CN108637257B - 一种金属3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种金属3D打印机，属于3D打印机设备领域，本发明提供的金属3D打印机，X轴及Y轴采用导轨滑块一体式安装，保证打印过程中精度的同时可降低自身重量，Z轴采用双电机四套滚珠丝杆的方式为金属3D打印机首创，保证Z轴在上升及下降过程中稳固。打印头组件可以根据实际使用线材类型调整温度，卷簧自动送料的方式提供了料筒送料棒的动力，采用双电机弹簧预压紧装置可避免了材料在送丝过程中齿轮卡料，旋转夹紧气缸提供了料棒在补充料棒过程中的准入及推动力，打印头装置中绕线丝，气管，及大量使用耐磨隔热材料，为金属打印过程中超高温快速加热，降温，隔热提供了保障。

Description

一种金属3D打印机
技术领域
本发明属于3D打印机设备领域，主要涉及一种金属3D打印机。
技术背景
3D打印作为快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。由于3D打印技术能够快速生产高端的定制化产品，而且可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。因此3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
利用3D打印技术制作模型很常见，金属激光3D打印成型很常见，且激光，电子束等应用于金属3D打印种类也很多，且大多为粉末材料。但是常见金属3D打印机系统及结构复杂，费用昂贵，材料粉末也贵，对于普通开发者想使用金属打印很难实，因此，现在的金属3D打印机面向市场准接入较高，难以普及应用。
发明内容
针对目前常见的金属3D打印机价格昂贵，主要是激光器系统，电子束系统发杂，粉末材料要求高价格贵，操作难。本发明专明提供一种金属3D打印机，可根据现有的金属丝料棒完成3D打印，大大提高了3D打印机的实用性，节约成本，为普及应用3D打印机做出了良好的技术创新。
本发明所采用的设计方案是：一种金属3D打印机，包括装料组件1、丝材料棒11，所述装料组件1下侧装有打印头组件2，所述打印头组件2上设有挤出机组件3，所述丝材料棒11贯穿装料组件1、打印头组件2、挤出机组件3和气缸组件4，所述打印头组件2下方有打印平台组件5，所述打印平台组件5安装在Y轴组件6上，所述Y轴组件6安装在X轴组件7上，所述X轴组件7安装在Z轴组件8上。
本发明提供的设计方案中，所述装料组件1里面装有材料桶9，所述材料桶9下面设有卷簧动力总成12，卷簧轴下连接有卷簧旋钮，所述卷簧动力总成12安装在送料缸体10内，所述丝材料棒11穿过送料缸体10内，所述送料缸体10内安装有丝材料棒并且与限位开关13接触。
本发明提供的设计方案中，所述丝材料棒11下部设置有打印头组件2，丝材料棒11的一端穿过氧化铝陶瓷管14，氧化铝陶瓷管14外连接打印头散热块15，打印头散热块15下端装有石英隔热端盖16，石英隔热端盖16里装有加热线圈17，加热线圈17另一端孔内穿有冷却气管18，打印头散热块15下端装有打印头19，打印头散热块15上端装有氧化铝隔热法兰20。
本发明提供的设计方案中，所述打印头组件2上设有挤出机组件3，挤出机组件3安装在隔热安装板30上，隔热安装板30上面安装有弹簧固定块21，弹簧固定块21上安装有压簧22，压簧22远离弹簧固定块21的一边压着挤出电机23，挤出电机23安装在挤出电机安装钣金28上，挤出电机安装钣金28下端安装有挤出电机滑轮29，挤出电机安装钣金28上连接有检测开关安装支架25，检测开关安装支架25上装有检测开关26，挤出电机23轴端安装有挤出机齿轮27。
本发明提供的设计方案中，所述丝材料棒11顶部有压杆31，压杆31装在缸体连接块33一端，缸体连接块33中间位置连接旋转夹紧缸34，所述缸体连接块33远离压杆31一端连接旋转压杆35，旋转夹紧缸34上装有气管32，旋转夹紧缸34下端安装有气缸安装支架36，气缸安装支架36底部安装在隔热安装板30上。
本发明提供的设计方案中，所述打印平台组件5中Y轴滑块38的一侧安装在底板安装板39上，所述底板安装板39中间安装有Y轴滚珠40及隔热垫圈45，所述隔热垫圈45将底板安装板39与底板43热量隔开，所述底板43下部安装有加热板42及底板温测41，所述底板上面覆盖有底板耐粘板44。
本发明提供的设计方案中，所述Y轴组件6中Y轴电机46安装在Y轴电机安装架47上，所述Y轴电机安装架47内装有连接Y轴电机46与Y轴丝杆52的联轴器48，所述Y轴电机安装架47通过Y轴导轨50、X轴滑块51及Y轴限位53安装在Y轴底板49上，所述Y轴滚珠40在Y轴丝杆中滚动。
本发明提供的设计方案中，所述X轴组件7中X轴电机54安装在X轴电机安装架55上，所述X轴电机安装架55内装有连接X轴电机54与X轴丝杆57的联轴器56，所述X轴电机安装架55通过X轴导轨58及X轴限位60安装在X轴底板59上，X轴丝杆端盖62和Z轴滚珠61安装在X轴底板一端。
本发明提供的设计方案中，所述Z轴组件8中Z轴电机63安装在电机底板67上,所述Z轴组件8上方为双Z轴电机63，四组丝杆65结构，所述Z轴电机63上装有电机同步带轮69，所述电机同步带轮69连接在同步带70上，所述同步带70连接双惰轮68和双丝杆同步带66，所述双丝杆同步带安装在Z轴丝杆65上，所述Z轴丝杆65两端装有丝杆轴承座64。
本发明具有以下优点：
本发明提供一种结构简单，操作方便的金属3D打印机，X轴及Y轴采用导轨滑块一体式安装，结构紧凑，保证打印过程中精度的同时可降低自身重量。Z轴采用双电机四套滚珠丝杆的方式为金属3D打印机首创，保证Z轴在上升及下降过程中稳固。打印头组件可以根据实际使用线材类型调整温度，从而打印不同种类丝料棒，卷簧自动送料的方式提供了料筒送料棒的动力，采用双电机弹簧预压紧装置可避免了材料在送丝过程中齿轮卡料，旋转夹紧气缸提供了料棒在补充料棒过程中的准入及推动力，打印头装置中绕线丝，气管，及大量使用耐磨隔热材料，为金属打印过程中超高温快速加热，降温，隔热提供了保障。大大提高了金属3D打印机喷头的实用性。
附图说明
图1为金属3D打印机的三维结构图，1-装料组件，2-打印头组件，3-挤出机组件，4-气缸组件，5-打印平台组件，6-Y轴组件，7-X轴组件，8-Z轴组件。
图2为金属3D打印机主视图。
图3为金属3D打印机俯视图。
图4为金属3D打印机装料组件，9-材料桶，10-送料缸体，11-丝材料棒，12-卷簧动力总成，13-限位开关。
图5为金属3D打印机打印头组件2，14-氧化铝陶瓷管，15-打印头散热块，16-石英隔热端盖，17-加热线圈，18-冷却气管，19-打印头，20-氧化铝隔热法兰。
图6为金属3D打印机挤出机组件3,21-弹簧固定块，22-压簧，23-挤出电机，24-挤出风扇，25-检测开关安装架，26-检测开关，27-挤出机齿轮，28-挤出电机安装钣金，29-挤出电机滑轮，30-隔热安装板。
图7为金属3D打印机气缸组件4，31-压杆，32-气管，33-缸体连接块，34-旋转夹紧缸，35-旋转压杆，36-气缸安装支架。
图8为金属3D打印机打印平台组件5，38-Y轴滑块，39-底板安装板，40-Y轴滚珠，41-底板测温，42-加热板，43-底板，44-底板耐粘板，45-隔热垫圈。
图9为金属3D打印机结构装置Y轴组件6，46-Y轴电机，47-Y轴电机安装架，48-联轴器，49-Y轴底板，50-Y轴导轨，51-X轴滑块，52-Y轴丝杆，53-Y轴限位。
图10金属3D打印机X轴组件7，54-X轴电机，55-X轴电机支架，56-联轴器，57-X轴丝杆，58-X轴导轨，59-X轴底板，60-X轴限位，61-X轴滚珠，62-X轴丝杆端盖。
图11金属3D打印机Z轴组件8，63-Z轴电机，64-丝杆轴承座，65-Z轴丝杆，66-丝杆同步带，67-电机底板，68-惰轮，69-电机同步带轮，70-同步带。
具体实施方式
下面将结合本发明附图和具体设计方案，对本发明实施例中的设计方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。
实施例1
如图1金属3D打印机的三维结构图所示，一种金属3D打印机，包括装料组件1，所述装料组件1下侧装有打印头组件2，所述打印头组件2上设有挤出机组件3，所述挤出机组件3上设置有气缸组件4,装料组件1、打印头组件2、挤出机组件3和气缸组件4贯穿连接丝材料棒11，所述打印头组件2下放有打印平台组件5，所述打印平台组件5安装在Y轴组件6上，所述Y轴组件6安装在X轴组件7上，所述X轴组件7安装在Z轴组件8上。
如图4包括装料组件1里面装有材料桶9，所述材料桶9下面设有卷簧动力总成12，卷簧轴下连接有卷簧旋钮，所述卷簧动力总成12安装在送料缸体10内，所述丝材料棒11穿过送料缸体10内，所述送料缸体10内安装有丝材料棒并且与限位开关13接触。
如图5所述丝材料棒11下部设置有打印头组件2，丝材料棒11的一端穿过氧化铝陶瓷管14，氧化铝陶瓷管14外连接打印头散热块15，打印头散热块15下端装有石英隔热端盖16，石英隔热端盖16里装有加热线圈17，加热线圈17另一端孔内穿有冷却气管18，打印头散热块15下端装有打印头19，打印头散热块15上端装有氧化铝隔热法兰20。
如图6所述打印头组件2上设有挤出机组件3，挤出机组件3安装在隔热安装板30上，隔热安装版上面安装有弹簧固定块21，弹簧固定块21上安装有压簧22，压簧22另一边压着挤出电机23，挤出电机23安装在挤出电机安装钣金28上，挤出电机安装钣金28下端安装有挤出电机滑轮29，挤出电机安装钣金28上连接有检测开关安装支架25，检测开关支架25上装有检测开关26，挤出电机23轴端安装有挤出机齿轮27。
如图7所述丝材料棒11顶部有压杆31，压杆31装在缸体连接块33一端，缸体连接块33中间另一端分别连接旋转夹紧缸34及旋转压杆35，旋转夹紧缸34上装有气管32，旋转夹紧缸34下端安装有气缸安装支架36，气缸安装支架36底部安装在隔热安装板30上。
如图8所述底板安装板39中间安装有Y轴滚珠40及隔热垫圈45，所述隔热垫圈45将底板安装板39与底板43热量隔开，所述底板43下部安装有加热板42及底板温测41，所述底板上面覆盖有底板耐粘板44。
如图9所述Y轴组件6中Y轴电机46安装在Y轴电机安装架47上，所述Y轴电机安装架47内装有连接Y轴电机46与Y轴丝杆52的联轴器48，所述Y轴电机安装架47通过Y轴导轨50、X轴滑块51及Y轴限位53安装在Y轴底板49上，所述Y轴滚珠40在Y轴丝杆中滚动。
如图10所述X轴电机54安装在X轴电机安装架55上，所述X轴电机安装架55内装有连接X轴电机54与X轴丝杆57的联轴器56，所述X轴电机安装架55通过X轴导轨58及X轴限位60安装在X轴底板59上，X轴丝杆端盖62Z轴滚珠61安装在X轴底板一端。
如图11所述Z轴电机63安装在电机底板67上,所述Z轴组件8上位为双Z轴电机63，四组丝杆65结构，所述Z轴电机63上装有电机同步带轮69，所述电机同步带轮69连接在同步带70上，所述同步带70连接双惰轮68及双丝杆同步带66，所述丝杆同步带安装在Z轴丝杆65上，所述Z轴丝杆65两端装有丝杆轴承座64。
本发明具有以下优点：
本发明提供一种结构简单，操作方便的金属3D打印机，X轴及Y轴采用导轨滑块一体式安装，结构紧凑，保证打印过程中精度的同时可降低自身重量。Z轴采用双电机四套滚珠丝杆的方式为金属3D打印机首创，保证Z轴在上升及下降过程中稳固。打印头组件2可以根据实际使用线材类型调整温度，从而打印不同种类丝料棒，卷簧自动送料的方式提供了料筒送料棒的动力，采用双电机弹簧预压紧装置可避免了材料在送丝过程中齿轮卡料，旋转夹紧气缸提供了料棒在补充料棒过程中的准入及推动力，打印头装置中绕线丝，气管，及大量使用耐磨隔热材料，为金属打印过程中超高温快速加热，降温，隔热提供了保障。大大提高了金属3D打印机喷头的实用性。
装置使用时，根据实际需要丝材料棒材的种类设定适当的熔点温，进丝速度，及冷却风力大小，温度调节为0-1800度，然后进行打印，可以满足多种金属3D打印的需求，而且大大提高了金属3D打印机喷头的多场合应用。
装置使用时，打印头组件2基本上不随运动轴运动，避免了打印头整体运动过程中产生的故障，降低故障率，运动部件X组件，Y组件，Z组件都是相互独立模块化运动，互补干涉，可降低累计误差，提高模型的精度。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此专利，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (3)

1.一种金属3D打印机，包括装料组件(1)、丝材料棒(11)，其特征在于，所述装料组件(1)下侧装有打印头组件(2)，所述打印头组件(2)上设有挤出机组件(3)，所述丝材料棒(11)贯穿装料组件(1)、打印头组件(2)、挤出机组件(3)和气缸组件(4)，所述打印头组件(2)下方有打印平台组件(5)，所述打印平台组件(5)安装在Y轴组件(6)上，所述Y轴组件(6)安装在X轴组件(7)上，所述X轴组件(7)安装在Z轴组件(8)上；
所述打印头组件(2)上设有挤出机组件(3)，挤出机组件(3)安装在隔热安装板(30)上，隔热安装板(30)上面安装有弹簧固定块(21)，弹簧固定块(21)上安装有压簧(22)，压簧(22)远离弹簧固定块(21)的一边压着挤出电机(23)，挤出电机(23)安装在挤出电机安装钣金(28)上，挤出电机安装钣金(28)下端安装有挤出电机滑轮(29)，挤出电机安装钣金(28)上连接有检测开关安装支架(25)，检测开关安装支架(25)上装有检测开关(26)，挤出电机(23)轴端安装有挤出机齿轮(27)；
所述丝材料棒(11)顶部有压杆(31)，压杆(31)装在缸体连接块(33)一端，缸体连接块(33)中间位置连接旋转夹紧缸(34)，所述缸体连接块(33)远离压杆(31)一端连接旋转压杆(35)，旋转夹紧缸(34)上装有气管(32)，旋转夹紧缸(34)下端安装有气缸安装支架(36)，气缸安装支架(36)底部安装在隔热安装板(30)上；
所述打印平台组件(5)中Y轴滑块(38)的一侧安装在底板安装板(39)上，所述底板安装板(39)中间安装有Y轴滚珠(40)及隔热垫圈(45)，所述隔热垫圈(45)将底板安装板(39)与底板(43)热量隔开，所述底板(43)下部安装有加热板(42)及底板温测(41)，所述底板上面覆盖有底板耐粘板(44)；
所述Y轴组件(6)中Y轴电机(46)安装在Y轴电机安装架(47)上，所述Y轴电机安装架(47)内装有连接Y轴电机(46)与Y轴丝杆(52)的联轴器(48)，所述Y轴电机安装架(47)安装在Y轴底板(49)上，所述Y轴滚珠(40)在Y轴丝杆中滚动；
所述X轴组件(7)中X轴电机(54)安装在X轴电机安装架(55)上，所述X轴电机安装架(55)内装有连接X轴电机(54)与X轴丝杆(57)的联轴器(56)，所述X轴电机安装架(55)安装在X轴底板(59)上，X轴丝杆端盖(62)和Z轴滚珠(61)安装在X轴底板一端；
所述Z轴组件(8)中Z轴电机(63)安装在电机底板(67)上,所述Z轴组件(8)上方为双Z轴电机(63)，四组丝杆(65)结构，所述Z轴电机(63)上装有电机同步带轮(69)，所述电机同步带轮(69)连接在同步带(70)上，所述同步带(70)连接双惰轮(68)和双丝杆同步带(66)，所述双丝杆同步带安装在Z轴丝杆(65)上，所述Z轴丝杆(65)两端装有丝杆轴承座(64)。
2.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机，其特征在于，所述装料组件(1)里面装有材料桶(9)，所述材料桶(9)下面设有卷簧动力总成(12)，卷簧轴下连接有卷簧旋钮，所述卷簧动力总成(12)安装在送料缸体(10)内，所述丝材料棒(11)贯穿送料缸体(10)并与限位开关(13)接触。
3.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机，其特征在于，所述丝材料棒(11)下部设置有打印头组件(2)，丝材料棒(11)的一端穿过氧化铝陶瓷管(14)，氧化铝陶瓷管(14)外连接打印头散热块(15)，打印头散热块(15)下端装有石英隔热端盖(16)，石英隔热端盖(16)里装有加热线圈(17)，加热线圈(17)一端孔内穿有冷却气管(18)，打印头散热块(15)下端装有打印头(19)，打印头热块(15)上端装有氧化铝隔热法兰(20)。
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