CN103878370A - 一种金属3d打印机生产设备 - Google Patents
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Abstract
一种金属3D打印机生产设备，结构主要包括金属丝材料盘1，金属丝材送料机构2，金属丝材导管3，保温材料4，高频感应器5，高频电源，高温耐火材料束流管6，冷却气体喷嘴结构7，产品构建工作平台，X轴轨道及驱动伺服电机，Y轴轨道及驱动伺服电机，Z轴丝杆轨道及驱动伺服电机，密闭容器以及综合控制系统组成；其特征在于根据产品三维模型分层数据控制的打印路径，产品构建工作平台在打印软件及控制系统驱动下分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现金属零部件的3D打印生产，可生产任意三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件，整个金属3D打印系统设置在一气密室内，根据生产工艺条件，可以在保护气氛下工作或大气环境下工作；本发明的有益效果是：提供了一种金属3D打印的设备技术，使打印机构造简化，打印生产成本减低，并使生产出的金属产品机械性能大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印机制造领域的装备技术，该打印机装备可以以低成本方式生产三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件，是一种极具发展前景的全新生产制造方式。
背景技术
3D打印生产技术属于近净成型增材制造技术的一种，其原理为由软件把计算机设计的三维零部件实体图分解成若干层平面切片，通过各种技术实施方式的3D打印机打印输出，生产不同材质的所需复杂零部件；因其柔性化、客制化、快速近净成型生产结构复杂的不同材质零部件的俱多优点，成为一种极具发展前景的增材制造技术，特别在设计制造一体化整体成型、直接生产高性能复杂金属零部件整体模块方面拥有特殊优势。
目前类似3D打印近净成型增材制造制造技术在全世界得以飞速发展，已初步商用化的生产方法主要有激光熔融堆积成型法、选择性激光烧结法、选择性电子束烧结法、低温热融堆积成型法等。
3D打印低温热融堆积成型法工艺技术是采用低温热融打印喷头，将熔融流动态的热塑性高分子材料按计算机设计的三维产品模型分层数据控制的打印路径挤压沉积在特定位置，热塑性材料冷却固化，逐层堆积成型产品。通常的低温热融堆积成型法3D打印增材成型只能使用PLA或ABS等热塑性高分子材料生产各种模型产品。
而金属采用激光高温熔融层积法或选择性激光高温烧结法实现3D打印成型。由于金属熔化或烧结温度高，用激光成型法所使用的激光发生器功率大，一般在200W以上，高功率激光器生产技术难度大，成本昂贵，大规模商用投资大，门槛高。所以，开发一种低成本的3D打印设备是成为现实3D打印生产金属零部件产品的必有之路。
发明内容
为了解决当前金属3D打印技术和设备，特别是金属激光烧结方式和激光熔融堆积方式3D打印机技术的上述高成本缺陷，本发明开发出一种金属丝状原材料熔融挤出束流浇注、三维堆积成型产品的3D打印新方式和设备。本发明提供了一种全新金属3D打印实施技术路经，由此开发出的金属打印生产设备相比具备了构造简化成本减低的优势，此原材料熔融挤出浇注堆积成型产品的技术实施方式，使打印生产出的金属产品机械性能大大提高。
本发明实施的技术方案是:金属丝状原材料在通过由耐高温材料等组成的打印头模块时，打印头模块中高频感应器加热熔化金属丝材，使金属丝材变成具有流动性的液态或半液态状从打印头模块中挤出，金属熔融挤出束流速度和脉冲浇注量由设备控制系统控制金属丝材输送速度和脉冲供给量决定，打印头按计算机设计的三维产品模型分层数据控制的路径浇注金属熔融束流堆积在特定位置，金属液冷却凝固，这样逐层堆积成型生产出各种材质的高性能三维结构任意复杂金属零部件产品；这种3D打印机结构包括：金属丝料材盘，金属丝材送料机构，金属丝材导管，高频电源，由高频感应器、保温材料、高温耐火材料束流管等组成的打印头模块，以及产品堆积工作平台，金属冷却凝固系统和设备运行控制系统等组成；工作平台主要又包括X轴轨道及其驱动伺服电机，Y轴轨道及其驱动伺服电机，Z轴丝杆轨道及其驱动伺服电机等组成，整个金属3D打印系统设置在一气密室内，根据生产工艺条件，可以在保护气氛下或大气环境下工作，金属丝在高频感应下加热熔化成金属熔液，金属丝材送料机构由设备运行控制系统控制把金属丝材脉冲式输入打印头模块中的高温耐火材料束流管，同时不断挤出金属熔融束流，浇注冷却凝固层层堆积在产品构建工作平台上；根据产品三维模型分层数据控制的打印路径，产品构建工作平台在打印软件及控制系统驱动下分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现金属物件的3D打印，可生产任意三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件，本装置可以采用固定打印头，由工作平台分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现物体的3D打印，这种结构形式可以方便的实施三维形状复杂的各种小型金属零部件规模化生产，尤其适合大型金属整体构件的3D打印生产制造。
也可以设计成由高频感应器、保温材料、高温耐火材料束流管等组成的打印头模块作X、Y轴运动，成型工作平台作Z轴运动来实现3D打印成型生产产品功能。
下面结合本发明实施例中的附图做具体的描述。
附图说明
图1是本发明案例打印模块原理图
图2是本发明案例的结构图
图中：1.金属丝材料盘 ；2.金属丝材送料机构；3.金属丝材导管； 4.保温材料 5.高频感应器 ；6.高温耐火材料束流管；7.冷却气体喷嘴结构 ；8.高频电源；9.产品构建工作平台；10.X轴轨道及驱动伺服电机 ；11.Y轴轨道及驱动伺服电机；12.Z轴丝杆轨道及驱动伺服电机； 13.密闭容器。
具体实施方式
本实施例用于说明该金属3D打印机生产设备的工作原理。
这种金属3D打印机结构主要包括金属丝材料盘，金属丝材送料机构，金属丝材导管，保温材料，高频感应器，高频电源，高温耐火材料束流管，冷却气体喷嘴结构，产品构建工作平台，X轴轨道及驱动伺服电机，Y轴轨道及驱动伺服电机，Z轴丝杆轨道及驱动伺服电机，密闭容器以及控制分析系统组成。根据产品三维模型分层数据控制的打印路径，产品构建工作平台在打印软件及控制系统驱动下分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现金属零部件的3D打印生产，可生产任意三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件，整个金属3D打印系统设置在一气密室内，根据生产工艺条件，可以在保护气氛下工作或大气环境下工作。
金属丝送料机构2的伺服电机和输送齿轮根据设备控制系统发送的脉冲数据信号，通过金属丝材导管3把金属丝盘1上的打印用金属丝材原材料送入由保温材料4,高频感应器5，高温耐火材料束流管6冷却气体喷嘴结构7等组成的打印头模块中（图2虚线框内所述结构），金属丝材在高温耐火材料束流管6中被高频感应器5加热熔化成流动性的液态或者半液态状，又在后续送入的金属丝材的挤压下从高温耐火材料束流管6中挤出成设定直径大小的金属熔融束流，从打印头模块中挤出的金属熔融束流速度和脉冲挤出浇注量是由设备控制系统控制丝材输送速度和脉冲供给量决定的，这样按照计算机设计的产品三维模型分层数据控制的路径，金属熔融束流浇注冷却凝固，层层堆积在做三维运动的产品构建工作平台9上，金属冷却凝固速度由冷却气体喷嘴7控制；产品构建工作平台9主要又包括X轴轨道及其驱动伺服电机10、Y轴轨道及其驱动伺服电机11、Z轴丝杆轨道及其驱动伺服电机12等组成，产品构建工作平台9上铺放耐高温材料板或设置水冷或气体冷却装置，防止工作时高温损毁，整个金属3D打印系统设置在一密闭容器13内，根据生产工艺条件，可以在保护气氛下或大气环境下工作。
根据产品三维模型分层数据控制的打印路径，产品构建工作平台9在打印软件及运行控制系统驱动下分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现金属物件的3D打印，可生产任意三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件。
本装置可以采用固定打印头模块（图2虚线框内所述结构），由产品构建工作平台9分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现物体的3D打印，这种结构形式可以方便的实施三维形状复杂的各种小型金属零部件规模化生产，尤其适合大型复杂金属整体构件的3D打印生产制造。
也可以设计成由保温材料4,高频感应器5，高温耐火材料束流管6，冷却气体喷嘴结构7等组成的打印头模块（图2虚线框内所述结构）作X、Y轴运动，产品构建工作平台9作Z轴运动来实现3D打印成型生产产品功能。
Claims (8)
1.一种金属3D打印机生产设备技术，根据产品三维模型分层数据控制的打印路径，产品构建工作平台在打印软件及控制系统驱动下分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现金属零部件的3D打印生产，可生产任意三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件，整个金属3D打印系统设置在一气密室内，根据生产工艺条件，可以在保护气氛下工作或大气环境下工作。
2.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：结构主要包括金属丝材料盘，金属丝材送料机构，金属丝材导管，保温材料，高频感应器，高频电源，高温耐火材料束流管，冷却气体喷嘴结构，产品构建工作平台，X轴轨道及驱动伺服电机，Y轴轨道及驱动伺服电机，Z轴丝杆轨道及驱动伺服电机，密闭容器以及控制分析系统。
3.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：金属丝送料机构的伺服电机和输送齿轮根据设备控制系统发送的脉冲数据信号，通过金属丝材导管把金属丝盘上的打印用金属丝材原材料送入由保温材料,高频感应器，高温耐火材料束流管，冷却气体喷嘴结构等组成的打印头模块中，金属丝材在高温耐火材料束流管中被高频感应器加热熔化成流动性的液态或者半液态状，又在后续送入的金属丝材的挤压下从高温耐火材料束流管中挤出成设定直径大小的金属熔融束流。
4.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：从打印头模块中挤出的金属熔融束流速度和脉冲挤出浇注量是由设备控制系统控制丝材输送速度和脉冲供给量决定的，这样按照计算机设计的产品三维模型分层数据控制的路径，金属熔融束流浇注冷却凝固，层层堆积在做三维运动的产品构建工作平台上，金属冷却凝固速度由冷却气体喷嘴控制。
5.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：产品构建工作平台主要又包括X轴轨道及其驱动伺服电机、Y轴轨道及其驱动伺服电机、Z轴丝杆轨道及其驱动伺服电机等组成，产品构建工作平台上铺放耐高温材料板或设置水冷或气体冷却装置，防止工作时高温损毁。
6.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：根据产品三维模型分层数据控制的打印路径，产品构建工作平台在打印软件及运行控制系统驱动下分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现金属物件的3D打印，可生产任意三维形状复杂的小型金属零部件和大型金属整体构件。
7.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：本装置可以采用固定打印头模块，由产品构建工作平台分别做X，Y，Z轴的三维运动方式来实现物体的3D打印，这种结构形式可以方便的实施三维形状复杂的各种小型金属零部件规模化生产，尤其适合大型复杂金属整体构件的3D打印生产制造。
8.如权利要求1所述的一种金属3D打印机生产设备，其特征为：也可以设计成由保温材料，高频感应器，高温耐火材料束流管，冷却气体喷嘴结构等组成的打印头模块作X、Y轴运动，产品构建工作平台作Z轴运动来实现3D打印成型生产产品功能。
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