一种混合料浆3d打印装置及其打印成形方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种混合料浆3D打印装置以及使用所述3D打印装置的打印成形方法。
【背景技术】
[0002]3D打印技术的出现，为制造形状复杂的零件提供一种有效的方法。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的工艺就可以得到形状复杂的最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反应工程。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。
[0003]在3D打印中，选区激光烧结(SLS)或电子束选区熔化(EBM)能将金属粉末直接打印烧结成最终零件，对于金属钛和不锈钢已经获得成功应用。但对于陶瓷以及复合材料这些应用广泛的材料体系，SLS或EBM无法实现。熔丝堆积法(FDM)法是一种最为便捷的工艺，能将塑料丝直接打印成产品。随着FDM技术进展，其3D打印成形精度和表面光洁度等指标也都达到了较高的水平。现有的FDM只是成形塑料等有机制品。
[0004]在现有技术中，3D打印的材料体系很有限。塑料等有机物种类的3D打印已经较为成熟，其3D打印机的成本较低，打印的产品在模型制造、模具制造等方面有广泛应用。金属类的3D打印需要用到高功率激光器，设备投资大，并且所用的材料体系仅是有限的几种金属合金，像钛合金、不锈钢，成形过程中将材料熔化或烧结。对于陶瓷，由于其本身耐热冲击性的局限，不能使用激光器直接加热烧结。对于复合材料，也不适用于激光烧结。这些材料体系还没有适用的3D打印成形装置。
[0005]在普通的办公用的喷墨打印机中，可以将墨水直接打印出来。墨水即为一种混合溶液，其中包括溶剂以及墨粉和其它添加剂。将各种粉末与粘结剂混合成料浆，借助3D打印机成形，经后续加热处理得到最终零件，将使3D打印材料体系明显扩宽。但这种情况下，目前还没有适合的3D打印机。
【发明内容】
[0006]为克服现有的3D打印装备的不足，本发明提供一种将各种粉末与粘结剂混合成料浆，并使用该混合浆料进行3D打印机成形的混合料浆3D打印装置以及使用所述3D打印装置制备零件的方法，大大拓展了应用3D成形的材料领域。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种混合料浆3D打印装置，所述3D打印装置使用液态有机物为载体，将现有3D打印中难以处理的金属粉末、陶瓷粉末或复合材料粉末与液态载体混合成料浆打印固化得到坯体，所述3D打印装置包括:控制系统、物料供给系统、混合系统以及三轴运动系统，所述控制系统分别与所述物料供给系统、混合系统和三轴运动系统连接并控制其动作，所述物料供给系统、混合系统、三轴运动系统顺次连接。
[0008]进一步的，所述控制系统包括:显示屏、主机和输出/输入接口，所述显示屏与所述主机连接，所述主机上设有多个输出/输入接口，所述多个输出/输入接口分别连接所述物料供给系统、混合系统和三轴运动系统。
[0009]进一步的，所述物料供给系统包括料浆供给组件和固化剂供给组件，所述料浆供给组件包括:第一电机、第一压力计、料浆罐、料浆搅拌器、料浆输送泵、第二电机、料浆输送管、第一压缩空气入口、料浆罐密封盖、料浆罐出口、料浆旁路阀和料浆旁路管，所述料浆罐密封盖设置于所述料浆罐顶部，所述料浆罐密封盖上设有所述第一电机、第一压力计和第一压缩空气入口，所述第一电机一端与所述输出/输入接口连接，另一端与所述料浆搅拌器连接，所述料浆搅拌器置于所述料浆罐内部，所述料浆罐底部设有所述料浆罐出口，所述料浆罐出口通过第一管路与所述料浆输送泵一端连接，所述料浆输送泵另一端与所述料浆输送管一端连接，所述料浆输送管一端与所述混合系统连接，所述料浆输送泵与所述第二电机一端连接，所述第二电机另一端与所述输出/输入接口连接，所述料浆旁路管连接所述第一管路与所述料浆输送管，所述料浆旁路管上设有料浆旁路阀。
[0010]进一步的，所述固化剂供给组件包括:第二压力计、固化剂罐、固化剂罐出口、固化剂旁路阀、固化剂旁路管、固化剂输送管、第二压缩空气入口、固化剂罐密封盖、固化剂输送泵、第三电机，所述固化剂罐密封盖设置于所述固化剂罐顶端，所述固化剂罐密封盖上设置有所述第二压力计和所述第二压缩空气入口，所述固化剂罐底部设有所述固化剂罐出口，所述固化剂罐出口通过第二管路与所述固化剂输送泵一端连接，所述固化剂输送泵另一端与所述固化剂输送管一端连接，所述固化剂输送管另一端与所述混合系统连接，所述固化剂输送泵与所述第三电机一端连接，所述第三电机另一端与所述输出/输入接口连接，所述固化剂旁路管连接所述第二管路与所述固化剂输送管，所述固化剂旁路管上设有所述固化剂芳路阀。
[0011]进一步的，所述混合系统包括:第四电机、混合罐、螺旋搅拌器、混合料输送管、固化剂入口、料浆入口，所述螺旋搅拌器置于所述混合罐内部，所述螺旋搅拌器与所述第四电机一端连接，所述第四电机另一端与所述输出/输入接口连接，所述固化剂入口与所述固化剂输送管连接，所述料浆入口与所述料浆输送管连接，所述固化剂入口和所述料浆入口分别接入混合罐，所述料浆和固化剂分别通过料浆入口和固化剂入口输入混合罐，所述混合罐底部与混合料输送管一端连接，所述混合料输送管另一端与所述三轴运动系统连接。
[0012]进一步的，所述三轴运动系统包括:混合料导管、框架、打印头、零件平台、Z轴运动机构、Y轴运动机构和X轴运动机构和底座，所述框架、零件平台设置于所述底座上，所述零件平台连接所述X轴运动机构，所述Z轴运动机构设置于所述框架上，所述Y轴运动机构设置于所述Z轴运动机构上，所述打印头设置于所述Y轴运动机构上，所述打印头与所述混合料导管连接，所述混合料导管与所述混合料输送管连接。
[0013]一种混合料浆3D打印成形方法，其特征在于包括如下步骤:
(1)将粉末原料与树脂液混合均匀装入所述的3D打印装置的料浆罐中，启动料浆搅拌器，借助压缩空气压力或通过料浆输送泵将料浆定量输送到混合罐；
(2)将固化剂装入所述的3D打印装置的固化剂罐中，借助压缩空气压力或通过固化剂输送泵将固化剂定量输送到混合罐；
(3)启动螺旋搅拌器303，将料浆和固化剂混合均匀并输送到打印头；
(4)根据零件图纸由所述的3D打印装置的控制系统控制三轴运动系统打印成形得到零件坯体；
(5)将零件坯体加热脱除树脂，并继续加热烧结得到最终零件。
[0014]与现有3D打印装置相比，本发明装置适于将金属粉末、陶瓷粉末以及复合材料粉末，以液态有机物为载体，通过3D打印成形为复杂形状。这将大大拓展应用3D成形的材料领域。并且由于没有激光器等高成本的装置，因此本发明装置成本低，适于大范围推广使用。同时，本发明方法适于金属、陶瓷或者是金属与陶瓷的复合材料。例如，不锈钢、钛合金、铝合金等金属材料，氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等陶瓷材料，以及TiC - Ni/Mo、SiC - Al等金属陶瓷复合材料，可以采用本发明方法方便地制造这些形状复杂的、难加工的材料。
【附图说明】
[0015]图1是本发明3D打印装置的示意图；
图2是本发明3D打印装置的控制系统的示意图；
图3是本发明3D打印装置的料浆供给组件的示意图；
图4是本发明3D打印装置的固化剂供给组件的示意图；
图5是本发明3D打印装置的混合系统的示意图；
图6是本发明3D打印装置的三轴运动系统的示意图。
[0016]
【具体实施方式】