高温金属熔融液滴喷头、3D打印机及其控制方法

本发明涉及3d打印机，具体而言，涉及一种高温金属熔融液滴喷头、3d打印机及其控制方法。

背景技术：

1、3d打印机是一种能够将金属、陶瓷或者塑料等打印原材料通过逐渐累加的方式，最后构造成所需形状物体的设备，在各类型打印原材料中，金属材料是应用最为广泛的材料。而喷头是金属3d打印机的重要组成部分，其主要起到加热金属至熔融态再滴落至打印平台以形成零件的作用。

2、目前喷头通常采用坩埚的形式，金属在坩埚内被加热至熔融态后会自然滴落至打印平台，但这种形式的喷头难以控制金属熔融液滴的具体形成和滴落过程，容易发生熔融金属堵塞和溢出的问题，影响打印质量和效率。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是：如何提高打印质量和效率。

2、为解决上述问题，本发明提供一种高温金属熔融液滴喷头，包括喷头主体以及喷嘴，所述喷头主体上形成有上下贯通的送丝通道，所述送丝通道的部分壁部设置为感应加热部，所述喷嘴设于所述送丝通道，且与所述感应加热部相接触设置，所述喷嘴上开设有上下贯通的滴液孔，所述滴液孔呈倒锥形设置，所述感应加热部用于被感应加热，以传热至所述喷嘴而加热所述滴液孔内的金属丝。

3、与现有技术相比，本发明提供的一种高温金属熔融液滴喷头，具有但不局限于以下技术效果：

4、本发明提供的高温金属熔融液滴喷头中，通过在喷头主体上形成上下贯通的送丝通道，并在设于送丝通道内的喷嘴上开设上下贯通的滴液孔，由此，以便送丝通道和滴液孔构成金属丝的主要穿设区域，金属丝由上往下被送入喷头过程中，其会先由送丝通道的上端口进入送丝通道，最后穿进送丝通道内的喷嘴的滴液孔内。这样，需生成金属液滴时，控制金属丝进入喷头主体的送丝通道直至伸进滴液孔，受到喷嘴的接触传热作用，金属丝处于滴液孔内的头部会优先发生熔融并集聚在滴液孔内，此时，因为滴液孔的倒锥形设计，熔融金属不会直接掉出滴液孔，这时，可以根据需要控制金属丝移动而迫使熔融金属流出滴液孔，以便熔融金属在滴液孔的下端口形成液滴并滴落，由此使得金属液滴可以按需生成，易于控制金属液滴的形成和滴落，不易发生熔融金属堵塞和溢出的问题，提高打印质量和效率。

5、可选地，所述喷头主体包括上盖、下盖、连接螺栓、连接螺母以及连接体，所述上盖与所述下盖上下间隔设置，所述上盖和所述下盖分设有同轴设置的第一过孔和第二过孔，所述连接螺栓穿过所述第一过孔和所述第二过孔，所述连接螺母连接在所述连接螺栓上，以使所述上盖与所述下盖固连，所述连接体夹设在所述上盖与所述下盖之间，所述送丝通道包括形成于所述上盖的进丝孔、形成于所述连接体的加热孔以及形成于所述下盖的滴落孔。

6、可选地，所述连接体包括上下连接的上导向柱和底板，所述底板构成所述感应加热部，所述加热孔包括形成于所述上导向柱的上孔和形成于所述底板的下孔，所述喷嘴设于所述上孔和所述下孔的连接处。

7、可选地，所述喷嘴的周壁设有环形筋，所述上孔和所述下孔的连接处设有与所述环形筋嵌设配合的环形槽。

8、可选地，所述上盖、所述下盖和所述上导向柱的材质包括石英，所述连接螺栓和所述连接螺母的材质包括陶瓷，所述底板的材质包括石墨，所述喷嘴的材质包括碳化钨。

9、可选地，所述喷嘴的下端伸至所述滴落孔内，所述下孔的孔径小于所述滴落孔的孔径。

10、本发明还提供一种3d打印机，包括机架、打印平台、送丝机、感应加热器以及如上所述的高温金属熔融液滴喷头，所述打印平台设于所述机架，所述送丝机设于所述机架，且位于所述打印平台的上方，所述感应加热器设于所述机架，所述感应加热器的感应加热线圈伸至所述打印平台和所述送丝机之间，所述感应加热线圈呈环状设置，且其轴向沿上下向延伸，所述高温金属熔融液滴喷头穿设于所述感应加热线圈。

11、可选地，所述高温金属熔融液滴喷头的感应加热部相对于所述打印平台的高度与所述感应加热线圈相对于所述打印平台的高度相等。

12、与现有技术相比，本发明提供的一种3d打印机，具有但不局限于以下技术效果：

13、本发明提供的3d打印机中，通过将打印平台设于机架，以便熔融液滴滴落沉积，以形成打印零件；通过将送丝机设于机架，且位于打印平台的上方，以向高温金属熔融液滴喷头内供给金属丝；通过将感应加热器设于机架，感应加热器的感应加热线圈伸至打印平台和送丝机之间，且高温金属熔融液滴喷头穿设于感应加热线圈，以便感应加热高温金属熔融液滴喷头的感应加热部。如此，使用本打印机进行3d打印时，可先利用感应加热器对感应加热部进行感应加热，以传热至喷嘴，然后利用送丝机将金属丝送入喷头主体的送丝通道直至伸进滴液孔，使得金属丝头部熔化在滴液孔内，熔融液滴从喷嘴的滴液孔的下端口滴落至打印平台，重复控制熔融液滴在打印平台上滴落沉积，即可完成打印，金属液滴的形成和滴落易于控制，打印质量和效率高。

14、本发明还提供一种基于如上所述的3d打印机的控制方法，包括：

15、通过感应加热器对感应加热部进行感应加热，以传热至喷嘴；

16、通过送丝机将金属丝送入喷头主体的送丝通道直至伸进所述喷嘴的滴液孔，以使所述金属丝接触所述喷嘴而被加热；

17、当所述金属丝处于所述滴液孔内的头部熔融时，通过所述送丝机向下进给所述金属丝，直至在所述滴液孔的下端口处形成熔融液滴；

18、通过所述送丝机向上收回所述金属丝，直至所述熔融液滴从所述滴液孔的下端口处滴落。

19、可选地，在所述通过送丝机将金属丝送入喷头主体的送丝通道直至伸进所述喷嘴的滴液孔，以使所述金属丝接触所述喷嘴而被加热之前，还包括：

20、将打印平台加热至预设温度。

21、与现有技术相比，本发明提供的一种3d打印机的控制方法，具有但不局限于以下技术效果：

22、本发明提供的3d打印机的控制方法中，通过送丝机向下进给可以加速熔融液滴成型，通过送丝机向上收回可以加速熔融液滴断裂以滴落，也即，熔融液滴的成型和滴落更快，效率更高。

技术特征：

1.一种高温金属熔融液滴喷头(10)，其特征在于，包括喷头主体(1)以及喷嘴(2)，所述喷头主体(1)上形成有上下贯通的送丝通道(3)，所述送丝通道(3)的部分壁部设置为感应加热部，所述喷嘴(2)设于所述送丝通道(3)，且与所述感应加热部相接触设置，所述喷嘴(2)上开设有上下贯通的滴液孔(21)，所述滴液孔(21)呈倒锥形设置，所述感应加热部用于被感应加热，以传热至所述喷嘴(2)而加热所述滴液孔(21)内的金属丝。

2.根据权利要求1所述的高温金属熔融液滴喷头(10)，其特征在于，所述喷头主体(1)包括上盖(11)、下盖(12)、连接螺栓(13)、连接螺母(14)以及连接体(15)，所述上盖(11)与所述下盖(12)上下间隔设置，所述上盖(11)和所述下盖(12)分设有同轴设置的第一过孔(111)和第二过孔(121)，所述连接螺栓(13)穿过所述第一过孔(111)和所述第二过孔(121)，所述连接螺母(14)连接在所述连接螺栓(13)上，以使所述上盖(11)与所述下盖(12)固连，所述连接体(15)夹设在所述上盖(11)与所述下盖(12)之间，所述送丝通道(3)包括形成于所述上盖(11)的进丝孔(31)、形成于所述连接体(15)的加热孔(32)以及形成于所述下盖(12)的滴落孔(33)。

3.根据权利要求2所述的高温金属熔融液滴喷头(10)，其特征在于，所述连接体(15)包括上下连接的上导向柱(151)和底板(152)，所述底板(152)构成所述感应加热部，所述加热孔(32)包括形成于所述上导向柱(151)的上孔(321)和形成于所述底板(152)的下孔(322)，所述喷嘴(2)设于所述上孔(321)和所述下孔(322)的连接处。

4.根据权利要求3所述的高温金属熔融液滴喷头(10)，其特征在于，所述喷嘴(2)的周壁设有环形筋(22)，所述上孔(321)和所述下孔(322)的连接处设有与所述环形筋(22)嵌设配合的环形槽(153)。

5.根据权利要求3所述的高温金属熔融液滴喷头(10)，其特征在于，所述上盖(11)、所述下盖(12)和所述上导向柱(151)的材质包括石英，所述连接螺栓(13)和所述连接螺母(14)的材质包括陶瓷，所述底板(152)的材质包括石墨，所述喷嘴(2)的材质包括碳化钨。

6.根据权利要求3所述的高温金属熔融液滴喷头(10)，其特征在于，所述喷嘴(2)的下端伸至所述滴落孔(33)内，所述下孔(322)的孔径小于所述滴落孔(33)的孔径。

7.一种3d打印机，其特征在于，包括机架(20)、打印平台(30)、送丝机(40)、感应加热器(50)以及如权利要求1至6任一项所述的高温金属熔融液滴喷头(10)，所述打印平台(30)设于所述机架(20)，所述送丝机(40)设于所述机架(20)，且位于所述打印平台(30)的上方，所述感应加热器(50)设于所述机架(20)，所述感应加热器(50)的感应加热线圈(501)伸至所述打印平台(30)和所述送丝机(40)之间，所述感应加热线圈(501)呈环状设置，且其轴向沿上下向延伸，所述高温金属熔融液滴喷头(10)穿设于所述感应加热线圈(501)。

8.根据权利要求7所述的3d打印机，其特征在于，所述高温金属熔融液滴喷头(10)的感应加热部相对于所述打印平台(30)的高度与所述感应加热线圈(501)相对于所述打印平台(30)的高度相等。

9.一种基于如权利要求7或8所述的3d打印机的控制方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的3d打印机的控制方法，其特征在于，在所述通过送丝机(40)将金属丝送入喷头主体(1)的送丝通道(3)直至伸进所述喷嘴(2)的滴液孔(21)，以使所述金属丝接触所述喷嘴(2)而被加热之前，还包括：

技术总结
本发明提供了一种高温金属熔融液滴喷头、3D打印机及其控制方法，涉及3D打印机技术领域，所述高温金属熔融液滴喷头包括喷头主体以及喷嘴，所述喷头主体上形成有上下贯通的送丝通道，所述送丝通道的部分壁部设置为感应加热部，所述喷嘴设于所述送丝通道，且与所述感应加热部相接触设置，所述喷嘴上开设有上下贯通的滴液孔，所述滴液孔呈倒锥形设置，所述感应加热部用于被感应加热，以传热至所述喷嘴而加热所述滴液孔内的金属丝。本发明的高温金属熔融液滴喷头易于控制金属液滴的形成和滴落，不易发生熔融金属堵塞和溢出的问题，提高打印质量和效率。

技术研发人员：亚当·鲁什沃思,里卡多·大卫·卡斯特罗·博萨诺,李一冉,王乙栋,陈浩,解克各,贾富华
受保护的技术使用者：宁波诺丁汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17