CN106925783B - 一种金属3d打印设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属3D打印设备和方法，属于3D打印技术领域。本发明通过采取将金属3D打印设备的供料系统和出料系统分离、打印成形区域与冷却介质分开、供料系统置于成形室外以及喷嘴的出料口大小可根据产品的尺寸进行调控等措施，基于熔体直接供料和冷却介质冷却高效低成本3D打印成形高质量金属产品，特别适用于大型金属产品的高效成形。本发明的3D打印设备机构动作灵活、运行速度快、灵活度高、柔性大、制造成本低，3D打印成形过程效率高、工艺参数易于控制，打印成形的金属产品质量和可重复性好、生产成本低。

Description

一种金属3D打印设备和方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种金属3D打印设备和方法。
技术背景
3D打印技术是20世纪80年代初期发展起来的一种新型材料成形技术，其原理是首先利用计算机建立所需成形产品的三维实体模型，再使用分层切片软件将该产品的三维实体模型处理成一系列二维截面，然后采用3D打印设备将材料按二维截面的形状逐层堆积，最终成形得到三维实体产品。3D打印技术具有生产流程短、材料利用率高等特点，能够实现形状复杂、小批量、个性化产品的近终形生产。
3D打印技术自诞生以来，就以金属材料、无机非金属材料或高分子材料等为原料，在国民经济、国防军工和日常生活等领域的产品生产中得到推广应用。由于金属产品在人们生产生活中具有广泛用途，因此金属3D打印技术在3D打印领域占有极其重要的地位，被称为“3D打印王冠上的明珠”，是门槛最高、前景最好、最前沿的3D打印技术之一。传统的金属3D打印技术主要包括选区激光熔化技术、选区激光烧结技术、激光工程化净成形技术、选区电子束熔化技术和电弧3D打印技术等，通常需要采用激光、电子束或电弧等高能量密度热源来熔化金属，其原料也均需预先制成一定形状尺寸的线材或粉体，从而导致设备及原料的成本均较高；另外，由于冷却条件及技术条件的限制，现有金属3D打印技术每道次的成形宽度和厚度一般都在微米级或毫米级，使得生产较大尺寸产品时的成形效率较低，生产成本较高。由于上述突出问题的存在，严重制约了金属3D打印技术的快速发展和推广应用。因此，采用金属熔体直接供料，并使金属熔体以液流形式连续喷出打印，同时利用冷却介质(如冷却气体、冷却水、液态金属等)进行快速冷却的成形方式，成为了目前金属3D打印的发展方向和应用趋势。但是，这类采用金属熔体直接供料和冷却介质冷却的金属3D打印技术仍然存在着一些明显的缺点：采用冷却气体进行冷却时金属熔体凝固速率较低且费用较高，采用冷却水进行冷却时每层金属表面氧化严重且成形产品质量较差，现有的将喷嘴置于液态金属中直接打印并冷却的方式使得快速凝固得到的金属产品的层间结合强度较低、液态金属对金属产品污染严重、金属液流和喷嘴的温度
打印效率偏低、打印产品精度不易控制；从供料到打印成形整个机构都安装在密闭腔体中，连续加料不便、设备投资大；打印成形金属产品的可重复性差和质量难以保证，生产成本较高。
因此，开发生产成本低、设备机构动作灵活、运行速度快、打印效率高、工艺参数易于控制、成形产品质量和可重复性好的新型金属3D打印技术，具有十分迫切而重要的意义。
发明内容
本发明针对现有的采用熔体直接供料和冷却介质冷却的金属3D打印技术存在的生产成本高、设备机构动作灵活性较差、运行速度较慢、打印效率低、工艺参数不易控制以及成形产品质量和可重复性较差等不足，提出将设备的供料系统和出料系统分离、打印成形区域与冷却介质分开、供料系统置于成形室外以及喷嘴的出料口大小可根据产品的尺寸进行调控等新方法，在此基础上开发一种新型的金属3D打印技术。本发明的目的是提供一种金属3D打印设备和方法，特别适用于大型金属产品的高效成形。
一种金属3D打印设备，该设备由气氛调控系统、供料系统、出料系统、冷却系统、运动系统和控制系统组成。
所述的气氛调控系统包括成形室、抽真空系统和充气系统。所述的成形室内安装了所述的出料系统、所述的冷却系统和所述的运动系统，利用所述的成形室将其外部的空气与所述的出料系统、所述的冷却系统和所述的运动系统隔绝；所述的抽真空系统与所述的成形室相连，用于将所述的成形室内的空气抽至所述的成形室外，使所述的成形室内获得所需的真空度；所述的充气系统与所述的成形室相连，用于向所述的成形室内充入保护气体。
所述的供料系统包括熔化炉、保温炉、熔体传输管道、熔化炉塞杆、保温炉液位探针、供料压块、供料管道、密封挡板、熔化炉加热器、保温炉加热器、熔体传输管道加热器和供料管道加热器。所述的供料系统位于所述的成形室上方，用于向所述的出料系统连续提供金属熔体；所述的熔化炉用于盛装和加热熔化固体金属原料，并向所述的保温炉输送金属熔体；所述的保温炉安装在所述的熔化炉的一侧，用于控制和稳定来自所述的熔化炉的金属熔体的温度，并向所述的出料系统输送金属熔体；所述的熔体传输管道位于所述的熔化炉和所述的保温炉之间，其一端与所述的熔化炉底部的出液口相连，另一端与所述的保温炉侧面下部的进液口相连，是金属熔体从所述的熔化炉流入所述的保温炉的通道；所述的熔化炉塞杆位于所述的熔化炉内部，与所述的熔化炉底部的出液口保持对中，用于控制从所述的熔化炉中流入所述的保温炉中的金属熔体的量；所述的保温炉液位探针位于所述的保温炉内部，用于测量所述的保温炉内的金属熔体的液面高度，以便对所述的保温炉中金属熔体的量进行控制并防止金属熔体从所述的保温炉中溢出；所述的供料压块安装于所述的保温炉内部，用于精确控制提供给所述的出料系统的金属熔体的量；所述的供料管道是连接所述的供料系统与所述的出料系统的通道，其中部为倒U型结构，一端与所述的保温炉侧面上部的出液口相连，另一端从所述的成形室上方穿过所述的成形室的顶盖进入所述的成形室中，用于向所述的出料系统输送金属熔体并在所述的供料管道的倒U型结构中形成液封；所述的密封挡板安装于所述的保温炉的出液口上方，可上下运动用于开关所述的保温炉的出液口；所述的熔化炉加热器位于所述的熔化炉外部周围，用于加热和熔化所述的熔化炉内金属原料；所述的保温炉加热器位于所述的保温炉外部周围，用于控制和稳定所述的保温炉内金属熔体的温度；所述的熔体传输管道加热器位于所述的熔体传输管道外部周围，用于控制和稳定所述的熔体传输管道的温度；所述的供料管道加热器位于所述的供料管道外部周围，用于控制和稳定所述的供料管道的温度。
所述的出料系统包括喷嘴、喷嘴顶盖、喷嘴液位探针、喷嘴塞杆、喷嘴补料管道、喷嘴加热器和喷嘴补料管道加热器。所述的喷嘴位于所述的供料系统的下方，用于盛装来自所述的保温炉的金属熔体并通过其底部的出料口喷出金属熔体；所述的喷嘴顶盖位于所述的喷嘴上方，用于防止所述的喷嘴中金属蒸汽和热量的扩散；所述的喷嘴液位探针位于所述的喷嘴内部，用于测量所述的喷嘴内金属熔体的液面高度；所述的喷嘴塞杆位于所述的喷嘴内部，与所述的喷嘴的出料口保持对中，用于控制出料的启停以及调控出料的流量；所述的喷嘴补料管道从所述的喷嘴顶盖的上方穿过所述的喷嘴顶盖进入所述的喷嘴内，是金属熔体通过所述的供料管道后流入所述的喷嘴的通道；所述的喷嘴加热器位于所述的喷嘴外部周围，用于控制和稳定所述的喷嘴内金属熔体的温度；所述的喷嘴补料管道加热器位于所述的喷嘴补料管道外部周围，用于控制和稳定所述的喷嘴补料管道的温度。
所述的冷却系统包括冷却槽、基板、液态金属和液态金属回收槽。所述的冷却槽位于所述的出料系统的下方，其侧壁内部通有冷却介质，所述的冷却槽用于盛放及冷却所述的液态金属；所述的基板位于所述的冷却槽内的中上部，其底部浸在所述的液态金属中，用于沉积由所述的喷嘴的出料口喷出的金属熔体；所述的液态金属装在所述的冷却槽内，用于冷却所述的基板及沉积的金属熔体；所述的液态金属回收槽位于所述的冷却槽外部周围，用于回收从所述的冷却槽中溢出的所述的液态金属。
所述的运动系统包括水平方向运动装置和竖直方向运动装置。所述的水平方向运动装置位于所述的出料系统上方，与所述的喷嘴固定在一起，用于控制所述的喷嘴做水平方向运动；所述的竖直方向运动装置位于所述的基板下方，从下向上依次穿过所述的成形室的底板、所述的液态金属回收槽的底板、所述的冷却槽的底板和所述的液态金属，与所述的基板的底部固定在一起，用于控制所述的基板做竖直方向运动。
所述的控制系统包括电子设备和控制器。所述的电子设备安装有控制软件并与所述的控制器相连，用于向所述的控制器发出控制指令；所述的控制器与所述的气氛调控系统、所述的供料系统、所述的出料系统和所述的运动系统相连，用于控制这些系统执行所述的电子设备发出的控制指令。
进一步的，所述的充气系统采用的保护气体为氮气或惰性气体或还原性气体或氮气与氢气的混合气体。
进一步的，所述的熔化炉塞杆、所述的供料压块、所述的密封挡板和所述的喷嘴塞杆通过电动机或电磁机构驱动。
进一步的，所述的冷却槽的侧壁内部的冷却介质为循环水或循环油。
进一步的，所述的冷却系统为溢流式结构，打印过程中，所述的液态金属的液面始终保持为所述的冷却槽顶部的高度，确保金属熔体在凝固过程中具有稳定的温度梯度。
进一步的，所述的供料系统安放于所述的成形室内。
进一步的，所述的喷嘴的出料口的孔径大小可根据产品的尺寸进行调控。
进一步的，所述的基板内部通有循环冷却水或循环冷却油。
进一步的，所述的液态金属可更换为气体冷却介质或非金属液体冷却介质或固体冷却介质。
一种采用如上所述的金属3D打印设备的金属3D打印方法，包括如下步骤：
第一步：气氛调控。将所述的喷嘴顶盖安装在所述的喷嘴上方，关闭所述的成形室的密封门，通过所述的控制器控制所述的密封挡板将所述的保温炉的出液口堵塞，打开所述的抽真空系统，对所述的成形室进行抽真空处理；关闭所述的抽真空系统，打开所述的充气系统，向所述的成形室内充入保护气体，直至所述的成形室内的气压达到一个大气压。
第二步：装料熔化。通过所述的控制器控制所述的熔化炉塞杆将所述的熔化炉底部的出液口堵塞，向所述的熔化炉中装入固体金属原料；开启所述的熔化炉加热器，将所述的熔化炉中的金属原料加热熔化；开启所述的熔体传输管道加热器、所述的保温炉加热器、所述的供料管道加热器、所述的喷嘴补料管道加热器和所述的喷嘴加热器，对所述的熔体传输管道、所述的保温炉、所述的供料管道、所述的喷嘴补料管道和所述的喷嘴进行加热；通过所述的控制器将所述的熔化炉塞杆提起，使所述的熔化炉中的金属熔体通过所述的熔体传输管道流入所述的保温炉中并保温，同时通过所述的保温炉液位探针对所述的保温炉内金属熔体的液面高度进行在线监测，当所述的保温炉中金属熔体的液面高度高于所述的保温炉的出液口高度且低于所述的供料管道的最高高度时，通过所述的控制器将所述的密封挡板提起，使所述的保温炉中的金属熔体在所述的供料管道的倒U型结构中形成液封，同时，通过所述的控制器控制所述的熔化炉塞杆将所述的熔化炉的出液口堵塞。
第三步：熔体传输。通过所述的控制器控制所述的喷嘴塞杆将所述的喷嘴的出料口堵塞，再通过所述的控制器控制所述的水平方向运动装置将所述的喷嘴移动至所述的供料管道下方，使所述的喷嘴补料管道与所述的供料管道处于同一轴线上；通过所述的控制器控制所述的保温炉内的所述的供料压块由初始位置向下运动，使所述的保温炉内的金属熔体通过所述的供料管道和所述的喷嘴补料管道流入所述的喷嘴中，并通过所述的喷嘴液位探针在线监测所述的喷嘴内金属熔体的液面高度，对所述的供料压块的行程进行调控。
第四步：打印成形。通过所述的控制器控制所述的喷嘴移动至所述的基板的上方；通过所述的控制器控制所述的喷嘴塞杆提起，调整其与所述的喷嘴的出料口之间的相对位置，使金属熔体以液流的形式从所述的喷嘴的出料口连续喷出并沉积在所述的基板上；同时，通过所述的控制器控制所述的喷嘴按照所述的电子设备所规划的打印路径进行打印；当打印完毕获得一层金属固体后，通过所述的控制器控制所述的喷嘴塞杆将所述的喷嘴的出料口堵塞，再通过所述的控制器控制所述的竖直方向运动装置驱动所述的基板下移，使打印成形的金属固体逐渐向所述的液态金属中浸没，所述的基板下移距离与打印层厚保持一致，从而保证凝固过程温度梯度的稳定；随着金属固体的逐渐下移，所述的液态金属从所述的冷却槽的顶部溢出并流入所述的液态金属回收槽中。
第五步：过程循环。在打印过程中一直通过所述的喷嘴液位探针对所述的喷嘴内金属熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复第四步的打印成形过程，直到成形所需金属产品；当其低于设定值时，重复第三步的熔体传输过程和第四步的打印成形过程，直到成形所需金属产品。
第六步：产品取出。当打印结束后，打开所述的成形室的密封门，通过所述的控制器控制所述的水平方向运动装置将所述的喷嘴移动至所述的基板上方以外区域，通过所述的控制器控制所述的竖直方向运动装置将所述的基板及打印成形的金属产品升至所述的液态金属液面以上，将打印成形的金属产品从所述的基板上取下，最终获得所需金属产品。
进一步的，当打印的金属产品体积较大，所述的保温炉内的金属熔体的量不能满足完成整个金属产品的打印需要时，通过所述的控制器将运动至接近所述的保温炉底部的所述的供料压块提升至初始位置，并控制所述的熔化炉塞杆使所述的熔化炉中的金属熔体补充至所述的保温炉中，使所述的保温炉中的金属熔体液面高度始终高于所述的保温炉的出液口高度且低于所述的供料管道的最高高度。
进一步的，当所述的熔化炉中的金属熔体不足以满足向所述的保温炉中补充金属熔体的需要时，需向所述的熔化炉中补充固体金属原料，实现3D打印过程的连续供料。
本发明具有以下优势：
1.金属3D打印设备的供料系统与出料系统是分离开的，不是一个整体结构，打印成形过程中仅需控制体积相对较小的出料系统进行平面运动，能降低运动系统的成本和控制难度，提高运动精度和运动速度，特别有利于实现大型金属产品的高精度、高效率生产。
2.金属3D打印设备的喷嘴和打印成形区域处于液态金属之外，能保证在快速凝固过程中建立稳定的温度梯度，提高快速凝固得到的金属产品的层间结合强度，避免液态金属对金属产品的污染，确保金属液流温度和喷嘴温度的精确调控，且有助于获得高质量的金属产品，提高打印成形的稳定性和可重复性。
3.金属3D打印设备的供料系统置于成形室外，缩小了成形室体积，减少了抽真空时间及保护气体用量，降低了成形室内部温度以及设备的制造成本和使用成本，且有利于向熔化炉中连续加料以实现大型金属产品长时间不间断生产。
4.金属3D打印设备喷嘴底部的出料口大小可以根据打印产品的尺寸进行调控，生产灵活度高、柔性大，打印效率高，特别有利于生产大型金属产品，同时还降低了成形金属产品的成本，提高了其竞争力。
5.金属3D打印方法具有生产流程短、工艺参数易于控制、打印速度快、成形精度高、成形金属产品质量好、生产效率高、生产成本低，柔性大，特别适合于生产大型金属产品等优点。
附图说明
图1为本发明的金属3D打印设备示意图。其中，(1)为熔化炉塞杆，(2)为熔化炉，(3)为熔化炉加热器，(4)为熔体传输管道，(5)为熔体传输管道加热器，(6)为供料压块，(7)为密封挡板，(8)为保温炉液位探针，(9)为保温炉，(10)为保温炉加热器，(11)为供料管道，(12)为供料管道加热器，(13)为成形室，(14)为水平方向运动装置，(15)为喷嘴顶盖，(16)为喷嘴液位探针，(17)为喷嘴塞杆，(18)为喷嘴，(19)为喷嘴补料管道加热器，(20)为喷嘴补料管道，(21)为喷嘴加热器，(22)为冷却槽，(23)为液态金属回收槽，(24)为基板，(25)为液态金属，(26)为竖直方向运动装置，(27)为充气系统，(28)为抽真空系统，(29)为电子设备，(30)为控制器。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
结合附图1对本发明的金属3D打印设备具体说明如下：
金属3D打印设备包括气氛调控系统、供料系统、出料系统、冷却系统、运动系统和控制系统，由熔化炉塞杆1、熔化炉2、熔化炉加热器3、熔体传输管道4、熔体传输管道加热器5、供料压块6、密封挡板7、保温炉液位探针8、保温炉9、保温炉加热器10、供料管道11、供料管道加热器12、成形室13、水平方向运动装置14、喷嘴顶盖15、喷嘴液位探针16、喷嘴塞杆17、喷嘴18、喷嘴补料管道加热器19、喷嘴补料管道20、喷嘴加热器21、冷却槽22、液态金属回收槽23、基板24、液态金属25、竖直方向运动装置26、充气系统27、抽真空系统28、电子设备29和控制器30组成。熔化炉塞杆1、熔化炉2、熔化炉加热器3、熔体传输管道4、熔体传输管道加热器5、供料压块6、密封挡板7、保温炉液位探针8、保温炉9、保温炉加热器10位于成形室13上方；水平方向运动装置14、喷嘴顶盖15、喷嘴液位探针16、喷嘴塞杆17、喷嘴18、喷嘴补料管道加热器19、喷嘴补料管道20、喷嘴加热器21、冷却槽22、液态金属回收槽23、基板24和液态金属25位于成形室13内部，利用成形室13将以上装置与外部的空气隔绝；供料管道11和供料管道加热器12从成形室13的上方穿过成形室13的顶盖进入成形室13中；竖直方向运动装置26从成形室13的下方穿过成形室13的底板进入成形室13中，其初始位置处于成形室13内，在打印成形过程中竖直方向运动装置26将逐渐由成形室13的底部向外移出；充气系统27、抽真空系统28、电子设备29和控制器30位于成形室13外部；抽真空系统28与成形室13相连，用于将成形室13内的空气抽至成形室13外，使成形室13内获得所需的真空度；充气系统27与成形室13相连，用于向成形室13内充入保护气体；熔化炉2用于盛装和加热熔化固体金属原料，并向保温炉9输送金属熔体；保温炉9安装在熔化炉2的一侧，用于控制和稳定来自熔化炉2的金属熔体的温度，并向喷嘴18输送金属熔体；熔体传输管道4位于熔化炉2和保温炉9之间，其一端与熔化炉2底部出液口相连，另一端与保温炉9侧面下部进液口相连，是金属熔体从熔化炉2流入保温炉9的通道；熔化炉塞杆1位于熔化炉2内部，与熔化炉2底部出液口保持对中，用于控制从熔化炉2中流入保温炉9中的金属熔体的量；保温炉液位探针8位于保温炉9内部，用于测量保温炉9内的金属熔体的液面高度，以便对保温炉9中金属熔体的量进行控制并防止金属熔体从保温炉9中溢出；供料压块6安装于保温炉9内部，用于精确控制提供给喷嘴18的金属熔体的量；供料管道11是连接保温炉9与喷嘴18的通道，其中部为倒U型结构，一端与保温炉9侧面上部出液口相连，另一端从成形室13上方穿过成形室13的顶盖进入成形室13中，用于向喷嘴18输送金属熔体并在供料管道11的倒U型结构中形成液封；密封挡板7安装于保温炉9的出液口上方，可上下运动用于开关保温炉9的出液口；熔化炉加热器3位于熔化炉2外部周围，用于加热和熔化熔化炉2内金属原料；保温炉加热器10位于保温炉9外部周围，用于控制和稳定保温炉9内金属熔体的温度；熔体传输管道加热器5位于熔体传输管道4外部周围，用于控制和稳定熔体传输管道4的温度；供料管道加热器12位于供料管道11外部周围，用于控制和稳定供料管道11的温度；喷嘴18位于保温炉9的下方，用于盛装来自保温炉9的金属熔体并通过其底部的出料口喷出金属熔体；喷嘴顶盖15位于喷嘴18上方，用于防止喷嘴18中金属蒸汽和热量的扩散；喷嘴液位探针16位于喷嘴18内部，用于测量喷嘴18内金属熔体的液面高度；喷嘴塞杆17位于喷嘴18内部，与喷嘴18的出料口保持对中，用于控制出料的启停以及调控出料的流量；喷嘴补料管道20从喷嘴顶盖15的上方穿过喷嘴顶盖15进入喷嘴18中，是金属熔体通过供料管道11后流入喷嘴18的通道；喷嘴加热器21位于喷嘴18外部周围，用于控制和稳定喷嘴18内金属熔体的温度；喷嘴补料管道加热器19位于喷嘴补料管道20外部周围，用于控制和稳定喷嘴补料管道20的温度；冷却槽22位于喷嘴18的下方，其侧壁内部通有冷却介质，冷却槽22用于盛放及冷却液态金属25；基板24位于冷却槽22内的中上部，其底部浸在液态金属25中，用于沉积由喷嘴18的出料口喷出的金属熔体；液态金属25装在冷却槽22内，用于冷却基板24及沉积的金属熔体；液态金属回收槽23位于冷却槽22外部周围，用于回收从冷却槽22中溢出的液态金属25；水平方向运动装置14位于喷嘴18上方，与喷嘴18固定在一起，用于控制喷嘴18做水平方向运动；竖直方向运动装置26位于基板24下方，从下向上依次穿过成形室13的底板、液态金属回收槽23的底板、冷却槽22的底板和液态金属25，与基板24的底部固定在一起，用于控制基板24做竖直方向运动；电子设备29安装有控制软件并与控制器30相连，用于向控制器30发出控制指令；控制器30与熔化炉塞杆1、供料压块6、密封挡板7、保温炉液位探针8、水平方向运动装置14、喷嘴液位探针16、喷嘴塞杆17、竖直方向运动装置26和抽真空系统28相连，用于控制以上装置执行电子设备29发出的控制指令。
进一步的，充气系统27采用的保护气体为氮气或惰性气体或还原性气体或氮气与氢气的混合气体。
进一步的，熔化炉塞杆1、供料压块6、密封挡板7和喷嘴塞杆17通过电动机或电磁机构驱动。
进一步的，冷却槽22的侧壁内部的冷却介质为循环水或循环油。
进一步的，冷却槽22为溢流式结构，打印过程中，液态金属25的液面始终保持为冷却槽22顶部的高度，确保金属熔体在凝固过程中具有稳定的温度梯度。
进一步的，熔化炉塞杆1、熔化炉2、熔化炉加热器3、熔体传输管道4、熔体传输管道加热器5、供料压块6、密封挡板7、保温炉液位探针8、保温炉9、保温炉加热器10、供料管道11和供料管道加热器12安放于成形室13内。
进一步的，喷嘴18的出料口的孔径大小可根据产品的尺寸进行调控。
进一步的，基板24内部通有循环冷却水或循环冷却油。
进一步的，液态金属25可更换为气体冷却介质或非金属液体冷却介质或固体冷却介质。
实施例1：
纯锡罐的3D打印成形。
根据纯锡罐的大小及精度要求，选择喷嘴18出料口的直径为1.5mm；将喷嘴顶盖15安装在喷嘴18上方，关闭成形室13的密封门，通过控制器30控制密封挡板7将保温炉9的出液口堵塞，打开抽真空系统28，对成形室13进行抽真空处理；关闭抽真空系统28，打开充气系统27，向成形室13内充入保护气体，直至成形室内的气压达到一个大气压；通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2底部的出液口堵塞，向熔化炉2中装入固体纯锡原料；开启熔化炉加热器3，将熔化炉2中的纯锡原料加热至350℃；开启熔体传输管道加热器5、保温炉加热器10、供料管道加热器12、喷嘴补料管道加热器19和喷嘴加热器21，将熔体传输管道4、保温炉9、供料管道11、喷嘴补料管道20和喷嘴18加热至300℃；通过控制器30将熔化炉塞杆1提起，使熔化炉2中的纯锡熔体通过熔体传输管道4流入保温炉9中并保温，同时通过保温炉液位探针8对保温炉9内纯锡熔体的液面高度进行在线监测，当保温炉9中纯锡熔体的液面高度高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度时，通过控制器30将密封挡板7提起，使保温炉9中的纯锡熔体在供料管道11的倒U型结构中形成液封，同时，通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2的出液口堵塞；通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至供料管道11下方，使喷嘴补料管道20与供料管道11处于同一轴线上；通过控制器30控制保温炉9内的供料压块6由初始位置向下运动，使保温炉9内的纯锡熔体通过供料管道11和喷嘴补料管道20流入喷嘴18中，并通过喷嘴液位探针16在线监测喷嘴18内纯锡熔体的液面高度，对供料压块6的行程进行调控；通过控制器30控制喷嘴18移动至基板24的上方，通过控制器30控制喷嘴塞杆17提起，调整其与喷嘴18的出料口之间的相对位置，使纯锡熔体以液流的形式从喷嘴18的出料口连续喷出并沉积在基板24上；同时，通过控制器30控制喷嘴18按照电子设备29所规划的打印路径以50mm/s的速度进行打印；当打印完毕获得一层纯锡固体后，通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制竖直方向运动装置26驱动基板24以10mm/s的速度下移，使打印成形的纯锡固体逐渐往液态金属25中浸没，基板24下移距离与打印层厚保持一致；随着纯锡固体的逐渐下移，液态金属25从冷却槽22的顶部溢出并流入液态金属回收槽23中；在打印过程中一直通过喷嘴液位探针16对喷嘴18内纯锡熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复上述打印成形过程，直到成形纯锡罐；当其低于设定值时，将喷嘴18移动至供料管道11下方，重复纯锡熔体由保温炉9补充至喷嘴18的过程，并重复打印成形过程，直到成形纯锡罐。当打印结束后，打开成形室13的密封门，通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至基板24上方以外区域，通过控制器30控制竖直方向运动装置26将基板24及打印成形的纯锡罐升至液态金属25液面以上，将打印成形的纯锡罐从基板24上取下，最终获得纯锡罐。
实施例2：
锡合金零件的3D打印成形。
根据锡合金零件的大小及精度要求，选择喷嘴18出料口的直径为1mm；将喷嘴顶盖15安装在喷嘴18上方，关闭成形室13的密封门，通过控制器30控制密封挡板7将保温炉9的出液口堵塞，打开抽真空系统28，对成形室13进行抽真空处理；关闭抽真空系统28，打开充气系统27，向成形室13内充入保护气体，直至成形室内的气压达到一个大气压；通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2底部的出液口堵塞，向熔化炉2中装入固体锡合金原料；开启熔化炉加热器3，将熔化炉2中的锡合金原料加热至350℃；开启熔体传输管道加热器5、保温炉加热器10、供料管道加热器12、喷嘴补料管道加热器19和喷嘴加热器21，将熔体传输管道4、保温炉9、供料管道11、喷嘴补料管道20和喷嘴18加热至300℃；通过控制器30将熔化炉塞杆1提起，使熔化炉2中的锡合金熔体通过熔体传输管道4流入保温炉9中并保温，同时通过保温炉液位探针8对保温炉9内锡合金熔体的液面高度进行在线监测，当保温炉9中锡合金熔体的液面高度高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度时，通过控制器30将密封挡板7提起，使保温炉9中的锡合金熔体在供料管道11的倒U型结构中形成液封，同时，通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2的出液口堵塞；通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至供料管道11下方，使喷嘴补料管道20与供料管道11处于同一轴线上；通过控制器30控制保温炉9内的供料压块6由初始位置向下运动，使保温炉9内的锡合金熔体通过供料管道11和喷嘴补料管道20流入喷嘴18中，并通过喷嘴液位探针16在线监测喷嘴18内锡合金熔体的液面高度，对供料压块6的行程进行调控；通过控制器30控制喷嘴18移动至基板24的上方，通过控制器30控制喷嘴塞杆17提起，调整其与喷嘴18的出料口之间的相对位置，使锡合金熔体以液流的形式从喷嘴18的出料口连续喷出并沉积在基板24上；同时，通过控制器30控制喷嘴18按照电子设备29所规划的打印路径以30mm/s的速度进行打印；当打印完毕获得一层锡合金固体后，通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制竖直方向运动装置26驱动基板24以5mm/s的速度下移，使打印成形的锡合金固体逐渐往液态金属25中浸没，基板24下移距离与打印层厚保持一致；随着锡合金固体的逐渐下移，液态金属25从冷却槽22的顶部溢出并流入液态金属回收槽23中；在打印过程中一直通过喷嘴液位探针16对喷嘴18内锡合金熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复上述打印成形过程，直到成形锡合金零件；当其低于设定值时，将喷嘴18移动至供料管道11下方，重复锡合金熔体由保温炉9补充至喷嘴18的过程，并重复打印成形过程，直到成形锡合金零件。当打印结束后，打开成形室13的密封门，通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至基板24上方以外区域，通过控制器30控制竖直方向运动装置26将基板24及打印成形的锡合金零件升至液态金属25液面以上，将打印成形的锡合金零件从基板24上取下，最终获得锡合金零件。
实施例3：
铜合金模具的3D打印成形。
根据铜合金模具的大小及精度要求，选择喷嘴18出料口的直径为2mm；将喷嘴顶盖15安装在喷嘴18上方，关闭成形室13的密封门，通过控制器30控制密封挡板7将保温炉9的出液口堵塞，打开抽真空系统28，对成形室13进行抽真空处理；关闭抽真空系统28，打开充气系统27，向成形室13内充入保护气体，直至成形室内的气压达到一个大气压；通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2底部的出液口堵塞，向熔化炉2中装入固体铜合金原料；开启熔化炉加热器3，将熔化炉2中的铜合金原料加热至1250℃；开启熔体传输管道加热器5、保温炉加热器10、供料管道加热器12、喷嘴补料管道加热器19和喷嘴加热器21，将熔体传输管道4、保温炉9、供料管道11、喷嘴补料管道20和喷嘴18加热至1200℃；通过控制器30将熔化炉塞杆1提起，使熔化炉2中的铜合金熔体通过熔体传输管道4流入保温炉9中并保温，同时通过保温炉液位探针8对保温炉9内铜合金熔体的液面高度进行在线监测，当保温炉9中铜合金熔体的液面高度高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度时，通过控制器30将密封挡板7提起，使保温炉9中的铜合金熔体在供料管道11的倒U型结构中形成液封，同时，通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2的出液口堵塞；通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至供料管道11下方，使喷嘴补料管道20与供料管道11处于同一轴线上；通过控制器30控制保温炉9内的供料压块6由初始位置向下运动，使保温炉9内的铜合金熔体通过供料管道11和喷嘴补料管道20流入喷嘴18中，并通过喷嘴液位探针16在线监测喷嘴18内铜合金熔体的液面高度，对供料压块6的行程进行调控；通过控制器30控制喷嘴18移动至基板24的上方，通过控制器30控制喷嘴塞杆17提起，调整其与喷嘴18的出料口之间的相对位置，使铜合金熔体以液流的形式从喷嘴18的出料口连续喷出并沉积在基板24上；同时，通过控制器30控制喷嘴18按照电子设备29所规划的打印路径以100mm/s的速度进行打印；当打印完毕获得一层铜合金固体后，通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制竖直方向运动装置26驱动基板24以10mm/s的速度下移，使打印成形的铜合金固体逐渐往液态金属25中浸没，基板24下移距离与打印层厚保持一致；随着铜合金固体的逐渐下移，液态金属25从冷却槽22的顶部溢出并流入液态金属回收槽23中；在打印过程中一直通过喷嘴液位探针16对喷嘴18内铜合金熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复上述打印成形过程，直到成形铜合金模具；当其低于设定值时，将喷嘴18移动至供料管道11下方，重复铜合金熔体由保温炉9补充至喷嘴18的过程，并重复打印成形过程，直到保温炉9中的铜合金熔体不足以满足向喷嘴18中补充铜合金熔体的需要时，通过控制器30将运动至接近保温炉9底部的供料压块6提升至初始位置，并控制熔化炉塞杆1使熔化炉2中的铜合金熔体补充至保温炉9中，使保温炉9中的铜合金熔体液面高度始终高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度，重复以上的补料以及打印成形过程，直到成形铜合金模具。当打印结束后，打开成形室13的密封门，通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至基板24上方以外区域，通过控制器30控制竖直方向运动装置26将基板24及打印成形的铜合金模具升至液态金属25液面以上，将打印成形的铜合金模具从基板24上取下，最终获得铜合金模具。
实施例4：
不锈钢法兰的3D打印成形。
根据不锈钢法兰的大小及精度要求，选择喷嘴18出料口的直径为1mm；将喷嘴顶盖15安装在喷嘴18上方，关闭成形室13的密封门，通过控制器30控制密封挡板7将保温炉9的出液口堵塞，打开抽真空系统28，对成形室13进行抽真空处理；关闭抽真空系统28，打开充气系统27，向成形室13内充入保护气体，直至成形室内的气压达到一个大气压；通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2底部的出液口堵塞，向熔化炉2中装入固体不锈钢原料；开启熔化炉加热器3，将熔化炉2中的不锈钢原料加热至1600℃；开启熔体传输管道加热器5、保温炉加热器10、供料管道加热器12、喷嘴补料管道加热器19和喷嘴加热器21，将熔体传输管道4、保温炉9、供料管道11、喷嘴补料管道20和喷嘴18加热至1550℃；通过控制器30将熔化炉塞杆1提起，使熔化炉2中的不锈钢熔体通过熔体传输管道4流入保温炉9中并保温，同时通过保温炉液位探针8对保温炉9内不锈钢熔体的液面高度进行在线监测，当保温炉9中不锈钢熔体的液面高度高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度时，通过控制器30将密封挡板7提起，使保温炉9中的不锈钢熔体在供料管道11的倒U型结构中形成液封，同时，通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2的出液口堵塞；通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至供料管道11下方，使喷嘴补料管道20与供料管道11处于同一轴线上；通过控制器30控制保温炉9内的供料压块6由初始位置向下运动，使保温炉9内的不锈钢熔体通过供料管道11和喷嘴补料管道20流入喷嘴18中，并通过喷嘴液位探针16在线监测喷嘴18内不锈钢熔体的液面高度，对供料压块6的行程进行调控；通过控制器30控制喷嘴18移动至基板24的上方，通过控制器30控制喷嘴塞杆17提起，调整其与喷嘴18的出料口之间的相对位置，使不锈钢熔体以液流的形式从喷嘴18的出料口连续喷出并沉积在基板24上；同时，通过控制器30控制喷嘴18按照电子设备29所规划的打印路径以200mm/s的速度进行打印；当打印完毕获得一层不锈钢固体后，通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制竖直方向运动装置26驱动基板24以20mm/s的速度下移，使打印成形的不锈钢固体逐渐往液态金属25中浸没，基板24下移距离与打印层厚保持一致；随着不锈钢固体的逐渐下移，液态金属25从冷却槽22的顶部溢出并流入液态金属回收槽23中；在打印过程中一直通过喷嘴液位探针16对喷嘴18内不锈钢熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复上述打印成形过程，直到成形不锈钢法兰；当其低于设定值时，将喷嘴18移动至供料管道11下方，重复不锈钢熔体由保温炉9补充至喷嘴18的过程，并重复打印成形过程，直到保温炉9中的不锈钢熔体不足以满足向喷嘴18中补充不锈钢熔体的需要时，通过控制器30将运动至接近保温炉9底部的供料压块6提升至初始位置，并控制熔化炉塞杆1使熔化炉2中的不锈钢熔体补充至保温炉9中，使保温炉9中的不锈钢熔体液面高度始终高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度；当熔化炉2中的不锈钢熔体不足以满足向保温炉6中补充不锈钢熔体的需要时，需向熔化炉2中再次补充固体不锈钢原料，并重复以上的补料以及打印成形过程，直到成形不锈钢法兰。当打印结束后，打开成形室13的密封门，通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至基板24上方以外区域，通过控制器30控制竖直方向运动装置26将基板24及打印成形的不锈钢法兰升至液态金属25液面以上，将打印成形的不锈钢法兰从基板24上取下，最终获得不锈钢法兰。
实施例5：
铝合金叶轮的3D打印成形。
根据铝合金叶轮的大小及精度要求，选择喷嘴18出料口的直径为10mm；将喷嘴顶盖15安装在喷嘴18上方，关闭成形室13的密封门，通过控制器30控制密封挡板7将保温炉9的出液口堵塞，打开抽真空系统28，对成形室13进行抽真空处理；关闭抽真空系统28，打开充气系统27，向成形室13内充入保护气体，直至成形室内的气压达到一个大气压；通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2底部的出液口堵塞，向熔化炉2中装入固体铝合金原料；开启熔化炉加热器3，将熔化炉2中的铝合金原料加热至800℃；开启熔体传输管道加热器5、保温炉加热器10、供料管道加热器12、喷嘴补料管道加热器19和喷嘴加热器21，将熔体传输管道4、保温炉9、供料管道11、喷嘴补料管道20和喷嘴18加热至750℃；通过控制器30将熔化炉塞杆1提起，使熔化炉2中的铝合金熔体通过熔体传输管道4流入保温炉9中并保温，同时通过保温炉液位探针8对保温炉9内铝合金熔体的液面高度进行在线监测，当保温炉9中铝合金熔体的液面高度高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度时，通过控制器30将密封挡板7提起，使保温炉9中的铝合金熔体在供料管道11的倒U型结构中形成液封，同时，通过控制器30控制熔化炉塞杆1将熔化炉2的出液口堵塞；通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至供料管道11下方，使喷嘴补料管道20与供料管道11处于同一轴线上；通过控制器30控制保温炉9内的供料压块6由初始位置向下运动，使保温炉9内的铝合金熔体通过供料管道11和喷嘴补料管道20流入喷嘴18中，并通过喷嘴液位探针16在线监测喷嘴18内铝合金熔体的液面高度，对供料压块6的行程进行调控；通过控制器30控制喷嘴18移动至基板24的上方，通过控制器30控制喷嘴塞杆17提起，调整其与喷嘴18的出料口之间的相对位置，使铝合金熔体以液流的形式从喷嘴18的出料口连续喷出并沉积在基板24上；同时，通过控制器30控制喷嘴18按照电子设备29所规划的打印路径以500mm/s的速度进行打印；当打印完毕获得一层铝合金固体后，通过控制器30控制喷嘴塞杆17将喷嘴18的出料口堵塞，再通过控制器30控制竖直方向运动装置26驱动基板24以20mm/s的速度下移，使打印成形的铝合金固体逐渐往液态金属25中浸没，基板24下移距离与打印层厚保持一致；随着铝合金固体的逐渐下移，液态金属25从冷却槽22的顶部溢出并流入液态金属回收槽23中；在打印过程中一直通过喷嘴液位探针16对喷嘴18内铝合金熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复上述打印成形过程；当其低于设定值时，将喷嘴18移动至供料管道11下方，重复铝合金熔体由保温炉9补充至喷嘴18的过程，并重复打印成形过程，直到保温炉9中的铝合金熔体不足以满足向喷嘴18中补充铝合金熔体的需要时，通过控制器30将运动至接近保温炉9底部的供料压块6提升至初始位置，并控制熔化炉塞杆1使熔化炉2中的铝合金熔体补充至保温炉9中，使保温炉9中的铝合金熔体液面高度始终高于保温炉9的出液口高度且低于供料管道11的最高高度；当熔化炉2中的铝合金熔体不足以满足向保温炉6中补充铝合金熔体的需要时，需向熔化炉2中再次补充固体铝合金原料，并重复以上的补料以及打印成形过程，直到成形铝合金叶轮；当打印结束后，打开成形室13的密封门，通过控制器30控制水平方向运动装置14将喷嘴18移动至基板24上方以外区域，通过控制器30控制竖直方向运动装置26将基板24及打印成形的铝合金叶轮升至液态金属25液面以上，将打印成形的铝合金叶轮从基板24上取下，最终获得铝合金叶轮。

Claims (10)

1.一种金属3D打印设备，其特征在于，由气氛调控系统、供料系统、出料系统、冷却系统、运动系统和控制系统组成；所述的气氛调控系统包括成形室(13)、抽真空系统(28)和充气系统(27)；成形室(13)内安装了所述的出料系统、所述的冷却系统和所述的运动系统，利用成形室(13)将其外部的空气与所述的出料系统、所述的冷却系统和所述的运动系统隔绝；抽真空系统(28)与成形室(13)相连，用于将成形室(13)内的空气抽至成形室(13)外，使成形室(13)内获得所需的真空度；充气系统(27)与成形室(13)相连，用于向成形室(13)内充入保护气体；所述的供料系统包括熔化炉(2)、保温炉(9)、熔体传输管道(4)、熔化炉塞杆(1)、保温炉液位探针(8)、供料压块(6)、供料管道(11)、密封挡板(7)、熔化炉加热器(3)、保温炉加热器(10)、熔体传输管道加热器(5)和供料管道加热器(12)，位于成形室(13)上方，用于向所述的出料系统连续提供金属熔体；熔化炉(2)用于盛装和加热熔化固体金属原料，并向保温炉(9)输送金属熔体；保温炉(9)安装在熔化炉(2)的一侧，用于控制和稳定来自熔化炉(2)的金属熔体的温度，并向所述的出料系统输送金属熔体；熔体传输管道(4)位于熔化炉(2)和保温炉(9)之间，其一端与熔化炉(2)底部的出液口相连，另一端与保温炉(9)侧面下部的进液口相连，是金属熔体从熔化炉(2)流入保温炉(9)的通道；熔化炉塞杆(1)位于熔化炉(2)内部，与熔化炉(2)底部的出液口保持对中，用于控制从熔化炉(2)中流入保温炉(9)中的金属熔体的量；保温炉液位探针(8)位于保温炉(9)内部，用于测量保温炉(9)内的金属熔体的液面高度，以便对保温炉(9)中金属熔体的量进行控制并防止金属熔体从保温炉(9)中溢出；供料压块(6)安装于保温炉(9)内部，用于精确控制提供给所述的出料系统的金属熔体的量；供料管道(11)是连接所述的供料系统与所述的出料系统的通道，其中部为倒U型结构，一端与保温炉(9)侧面上部的出液口相连，另一端从成形室(13)上方穿过成形室(13)的顶盖进入成形室(13)中，用于向所述的出料系统输送金属熔体并在供料管道(11)的倒U型结构中形成液封；密封挡板(7)安装于保温炉(9)的出液口上方，可上下运动用于开关保温炉(9)的出液口；熔化炉加热器(3)位于熔化炉(2)外部周围，用于加热和熔化熔化炉(2)内金属原料；保温炉加热器(10)位于保温炉(9)外部周围，用于控制和稳定保温炉(9)内金属熔体的温度；熔体传输管道加热器(5)位于熔体传输管道(4)外部周围，用于控制和稳定熔体传输管道(4)的温度；供料管道加热器(12)位于供料管道(11)外部周围，用于控制和稳定供料管道(11)的温度；所述的出料系统包括喷嘴(18)、喷嘴顶盖(15)、喷嘴液位探针(16)、喷嘴塞杆(17)、喷嘴补料管道(20)、喷嘴加热器(21)和喷嘴补料管道加热器(19)；喷嘴(18)位于所述的供料系统的下方，用于盛装来自保温炉(9)的金属熔体并通过其底部的出料口喷出金属熔体；喷嘴顶盖(15)位于喷嘴(18)上方，用于防止喷嘴(18)中金属蒸汽和热量的扩散；喷嘴液位探针(16)位于喷嘴(18)内部，用于测量喷嘴(18)内金属熔体的液面高度；喷嘴塞杆(17)位于喷嘴(18)内部，与喷嘴(18)的出料口保持对中，用于控制出料的启停以及调控出料的流量；喷嘴补料管道(20)从喷嘴顶盖(15)的上方穿过喷嘴顶盖(15)进入喷嘴(18)内，是金属熔体通过供料管道(11)后流入喷嘴(18)的通道；喷嘴加热器(21)位于喷嘴(18)外部周围，用于控制和稳定喷嘴(18)内金属熔体的温度；喷嘴补料管道加热器(19)位于喷嘴补料管道(20)外部周围，用于控制和稳定喷嘴补料管道(20)的温度；所述的冷却系统包括冷却槽(22)、基板(24)、液态金属(25)和液态金属回收槽(23)；冷却槽(22)位于所述的出料系统的下方，其侧壁内部通有冷却介质，冷却槽(22)用于盛放及冷却液态金属(25)；基板(24)位于冷却槽(22)内的中上部，其底部浸在液态金属(25)中，用于沉积由喷嘴(18)的出料口喷出的金属熔体；液态金属(25)装在冷却槽(22)内，用于冷却基板(24)及沉积的金属熔体；液态金属回收槽(23)位于冷却槽(22)外部周围，用于回收从冷却槽(22)中溢出的液态金属(25)；所述的运动系统包括水平方向运动装置(14)和竖直方向运动装置(26)；水平方向运动装置(14)位于所述的出料系统上方，与喷嘴(18)固定在一起，用于控制喷嘴(18)做水平方向运动；竖直方向运动装置(26)位于基板(24)下方，从下向上依次穿过成形室(13)的底板、液态金属回收槽(23)的底板、冷却槽(22)的底板和液态金属(25)，与基板(24)的底部固定在一起，用于控制基板(24)做竖直方向运动；所述的控制系统包括电子设备(29)和控制器(30)；电子设备(29)安装有控制软件并与控制器(30)相连，用于向控制器(30)发出控制指令；控制器(30)与所述的气氛调控系统、所述的供料系统、所述的出料系统和所述的运动系统相连，用于控制这些系统执行电子设备(29)发出的控制指令。
2.如权利要求1所述的一种金属3D打印设备，其特征在于，充气系统(27)采用的保护气体为氮气或惰性气体或还原性气体或氮气与氢气的混合气体，冷却槽(22)的侧壁内部的冷却介质为循环水或循环油，熔化炉塞杆(1)、供料压块(6)、密封挡板(7)和喷嘴塞杆(17)通过电动机或电磁机构驱动。
3.如权利要求1所述的一种金属3D打印设备，其特征在于，所述的冷却系统为溢流式结构，打印过程中，液态金属(25)的液面始终保持为冷却槽(22)顶部的高度，确保金属熔体在凝固过程中具有稳定的温度梯度。
4.如权利要求1所述的一种金属3D打印设备，其特征在于，所述的供料系统安放于成形室(13)内。
5.如权利要求1所述的一种金属3D打印设备，其特征在于，喷嘴(18)的出料口的孔径大小可根据产品的尺寸进行调控。
6.如权利要求1所述的一种金属3D打印设备，其特征在于，基板(24)内部通有循环冷却水或循环冷却油。
7.如权利要求1所述的一种金属3D打印设备，其特征在于，液态金属(25)能用气体冷却介质或非金属液体冷却介质或固体冷却介质替换。
8.一种采用权利要求1所述的一种金属3D打印设备的金属3D打印方法，其特征在于，打印成形步骤为：
第一步：气氛调控，将喷嘴顶盖(15)安装在喷嘴(18)上方，关闭成形室(13)的密封门，通过控制器(30)控制密封挡板(7)将保温炉(9)的出液口堵塞，打开抽真空系统(28)，对成形室(13)进行抽真空处理；关闭抽真空系统(28)，打开充气系统(27)，向成形室(13)内充入保护气体，直至成形室(13)内的气压达到一个大气压；
第二步：装料熔化，通过控制器(30)控制熔化炉塞杆(1)将熔化炉(2)底部的出液口堵塞，向熔化炉(2)中装入固体金属原料；开启熔化炉加热器(3)，将熔化炉(2)中的金属原料加热熔化；开启熔体传输管道加热器(5)、保温炉加热器(10)、供料管道加热器(12)、喷嘴补料管道加热器(19)和喷嘴加热器(21)，对熔体传输管道(4)、保温炉(9)、供料管道(11)、喷嘴补料管道(20)和喷嘴(18)进行加热；通过控制器(30)将熔化炉塞杆(1)提起，使熔化炉(2)中的金属熔体通过熔体传输管道(4)流入保温炉(9)中并保温，同时通过保温炉液位探针(8)对保温炉(9)内金属熔体的液面高度进行在线监测，当保温炉(9)中金属熔体的液面高度高于保温炉(9)的出液口高度且低于供料管道(11)的最高高度时，通过控制器(30)将密封挡板(7)提起，使保温炉(9)中的金属熔体在供料管道(11)的倒U型结构中形成液封，同时，通过控制器(30)控制熔化炉塞杆(1)将熔化炉(2)的出液口堵塞；
第三步：熔体传输，通过控制器(30)控制喷嘴塞杆(17)将喷嘴(18)的出料口堵塞，再通过控制器(30)控制水平方向运动装置(14)将喷嘴(18)移动至供料管道(11)下方，使喷嘴补料管道(20)与供料管道(11)处于同一轴线上；通过控制器(30)控制保温炉(9)内的供料压块(6)由初始位置向下运动，使保温炉(9)内的金属熔体通过供料管道(11)和喷嘴补料管道(20)流入喷嘴(18)中，并通过喷嘴液位探针(16)在线监测喷嘴(18)内金属熔体的液面高度，对供料压块(6)的行程进行调控；
第四步：打印成形，通过控制器(30)控制喷嘴(18)移动至基板(24)的上方；通过控制器(30)控制喷嘴塞杆(17)提起，调整其与喷嘴(18)的出料口之间的相对位置，使金属熔体以液流的形式从喷嘴(18)的出料口连续喷出并沉积在基板(24)上；同时，通过控制器(30)控制喷嘴(18)按照电子设备(29)所规划的打印路径进行打印；当打印完毕获得一层金属固体后，通过控制器(30)控制喷嘴塞杆(17)将喷嘴(18)的出料口堵塞，再通过控制器(30)控制竖直方向运动装置(26)驱动基板(24)下移，使打印成形的金属固体逐渐向液态金属(25)中浸没，基板(24)下移距离与打印层厚保持一致，从而保证凝固过程温度梯度的稳定；随着金属固体的逐渐下移，液态金属(25)从冷却槽(22)的顶部溢出并流入液态金属回收槽(23)中；
第五步：过程循环，在打印过程中一直通过喷嘴液位探针(16)对喷嘴(18)内金属熔体的液面高度进行在线监测，当其高于设定值时，继续执行并重复第四步的打印成形过程，直到成形所需金属产品；当其低于设定值时，重复第三步的熔体传输过程和第四步的打印成形过程，直到成形所需金属产品；
第六步：产品取出，当打印结束后，打开成形室(13)的密封门，通过控制器(30)控制水平方向运动装置(14)将喷嘴(18)移动至基板(24)上方以外区域，通过控制器(30)控制竖直方向运动装置(26)将基板(24)及打印成形的金属产品升至液态金属(25)液面以上，将打印成形的金属产品从基板(24)上取下，最终获得所需金属产品。
9.如权利要求8所述的打印方法，其特征在于，当打印的金属产品体积较大，保温炉(9)内的金属熔体的量不能满足完成整个金属产品的打印需要时，通过控制器(30)将运动至接近保温炉(9)底部的供料压块(6)提升至初始位置，并控制熔化炉塞杆(1)使熔化炉(2)中的金属熔体补充至保温炉(9)中，使保温炉(9)中的金属熔体液面高度始终高于保温炉(9)的出液口高度且低于供料管道(11)的最高高度。
10.如权利要求8所述的打印方法，其特征在于，当熔化炉(2)中的金属熔体不足以满足向保温炉(9)中补充金属熔体的需要时，需向熔化炉(2)中补充金属原料，实现3D打印过程的连续供料。
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