一种新型FDM金属3D打印装置

一种新型fdm金属3d打印装置
技术领域
1.本实用新型涉及金属3d打印技术领域，具体涉及一种新型fdm金属3d打印装置。


背景技术：

2.3d打印技术最早出现于20世纪80年代，是一种使用计算机控制的，依赖于数字模型的，以液态树脂、丝状塑料或金属粉末等为原料的，通过逐层堆积成型来制造物件的技术。基于不同的成型原理，目前主流的3d打印制造技术主要有：热熔堆积成型（fdm）或热熔丝制造（fff）、光固化成型（sla）、激光粉末烧结型（sls）以及三维胶合成型（3dp）等。随着3d打印技术的发展，其已经从早期的产品原型和模型模具的制造中，过渡到了产品的直接生产与加工上，在工程、工业、航空、航天、汽车、电子以及医疗等不同的领域中得到了广泛的运用。
3.对于金属3d打印领域来说，金属材料熔点较高，一般都是选择高能束烧结熔化化的方式，例如slm、lens以及 ebm技术；材料形态为粒度从10微米到100微米的球形粉。球形粉需经过等离子体球化等特殊方法处理，导致原料成本大幅提升；而且，以电子束、激光束等高能束为基础的成型技术，由于用到的激光系统以及电子束系统昂贵且复杂，导致整体成型成本高且成型效率低，阻碍了金属材料快速成型技术的广泛推广。
4.热熔堆积型（fdm）打印机，其基本原理是将丝状的塑性物料，经喷头加热熔化，在一定的压力下，通过喷嘴挤出，一层一层的堆叠熔接在一起，最终形成完整的物件。故此，3d打印中使用的物料必须被持续加热，直至达到其熔点，其整体是一个物料加热、熔化、堆叠和冷却的过程。但温度一般在50摄氏度左右，最高可以达到160摄氏度。而这么低的温度对3d金属打印机来说显然是不能满足的；基于此技术背景之下，发明人设计一种新型fdm金属3d打印装置；本装置的打印喷头与热床采用感应加热的方式，加快金属溶解速度，使金属下料流畅。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种新型fdm金属3d打印装置，本装置的打印喷头与热床采用感应加热的方式，加快金属溶解速度，使金属下料流畅。
6.本实用新型采用的技术方案如下：一种新型fdm金属3d打印装置,包括支撑架、打印喷头、热床、控制系统和给打印喷头上料的上料系统，所述支撑架为方形的框架结构，支撑架下端设有支撑本装置的支腿，z光轴通过轴座竖直固定于支撑架的前后两侧；上下滑块与z光轴滑动连接，上下滑块上开设有内螺纹孔，支撑架下端的前后两侧通过电机支座固定有上下电机，上下电机通过联轴器与丝杠固定，丝杠与上下滑块上的内螺纹孔配合连接；两个上下滑块之间设有两个y光轴，y光轴上滑动安装有打印滑块，y同步带电机通过电机支座固定于上下滑块的前侧，y同步带电机的电机轴上键连接有y同步轮，位于后侧的上下滑块上转动连接有y同步轮，y同步轮上配合连接有y同步带；y同步带的上端固定于打印滑块的左侧，打印滑块的右侧固定有打印喷头，上料系统为打印喷头上料；x光轴通过轴座水平固
定于支撑架左右两侧；热床下部通过滑套与x光轴滑动配合，支撑架的左侧下部通过电机支座固定有x同步带电机，x同步带电机的电机轴上键连接有x同步轮，支撑架的右侧下部转动连接有x同步轮，x同步轮上配合连接有x同步带；x同步带的上端与热床的下端固定；所述打印喷头与热床采用感应加热的方式；控制系统控制上下电机、y同步带电机、x同步带电机转动，同时控制打印喷头与热床的加热；所述x同步轮、x同步带、y同步轮、y同步带采用高温的齿轮和高温链条，所述支撑架、z光轴、y光轴、x光轴采用铝合金材质。
7.进一步，所述打印喷头包括喷嘴、感应线圈、翅片、耐热固定夹、压板、锁紧柱；所述喷嘴下侧为一个出料嘴，喷嘴的上侧为一个加热圆柱；感应线圈缠绕入加热圆柱上进行加热；压板下端为一圆柱空腔的连接杆，压板上侧为一圆柱型压片；压板的下端与喷嘴顶部螺纹配合；压板的连接杆上均匀穿有铝箔翅片，所述翅片为圆片状，翅片中间开设有翻边孔；每个翅片之间存在一定的间距；锁紧柱将打印喷头固定在打印滑块的右侧；所述耐热固定夹与打印滑块固定，耐热固定夹的下端设有圆弧形的线圈压板将感应线圈压紧。
8.具体的，所述热床包括箱体、隔热板、圆盘型加热线圈、米字夹、磁条、盖板；隔热板设置于箱体内部；米字夹与盖板配合，将圆盘型加热线圈固定；圆盘型加热线圈的上部与盖板的下表面接触；米字夹上镶嵌有磁条，磁条选用锰锌铁氧化磁条；盖板与箱体固定，盖板最好选用铝制材质。
9.控制系统包括：主控制板，与上下电机、y同步带电机、x同步带电机、圆盘型加热线圈、感应线圈、显示器、第一红外传感器、第二红外传感器分别连接，用于接收控制面板的控制信号，驱动上下电机、y同步带电机、x同步带电机移动，驱动圆盘型加热线圈、感应线圈的加热；控制面板，与主控制板电连接，传递控制信号给主控制板进行3d打印；第一红外传感器，与主控制板电连接，用于检测打印喷头的温度；第二红外传感器，与主控制板电连接，用于检测热床的温度。
10.本实用新型的有益效果在于：本装置的打印喷头与热床采用感应加热的方式，可以快速产生较高的温度，加快金属溶解速度，使金属下料流畅。
11.此外，本发明还具备如下特点：
12.1.在本身请中，所述x同步轮、x同步带、y同步轮、y同步带采用高温的齿轮和高温链条；减少产生温度产生形变的可能性。
13.2.所述支撑架、z光轴、y光轴、x光轴采用铝合金材质，增加整体结构的稳定性。
14.3.第一红外传感器，与主控制板电连接，用于检测打印喷头的温度；第二红外传感器，与主控制板电连接，用于检测热床的温度，检测热床与打印喷头的温度。
附图说明
15.图1为本实用新型的立体结构示意图。
16.图2为本实用新型的x同步带电机位置示意图。
17.图3为本实用新型的仰视结构示意图。
18.图4为上下滑块结构示意图。
19.图5为y同步轮、y同步带位置示意图。
20.图6为支撑架结构示意图。
21.图7为打印喷头结构示意图。
22.图8为喷嘴位置示意图。
23.图9为打印喷头爆炸结构示意图。
24.图10为热床爆炸结构示意图。
25.图11为控制系统示意图。
26.图中：支撑架1、打印喷头2、热床3、支腿4、z光轴5、上下滑块6、内螺纹孔7、上下电机8、丝杠9、y光轴10、打印滑块11、y同步带电机12、y同步轮13、y同步带14、x光轴15、滑套16、x同步带电机17、x同步轮18、x同步带19、喷嘴20、感应线圈21、翅片22、耐热固定夹23、压板24、锁紧柱25、箱体26、隔热板27、圆盘型加热线圈28、米字夹29、磁条30、盖板31。
具体实施方式
27.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.结合图1至图7对本实用新型作进一步详细说明，一种新型fdm金属3d打印装置，其原理结构如下。
30.一种新型fdm金属3d打印装置,包括支撑架1、打印喷头2、热床3、控制系统和给打印喷头上料的上料系统，上料系统可以是送料滚轮，也可以是送料推杆，对上料系统采用现有的方式，上料方式不做具体的限制；当然设备内也有必要的降温装置；所述支撑架1为方形的框架结构，支撑架1下端设有支撑本装置的支腿4，z光轴5通过轴座竖直固定于支撑架1的前后两侧；上下滑块6与z光轴5滑动连接，上下滑块6上开设有内螺纹孔7，支撑架1下端的前后两侧通过电机支座固定有上下电机8，上下电机8通过联轴器与丝杠9固定，丝杠9与上下滑块6上的内螺纹孔7配合连接，上下电机8驱动丝杠9转动，从而带动上下滑块6沿着z光轴6上下移动，实现z坐标的定位；两个上下滑块6之间设有两个y光轴10，y光轴10上滑动安装有打印滑块11，y同步带电机12通过电机支座固定于上下滑块11的前侧，y同步带电机12的电机轴上键连接有y同步轮13，位于后侧的上下滑块6上转动连接有y同步轮13，y同步轮13上配合连接有y同步带14；y同步带14的上端固定于打印滑块11的左侧，打印滑块11的右侧固定有打印喷头2；y同步带电机12转动，带动y同步带14运动，由于y同步带14的一端与打印滑块11固定，y同步带14会拉着打印滑块11沿着y光轴10移动，实现y坐标的定位；x光轴15通过轴座水平固定于支撑架1左右两侧；热床3下部通过滑套16与x光轴15滑动配合，支撑架1的左侧下部通过电机支座固定有x同步带电机17，x同步带电机17的电机轴上键连接有x同步轮18，支撑架1的右侧下部转动连接有x同步轮18，x同步轮18上配合连接有x同步带19；x同步带19的上端与热床3的下端固定；x同步带电机17转动，带动x同步带19运动，由于x同步带19的一端与热床3固定，x同步带19会拉着热床3沿着x光轴15移动，实现x坐标的定位；所述打印喷头2与热床3采用感应加热的方式，可以快速产生较高的温度，加快金属溶解速度，使金属下料流畅；控制系统控制上下电机8、y同步带电机12、x同步带电机17转动，同时控制
打印喷头2与热床3的加热；考虑到需要对金属进行3d打印，打印空间内的温度较高，所述x同步轮18、x同步带19、y同步轮13、y同步带14采用高温的齿轮和高温链条，由于在长时间的高温状态下，打印机的某些支撑件会受热变形；所述支撑架1、z光轴5、y光轴10、x光轴15采用铝合金材质；本装置的支撑架1结构是基于i3结构和corexy结构的综合设计，在与zvs(高频电磁加热系统)结合产物；由于在长时间的高温状态下，打印机的某些支撑件会受热变形，所以才支撑架1选择了i3与corexy的综合设计，同时改变了以往靠电阻丝发热而达到加热方式，本装置的打印喷头2与热床3采用感应加热的方式，加快金属溶解速度，使金属下料流畅。
31.在本申请中，所述打印喷头2包括喷嘴20、感应线圈21、翅片22、耐热固定夹23、压板24、锁紧柱25；所述喷嘴20下侧为一个出料嘴，喷嘴20的上侧为一个加热圆柱；感应线圈21缠绕入加热圆柱上对喷嘴20进行加热；压板24下端为一圆柱空腔的连接杆，压板24上侧为一圆柱型压片；压板35的下端与喷嘴20顶部螺纹配合；压板24的连接杆上均匀穿有铝箔翅片22，所述翅片22为圆片状，翅片中间开设有翻边孔，每个翅片22之间存在一定的间距方便进行散热；锁紧柱25将打印喷头2固定在打印滑块11的右侧；所述耐热固定夹23上端与打印滑块11固定，耐热固定夹23的下端设有圆弧形的线圈压板将感应线圈21压紧；上料系统给打印喷头2上料，当然打印喷头出还有必要的水冷或者风扇的散热措施。
32.在本申请中，热床包括箱体26、隔热板27、圆盘型加热线圈28、米字夹29、磁条30、盖板31；隔热板27设置于箱体26内部；米字夹29与盖板31配合，将圆盘型加热线圈28固定；圆盘型加热线圈28的上部与盖板31的下表面接触；米字夹29上镶嵌有磁条30，磁条30选用锰锌铁氧化磁条，对线圈的磁场进行干扰，降低箱体下部的温度；盖板31整体与箱体26进行固定；盖板31最好选用铝制材质。
33.控制系统包括：主控制板，与上下电机、y同步带电机、x同步带电机、圆盘型加热线圈、感应线圈、显示器、第一红外传感器、第二红外传感器分别连接，用于接收控制面板的控制信号，驱动上下电机、y同步带电机、x同步带电机移动，驱动圆盘型加热线圈、感应线圈的加热；控制面板，与主控制板电连接，传递控制信号给主控制板进行3d打印；第一红外传感器，与主控制板电连接，用于检测打印喷头2的温度；第二红外传感器，与主控制板电连接，用于检测热床3的温度；控制系统控制上下电机8、y同步带电机12、x同步带电机17转动，同时控制打印喷头2与热床3的加热；x同步带电机17转动，带动x同步带19运动，由于x同步带19的一端与热床3固定，x同步带19会拉着热床3沿着x光轴15移动，实现x坐标的定位；y同步带电机12转动，带动y同步带14运动，由于y同步带14的一端与打印滑块11固定，y同步带14会拉着打印滑块11沿着y光轴10移动，实现y坐标的定位；上下电机8驱动丝杠9转动，从而带动上下滑块6沿着z光轴6上下移动，实现z坐标的定位。
34.尽管参照前述实例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。