壳顶部和底部上分别设有物料进口和物料出口，所述加热单元中心设有加热通道，所述机壳下方设有喷射单元，所述喷射单元与所述物料出口连接。

优选地，所述物料进口、物料出口和加热通道位于同一中心轴线上，所述物料进口设有密封单元。

进一步地，所述加热单元包括从上到下依次设有的一级预热炉、二级预热炉、三级预热炉、四级预热炉和高温加热炉；所述机壳上分别设有用于控制一级预热炉、二级预热炉、三级预热炉、四级预热炉和高温加热炉温度的控温单元；

更进一步地，所述一级预热炉、二级预热炉、三级预热炉、四级预热炉和高温加热炉的内部设有电阻丝。

进一步地，所述喷射单元采用喷枪，所述喷枪通过卡环与机壳连接，所述喷枪上设有高压雾化惰性气体进口，所述高压雾化惰性气体进口通过管道与高压雾化惰性气体气源相连。

进一步地，所述控温单元为控温盒、控温芯片或单片机。

进一步地，所述机壳上方设有输送单元。

进一步地，所述输送单元包括输送轮对和驱动电机，所述输送轮对与所述驱动电机电连接。

进一步地，所述密封装置可采用密封圈，所述密封圈上设有用于连通加热通道的高压惰性气体进口，所述高压惰性气体进口通过管道与高压惰性气体气源相连。

进一步地，所述机壳为圆柱状不锈钢筒。

进一步地，所述机壳上还设有装夹单元。

进一步地，所述装夹单元包括导轨、旋转盘、第一机械臂、第二机械臂和固定卡环，所述旋转盘底部设有滑块，所述滑块上安装在导轨上，所述旋转盘上设有第一机械臂，所述第一机械臂通过万向轴相连与第二机械臂，所述第二机械臂通过万向轴与所述固定卡环相连，所述固定卡环与机壳相连接。

本发明的工作原理如下：

首先将所需成分的物料铝合金丝导入物料进口，通入无水高压惰性气体来置换加热管道中的空气，以确保铝合金丝在受热过程中不氧化；铝合金丝的输送速度V1通过轮对的转速V2来调控；

然后铝合金丝通过分级预热即一级预热炉、二级预热炉、三级预热炉、四级预热炉和高温快速加热即高温加热炉的方法来实现熔化成熔融铝合金液，熔融铝合金液在高压惰性气体的作用下导入喷枪，喷枪中的高压雾化惰性气体将熔融铝合金液雾化成细小颗粒沉积在基体板上形成沉积坯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明所述3D喷射成形装置是通过通入无水高纯惰性气体来置换加热管道中的空气，以确保物料（铝合金丝）在受热过程中不氧化，从而达到降低合金烧损、减小合金氧化、提高产品质量和节约生产成本的目的；并且由于液态金属是一次成形，工艺流程短，减轻了材料受污染的程度。

（2）简化喷射成形工艺及装置。采用分级梯度预热炉和高温加热炉，保证了物料（铝合金丝）稳定输送，并且分级梯温预热有利于实现铝合金丝的均匀、充分预热，为铝合金丝在高温加热炉中快速达到熔点甚至过热做准备，以确保雾化的顺利进行，同时省去合金熔炼炉及熔液输送装置等大型装置，将喷枪与其配套装置高度集成化。

（3）物料（铝合金丝）熔化速度可控，实现间断式喷射成形。通过调节输送轮对的输送速度V2的大小来调控雾化液流；当V2=0时，可暂停喷射，V2〉0时又可重新启动喷射成形；并且熔融铝液在高压气流引导下进入喷枪并实现雾化，确保了整个间断式喷射成形过程的顺利进行；可进一步增大喷射成形的灵活性和实现多角度、定量的3D喷射成形。

（4）本发明整体体积小，质量轻，操作灵活、方便，可将整个3D喷射成形装置安装在设有多自由度机器臂的装夹单元上，从而实现了多维度,喷射成形，可达到制备大型复杂形状产品的目的；并且自动化程度高、设备的灵活性强，课实现大规模的自动化生产，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明所述装夹单元的结构示意图。

图中：1，一级预热炉，2.二级预热炉，3.三级预热炉，4.四级预热炉，5.高温加热炉，6.输送轮对，7.铝合金丝，8.密封圈，9.控温单元，10.电阻丝，11.喷枪，12.物料进口，13.基体板，14.沉积坯，15.熔融铝合金液，16.高压雾化惰性气体进口，17.高压惰性气体进口，18.机壳，19.卡环，20.物料出口；

21.滑块，22旋转盘，23.万向轴，24.第二机械臂，25.第一机械臂，26.导轨。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如附图1-2所示，本实施例提供一种3D喷射成形装置，包括机壳18、加热单元、密封单元和喷射单元，所述机壳18内部设有加热单元，所述机壳18上设有用于控制加热单元温度的控温单元9，所述机壳18顶部和底部上分别设有物料进口12和物料出口20，所述加热单元中心设有加热通道，所述机壳18下方设有喷射单元，所述喷射单元与所述物料出口20连接。

所述物料进口12、物料出口20和加热通道位于同一中心轴线上，所述物料进口12设有密封单元。

所述加热单元包括从上到下依次设有的一级预热炉1、二级预热炉2、三级预热炉3、四级预热炉4和高温加热炉5；所述机壳18上分别设有用于控制一级预热炉1、二级预热炉2、三级预热炉3、四级预热炉4和高温加热炉5温度的控温单元9；

所述一级预热炉1、二级预热炉2、三级预热炉3、四级预热炉4和高温加热炉5的内部设有电阻丝10。

所述喷射单元采用喷枪11，所述喷枪11通过卡环19与机壳18连接，所述喷枪11上设有高压雾化惰性气体进口16，所述高压雾化惰性气体进口16通过管道与高压雾化惰性气体气源相连。

所述控温单元9为控温盒、控温芯片或单片机。

所述机壳18上方设有输送单元。

所述输送单元包括输送轮对6和驱动电机，所述输送轮对6与所述驱动电机电连接。

所述密封装置可采用密封圈8，所述密封圈8上设有用于连通加热通道的高压惰性气体进口17，所述高压惰性气体进口17通过管道与高压惰性气体气源相连。

所述机壳18为圆柱状不锈钢筒。

所述机壳18上还设有装夹单元。

所述装夹单元包括导轨21、旋转盘22、第一机械臂25、第二机械臂24和固定卡环19，所述旋转盘22底部设有滑块21，所述滑块21上安装在导轨26上，所述旋转盘22上设有第一机械臂25，所述第一机械臂25通过万向轴23相连与第二机械臂25，所述第二机械臂25通过万向轴22与所述固定卡环19相连，所述固定卡环19与机壳18相连接。

本发明的工作原理如下：

首先将所需成分的物料铝合金丝7导入物料进口12，通入无水高压惰性气体来置换加热管道中的空气，以确保铝合金丝7在受热过程中不氧化；铝合金丝7的输送速度V1通过轮对的转速V2来调控；

然后铝合金丝7通过分级预热即一级预热炉1、二级预热炉2、三级预热炉3、四级预热炉4和高温快速加热即高温加热炉5的方法来实现熔化成熔融铝合金液15，熔融铝合金液15在高压惰性气体的作用下导入喷枪11，喷枪11中的高压雾化惰性气体将熔融铝合金液15雾化成细小颗粒沉积在基体板13上形成沉积坯14。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明所述3D喷射成形装置是通过通入无水高纯惰性气体来置换加热管道中的空气，以确保物料（铝合金丝7）在受热过程中不氧化，从而达到降低合金烧损、减小合金氧化、提高产品质量和节约生产成本的目的；并且由于液态金属是一次成形，工艺流程短，减轻了材料受污染的程度。

（2）简化喷射成形工艺及装置。采用分级梯度预热炉和高温加热炉5，保证了物料（铝合金丝7）稳定输送，并且分级梯温预热有利于实现铝合金丝7的均匀、充分预热，为铝合金丝7在高温加热炉5中快速达到熔点甚至过热做准备，以确保雾化的顺利进行，同时省去合金熔炼炉及熔液输送装置等大型装置，将喷枪11与其配套装置高度集成化。

（3）物料（铝合金丝7）熔化速度可控，实现间断式喷射成形。通过调节输送轮对6的输送速度V2的大小来调控雾化液流；当V2=0时，可暂停喷射，V2〉0时又可重新启动喷射成形；并且熔融铝液在高压气流引导下进入喷枪11并实现雾化，确保了整个间断式喷射成形过程的顺利进行；可进一步增大喷射成形的灵活性和实现多角度、定量的3D喷射成形。

（4）本发明整体体积小，质量轻，操作灵活、方便，可将整个3D喷射成形装置安装在设有多自由度机器臂的装夹单元上，从而实现了多维度,喷射成形，可达到制备大型复杂形状产品的目的；并且自动化程度高、设备的灵活性强，课实现大规模的自动化生产，提高生产效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明范围内。