CN105108145A - 一种用于金属熔体微涂覆的喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于金属熔体微涂覆的喷头，它包括喷头主体及设置于喷头主体一端的喷嘴部件，通过熔炉旋合螺纹旋合熔炼炉，使熔融的金属液体由熔炼炉通过喷头的内腔、喷嘴部分的小孔流出，金属熔体喷嘴下方的三维运动的基板上形成金属薄层。加热装置由电阻丝和陶瓷绝缘套组成，缠绕在喷头防滑凹槽上。通电后喷头加热装置的电阻丝发热，可以解决喷头散热面积大导致的内腔金属液凝固的问题。喷头为分体式结构，由于熔体流出孔的直径很小，容易损坏，分体结构方便易损坏的喷嘴部分的更换而不必对整个喷头进行更换。本发明的结构合理，制作成本低，弥补了金属熔体容易凝固，损坏时更换修复不便等缺陷。

Description

一种用于金属熔体微涂覆的喷头

技术领域

本发明涉及一种3D打印时所用的喷头，特别涉及一种用于金属熔体微涂覆时防止内腔金属凝固的喷头。

背景技术

金属熔体微涂覆是增材制造的一个分类，它无需价格昂贵的激光器，运行成本低，可靠性高，是一种前景广阔的金属产品高效制造技术。通过微液滴在基板上逐步堆积成三维结构,可广泛应用于各种金属零部件和功能器件的制作,是数字化制造的一个重要发展方向。喷头在系统中起着引导熔体流出、控制熔体流量的作用，喷头的好坏将直接影响着成型件的内部和表面质量。

现有的喷头多是基于熔融沉积成型，无法应用于金属熔体微涂覆平台，必须设计一种新的喷头来实现这种工艺，避免金属液体凝固，损坏时方便更换修复。

发明内容

本发明的目的就是针对现有产品存在的上述缺陷，提供一种可应用于金属熔体微涂覆的喷头，通过改变其结构，使其与上方熔炼炉和下方的三维运动基板配合更加紧密，结构合理，制作成本低，弥补了现有喷头金属液体容易凝固，损坏时更换修复不便等缺陷。

为了解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：

一种用于金属熔体微涂覆的喷头，它包括喷头主体及设置于喷头主体一端的喷嘴部件，所述喷头主体另一端设有螺母部件、所述螺母部件内设有与熔炉旋合螺纹，所述喷头主体通过熔炉旋合螺纹与熔炉连接成整体，所述喷头主体内围为喷头内腔，所述的喷头本体的内腔为熔融金属提供流动通道，所述喷头主体外围排列设有喷头主体凹槽，所述喷头主体外围包覆有喷头加热装置，所述喷头主体与喷嘴部件接触处设有喷头主体底部外螺纹和喷嘴部分内螺纹，所述喷头主体底部外螺纹和喷嘴部分内螺纹相适配，并连接成一个不可相对运动的整体，喷头主体与喷嘴部件为分体式结构，所述喷嘴部件外围设有喷嘴部分凹槽，所述喷嘴部分凹槽与喷头主体凹槽相对平行设置，所述喷嘴部件顶端设有熔体流出孔。

所述喷头加热装置上设有智能温度控制装置，所述智能温度控制装置由热电偶、温控仪和交流接触器组成，所述热电偶、温控仪和交流接触器通过电线连接，对喷头加热装置进行温度控制，智能温度控制装置用来控制喷头主体的加热温度，使喷头的温度始终保持在设定的范围内，当温度到达某个设定值时温控仪会控制继电器自动切断电源，加热中止，温度下降到另一值时，加热装置重新工作，使喷头的温度始终控制在某一范围之内。

优选地，所述喷头加热装置由电阻丝、陶瓷绝缘套和硅酸铝保温棉组成，并固定安装在主体部件凹槽和喷嘴部分凹槽上，用于防止喷头内腔内金属液体凝固；喷头加热装置可以解决喷头散热面积大导致的内腔金属液凝固的问题，凹槽部分的尺寸根据所用的电阻丝和陶瓷绝缘套的外径尺寸而定，使拉伸的电阻丝和陶瓷套在回复力作用下恰好紧紧地嵌在凹槽内，以便喷头加热装置的固定安装。

优选地，所述喷头内腔和熔体流出孔之间采用渐变的过渡结构。

本发明的有益效果是：

通过喷头六边形部分内螺纹旋合熔炼炉，使熔融的金属液体由熔炼炉通过喷头的内腔、喷嘴部分的小孔流出，熔体流到喷嘴下方的基板上。外表面的凹槽方便喷头加热装置的固定安装，避免内腔的熔融的金属液体凝固。喷头为分体式结构，方便易损坏的喷嘴部分的更换。智能温度控制装置可以控制喷头的温度在某一范围之内，延长加热装置的寿命，节约能源。本发明结构合理，制作成本低，弥补了现有喷头的不足。系统配置更加合理；喷头整体尺寸加长，在零件加工时基板运行时高度降低，使整个零件加工过程处于便于观察的位置。

附图说明

附图1是本发明喷头的结构示意图；

附图2是本发明的喷头主体结构示意图；

附图3是本发明的喷头主体与熔炉旋合部分剖视图；

附图4是本发明的喷嘴部分结构示意图；

附图5是本发明在熔体打印平台安装示意图；

图中：1-喷头主体，2-喷嘴部件，3-螺母部件，4-熔炉旋合螺纹，5-喷头内腔，6-喷头主体凹槽，7-喷头加热装置，8-喷头主体底部外螺纹，9-喷嘴部分内螺纹，10-喷嘴部分凹槽，11-熔体流出孔，12-热电偶，13-温控仪，14-交流接触器，15-电线。

具体实施方式

结合附图1-5，对本发明作进一步的描述：

本发明包括一种用于金属熔体微涂覆的喷头，它包括喷头主体1及设置于喷头主体1一端的喷嘴部件2，所述喷头主体1另一端设有螺母部件3、所述螺母部件3内设有与熔炉旋合螺纹4，所述喷头主体1内围为喷头内腔5，所述喷头主体1外围设有喷头主体凹槽6，所述喷头主体1外围包覆有喷头加热装置7，所述喷头加热装置7由电阻丝和陶瓷绝缘套和硅酸铝保温棉组成，并固定安装在主体部件凹槽6和喷嘴部分凹槽10上，用于防止喷头内腔5内金属液体凝固；所述喷头主体1与喷嘴部件2接触处设有喷头主体底部外螺纹8和喷嘴部分内螺纹9，所述喷头主体底部外螺纹8和喷嘴部分内螺纹9相适配，并连接成一个不可相对运动的整体，喷头主体1与喷嘴部件2为分体式结构，所述喷嘴部件2外围设有喷嘴部分凹槽10，所述喷嘴部分凹槽10与喷头主体凹槽6相对平行设置，所述喷嘴部件2顶端设有熔体流出孔11，所述喷头加热装置7上设有智能温度控制装置，所述智能温度控制装置由热电偶12、温控仪13和交流接触器14组成，所述热电偶12、温控仪13和交流接触器14通过电线15连接，对喷头加热装置进行温度控制；所述喷头内腔5和熔体流出孔11之间采用渐变的过渡结构。

安装时，与熔炉旋合螺纹4与熔炉底部的螺纹旋合，使其与熔炉连接成一个整体。喷头主体底部螺纹8与喷嘴部分内螺纹9旋合。喷头主体凹槽6与喷嘴部分凹槽10为方便喷头加热装置7的安装固定而设计。凹槽部分的尺寸根据所用的电阻丝和陶瓷绝缘套的外径尺寸而定，使拉伸的电阻丝和陶瓷套在回复力作用下恰好紧紧地嵌在凹槽内，以便喷头加热装置的固定安装。喷头加热装置7由电阻丝、陶瓷绝缘套和硅酸铝保温棉组成，缠绕在喷头的外围，通电后电阻丝发热，对喷头加热，防止内腔熔融液体凝固。智能温度控制装置由热电偶12、温控仪13、交流接触器14构成，热电偶12用来检测喷头主体部分的温度，然后将温度信号传给温控仪13，温控仪13上有一个设定的温度值，如果测得的温度值高于设定值，温控仪13就会控制交流接触器14使其断开，加热装置便停止工作。当喷头温度下降到另一设定值时，温控仪13就会控制交流接触器14使其吸合，加热装置又重新开始工作，对喷头进行加热。智能温度控制系统使喷头的温度始终保持在某一范围之内，既可以避免金属液体的凝固，又延长了加热电阻丝的使用寿命，节约了能源。

喷头安装在熔炉上之后，先接通喷头加热装置电源，对喷头加热一段时间，然后再让融熔的金属液体通入内腔，防止金属熔体在冷的内腔中凝固。此时将基板上升到靠近喷头下端面的地方，跟喷头下端面的距离大约为一层金属薄层的厚度。金属熔体通过喷头上的熔体流出孔按需向下输送，熔体在喷头端面与基板微间隙区域形成热毛细区，基板相对喷头做水平运动，熔体在运动的基板表层动态铺展遇冷凝固形成金属层，一层层的金属薄层堆积，最后形成零件。在整个过程中，喷头固定不动，基板在三维空间中运动，始终保持喷头下端面与基板为一个金属薄层的厚度，使喷头内流出的熔体恰好在基板上进行涂覆过程。

打印完成之后，应先排尽内腔中的金属液体，然后再对喷嘴外围的电阻丝断电。以上操作的目的就是防止内腔的金属液体凝固，堵塞通道。如果喷嘴部件的熔体流出孔11堵塞或者损坏，在非工作状态下将其从喷头主体1上旋下，进行清理或更换新的喷嘴部件。

另外，考虑到熔融的金属液温度较高，喷头用耐高温材料（如石墨，不锈钢）制造。喷嘴下端的熔体流出孔直径尺寸不大于0.3mm，以便使熔体流量均匀缓慢的从孔中流出，顺利进行涂覆过程。对于小孔的加工要用特殊的成形方法，在不锈钢喷嘴上加工小孔用电火花线切割来成形。在电阻丝加热时，注意喷头材料的绝缘性，若喷头导电，电阻丝要套上陶瓷套来进行绝缘。本发明分体式的结构设计合理，利于零件加工过程中喷头的维修和更换，制作成本低，并且可以防止喷头内腔金属熔体的凝固，稳定可靠。

结合附图对本发明优选实施例进行了描述，所描述的实施方式是示意性的不是限定性的，本发明有多种结构变换和组合，如改变控制阀形式等，这样的变换都是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于金属熔体微涂覆的喷头，其特征在于：它包括喷头主体（1）及设置于喷头主体（1）一端的喷嘴部件（2），所述喷头主体（1）另一端设有螺母部件（3）、所述螺母部件（3）内设有与熔炉旋合螺纹（4），所述喷头主体（1）内围为喷头内腔（5），所述喷头主体（1）外围设有喷头主体凹槽（6），所述喷头主体（1）外围包覆有喷头加热装置（7），所述喷头主体（1）与喷嘴部件（2）接触处设有喷头主体底部外螺纹（8）和喷嘴部分内螺纹（9），所述喷头主体底部外螺纹（8）和喷嘴部分内螺纹（9）相适配，并连接成一个不可相对运动的整体，喷头主体（1）与喷嘴部件（2）为分体式结构，所述喷嘴部件（2）外围设有喷嘴部分凹槽（9），所述喷嘴部分凹槽（10）与喷头主体凹槽（6）相对平行设置，所述喷嘴部件（2）顶端设有熔体流出孔（11），所述喷头加热装置（7）上设有智能温度控制装置。

2.根据权利要求1所述用于金属熔体微涂覆的喷头，其特征在于：所述智能温度控制装置由热电偶（12）、温控仪（13）和交流接触器（14）组成，所述热电偶（12）、温控仪（13）和交流接触器（14）通过电线（15）连接，对喷头加热装置进行温度控制。

3.根据权利要求1所述用于金属熔体微涂覆的喷头，其特征在于：所述喷头加热装置（7）由电阻丝、陶瓷绝缘套和硅酸铝保温棉组成，并固定安装在主体部件凹槽（6）和喷嘴部分凹槽（10）上，用于防止喷头内腔（5）内金属液体凝固。

4.根据权利要求1所述用于金属熔体微涂覆的喷头，其特征在于：所述喷头内腔（5）和熔体流出孔（11）之间采用渐变的过渡结构。

5.根据权利要求1所述用于金属熔体微涂覆的喷头，其特征在于：所述喷头主体（1）通过熔炉旋合螺纹（4）与熔炉连接成整体。