CN109158603A - 一种具有压实功能的金属件3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有压实功能的金属件3D打印机，属于3D打印技术领域，主要解决了现有3D打印机打印出来的产品密度低，强度差等问题，本发明提供的3D打印机包括打料装置，工作平台及机架；机架采用矩形框架式串联的传动结构，通过XYZ三个正交方向的传动共同控制打印过程，打料装置设于机架上，打料装置上设有压实装置，压实装置可在喷头打印之后的材料上施加一个压力，使得打印出的材料组织性能得到提高，保证在原有的打印基础上可使打印出的材料内部结构更致密，组织性能更好，同时也使材料更易附着于平台上。

Description

一种具有压实功能的金属件3D打印机

技术领域

本发明涉及一种3D打印机，具体而言，涉及一种具有压实功能的金属零件3D打印机。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3D打印机的出现带来了世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现，从而极大地缩短了产品的生产周期，提高了生产率，节约了成本。

一般的3D打印机通常是由储存容器通过动力系统在加工平台上输送出系统需要的定量原材料粉末，形成薄薄一层，然后在程序设定下需要成形的区域打印头喷出特殊的黏合剂。每完成一层，加工平台和打印头就会自动调整一个单位，以便于下一层的开展。虽然黏合剂遇到粉末会迅速凝结固化，不过这样打印出来的物体密度低，强度差，导致这类产品不能得到广泛的应用。所以如何解决3D打印机金属产品质量的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

中国发明专利文献CN104014793B公开了一种挤出式金属流3D打印机，其包括：一机架，具有可沿X、Y轴方向移动的工作台及可沿Z轴方向移动的机头；一打印装置，其包括：打印头、高频线圈及高频电感应加热装置，打印头包括：钨钢喷咀、陶瓷管组、耐高温陶瓷保护套及不锈钢端盖，钨钢喷咀具有一挤出孔；一送料装置；机头下端表面安装有至少一个用于对由金属线材打印成型的金属层进行局部预热熔融或用于加强金属层之间结合力的激光器；机架上还设有用于对打印头提供惰性气体，以至打印头可喷出惰性气体的惰性气体供气装置。该发明通过设置激光器来对由金属线材打印成型的金属层进行局部预热熔融或用于加强金属层之间结合力。虽然也能够达到提高打印成型效果的目的，但实施成本较高，不利于大面积推广。

发明内容

为了使打印出的材料内部结构更致密，组织性能更好，同时也使材料更易附着于平台上，设计出一款具有压实功能的金属件3D打印机，该打印机包括压实装置，可在喷头打印之后的材料上施加一个压力，使得打印出的材料组织性能得到提高。

本发明的具体方案如下：一种具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：包括打料装置、工作平台、机架，所述机架包括丝杠、光杆、底板，所述机架采用矩形框架式串联的传动结构，通过XYZ三个正交方向的传动共同控制打印过程，机架底部为四个底板构成的矩形框架，所述光杆与丝杠匹配，每根丝杠两侧各设有一根光杆；所述机架内沿Y轴方向设有Y轴丝杠和与之匹配的光杆，所述机架两侧设有两根Z轴丝杠和与之匹配的光杆，Z轴丝杆和与之匹配的光杆上滑动连接有X轴丝杠和与之匹配的光杆；所述工作平台设于Y轴丝杠和与之匹配的光杆上；所述打料装置设于X轴丝杠和与之匹配的光杆上。

优选地，所述机架还包括封盖、轴承、阶梯型圆柱套筒，每相邻两个底板通过垂直固定角架紧固相连；前后两个底板上各设有三个大小相同且等距的通孔，其中中间通孔为螺纹孔，中间通孔与两侧通孔分别用于安装Y轴丝杠和与之匹配的光杆；所述丝杠两端装有轴承，丝杠与轴承之间通过圆螺母固定，轴承外装有阶梯形圆柱套筒，阶梯形圆柱套筒的较大圆柱面上均布四个螺纹通孔，阶梯型圆柱套筒与封盖通过螺钉固定连接。

优选地，所述机架还包括侧立板、顶板、垂直固定角架、侧支架、L形滑块，所述两端底板的内侧与侧立板固定连接，所述侧立板与位于前后两端的所述底板的内侧固定连接，该侧立板上端与顶板固定连接；所述侧支架通过垂直固定角架与位于左右两端的所述底板固定连接，该侧支架设有三个相同且等距的通孔，其中中心孔为螺纹孔；设于左右两端的所述底板外侧的Y轴丝杠与光杆上对称装有与其滑动连接的L形滑块，且所述L形滑块还与X轴丝杠和与之匹配的光杆滑动连接。两侧Z轴丝杠顶端通过电机使得L形滑块能在竖直方向(Z轴)滑动。同样，X轴丝杠左端通过电机驱动可保证工作部分在水平方向上(X轴)的滑动。

优选地，所述工作平台包括载物台、滑板、蛇形管道，所述载物台呈矩形板状，其下端面设有凹陷的第一蛇形轨道；所述滑板设置于载物台下方，包括板状的滑板上层和滑板下层，滑板上层和下层呈阶梯矩形，滑板上层设有与所述载物台对应的凹陷的第二蛇形轨道，滑板下层设有与所述Y轴丝杠和光杆相对应的通孔；

所述第一蛇形轨道和第二蛇形轨道之间用于安装蛇形管道，蛇形管道两端分别为进液口与出液口，蛇形管道内可通入不同温度的液体，通过液体温度的变化调控工作平台的温度；

所述载物台与滑板均在四个角上设有螺纹孔，通过螺钉将其固定连接。

优选地，充入蛇形管道的液体温度可控制在0℃-200℃之间。

优选地，所述打料装置包括喷头、喷头固定盖、加热块、气缸、压料片、喷嘴、气缸固定座、矩形滑块；

所述矩形滑块两端设有与X轴丝杠和与之匹配的光杆相对应的三个通孔；可保证其在水平方向上(X轴)的滑动。

所述喷头为锥形结构，包括喷头本体和设于喷头本体底部的加热块、喷嘴，加热块与喷嘴为一体式结构，所述喷头通过喷头固定盖固设在矩形滑块中部；

所述气缸通过气缸固定座与矩形滑块固定连接，气缸固定座上设有螺母；所述气缸为两个，对称设于喷头两侧，可使压料片运动更平稳，不易倾斜，压实效果更好。

所述压料片设于矩形滑块下方，压料片呈扁平帽形，帽沿端位于上方，压料片法兰两端均布两个螺纹通孔，用于连接缸底部；压料片中心位置设有通孔，用于穿过喷嘴。

优选地，所述打料装置还包括排风扇，保证部件温度正常，以防止温度过高烧坏部件。所述排风扇设于喷头前方，与喷头通过排风扇固定座连接，所述风扇固定座为L型结构，L型结构的长边与排风扇固定，短边通过U型开孔与喷头连接。

优选地，所述加热块使用电感线圈加热，其前后方向各设一个通孔，用于安装电源。

优选地，所述圆螺母与轴承之间装有止动垫圈，防止松动；所述封盖与阶梯型圆柱套筒间设有调整垫片，以防止套筒摇摆。

优选地，所述螺母与气缸固定座之间设有弹簧垫圈，防止工作过程中由于震动造成紧固螺栓的松动。

优选地，在气缸两端各布置一进气孔与出气孔，通入的气体通过压缩活塞与活塞杆提供压力，进而带动压料片向下运动。

优选地，所述压料片底部略高于喷嘴，在工作工程中气缸上下往复运动，带动压料片接触到料，在一定压力下可实现对还未完全凝固的金属粉末进行压实。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明所设计的具有压实功能的金属件3D打印机，通过设置压料片作为压实装置，使打印出的材料内部结构更致密，组织性能更好，同时也使材料更易附着于平台上，以实现打印出的产品能得到更广泛的应用；另外，双气缸对称布置使压料片运动更平稳，不易倾斜，压实效果达到更好。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明打料装置的立体示意图；

图3为本发明机架的立体示意图；

图4为本发明轴承连接部分的立体示意图；

图5为本发明压料片的立体示意图；

图6为本发明套筒的立体示意图；

图7为本发明联轴器的立体示意图；

图8为本发明气缸的立体示意图；

图9为本发明喷头的立体示意图；

图10为本发明风扇固定座的立体示意图；

图11为本发明排风扇的立体示意图；

图12为本发明垂直固定角架的立体示意图；

图13为本发明载物台的立体示意图；

图14为本发明滑板的立体示意图；

图15为本发明蛇形管道的立体示意图；

图16为本发明L形滑块的立体示意图；

图17为本发明矩形滑块的立体示意图。

图中：1.打料装置、1-1.喷头、1-2.喷头固定盖、1-3.排风扇固定座、1-4.排风扇、1-5.加热块、1-6.气缸、1-7.压料片、1-8.喷嘴、1-9、气缸固定座、1-10.矩形滑块、1-11.弹簧垫圈、1-12.活塞杆、1-13.活塞、3-14.L形滑块、1-14.气孔、2.工作平台、2-1.载物台、2-2.滑板、2-3.蛇形管道、2-4.第一蛇形轨道、2-5.第二蛇形轨道、3.机架、3-1.顶板、3-2.丝杠、3-3.光杆、3-4.垂直固定角架、3-5.侧支架、3-6.轴承、3-7.底板、3-8.封盖、3-9.侧立板、3-10.套筒、3-11调整垫片、3-12.圆螺母、3-13.止动垫圈、4.联轴器。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1所示的具有压实功能的金属件3D打印机。机架3采用矩形框架式串联的传动结构，XYZ三个正交方向的传动共同控制打印过程机架3底部由四个矩形底板3-7固定连接，每相邻两个底板3-7通过垂直固定角架3-4紧固相连。本发明中XYZ三个正交方向各设有一根丝杠3-2和两根光杆3-3。

图2所示的打料装置1包括喷头1-1、喷头固定盖1-2、加热块1-5、气缸1-6、压料片1-7、喷嘴1-8、气缸固定座1-9、矩形滑块1-10；矩形滑块1-10两端设有与X轴丝杠3-2、光杆3-3对应的三个通孔，如图17所示，可保证其在水平方向上(X轴)的滑动。喷头1-1为锥形结构，包括喷头1-1本体和设于喷头1-1本体底部的加热块1-5、喷嘴1-8，加热块1-5与喷嘴1-8为一体式结构，喷头1-1通过喷头固定盖1-2固设在矩形滑块1-10中部；气缸1-6通过气缸固定座1-9与矩形滑块1-10固定连接，气缸固定座1-9上设有螺母；气缸1-6为两个，对称设于喷头1-1两侧，可使压料片1-7运动更平稳，不易倾斜，压实效果更好。压料片1-7设于矩形滑块1-10下方，压料片1-7呈扁平帽形，帽沿端位于上方，压料片1-7法兰两端均布两个螺纹通孔，用于连接缸底部；压料片1-7中心位置设有通孔，用于穿过喷嘴1-8。如图11所示，在喷头1-1正前方设有一个排风扇1-4，以防止温度过高烧坏部件，排风扇1-4与喷头1-1通过风扇固定座1-3连接。排风扇1-4设于喷头1-1前方，与喷头1-1通过排风扇固定座1-3连接，风扇固定座为L型结构，L型结构的长边与排风扇1-4固定，短边通过U型开孔与喷头1-1连接。加热块1-5使用电感线圈加热，其前后方向各设一个通孔，用于安装电源。

如图5所示为压料片1-7的示意图，压料片1-7呈扁平帽形，法兰两端均布两个螺纹通孔。压料片1-7底部略高于喷嘴1-8，在工作工程中气缸1-6上下往复运动，带动压料片1-7接触到料，在一定压力下可实现对还未完全凝固的金属粉末进行压实。

图3所示为本发明机架3的立体示意图，前后两个底板3-7各设有三个大小相同且等距的通孔，其中中间通孔设为螺纹孔。丝杠3-2两端装有轴承3-6。如图4所示，丝杠3-2与轴承3-6之间通过圆螺母3-12固定，在圆螺母3-12与轴承3-6之间装有止动垫圈3-13。轴承3-6外装有阶梯形圆柱套筒3-10，较大圆柱面均布四个螺纹通孔，与封盖3-8通过螺钉固定连接。在封盖3-8与套筒3-10装有调整垫片3-11。两端底板3-7内侧与侧立板3-9固定连接，该侧立板3-9上端与顶板3-1固定连接；两端底板3-7外侧通过垂直固定角架3-4与侧支架3-5固定连接，该侧支架3-5设有三个相同且等距的通孔，其中中心孔为螺纹孔。在左右两端的丝杠3-2与光杆3-3上对称装有与其滑动连接的L形滑块3-14，如图14所示，分别在竖直方向与水平方向连有丝杠3-2和光杆3-3。矩形滑块1-10两端设有与丝杠3-2、光杆3-3对应的三个通孔，如图17所示。矩形滑块1-10通过气缸固定座1-9与气缸1-6固定连接，在螺母与气缸固定座1-9之间安装弹簧垫圈1-11。

图8所示为气缸1-6的示意图，气缸1-6包括活塞1-13和活塞杆1-12，气缸1-6两端各布置一进气孔1-14与出气孔1-14，通入的气体通过压缩活塞1-13与活塞杆1-12提供压力，进而带动压料片1-7向下运动。

图9所示为喷头1-1的示意图，喷头1-1上设有加热块1-5以及喷嘴1-8，加热块1-5与喷嘴1-8设计成一体式，加热块1-5为电感线圈加热，其前后方向有一个通孔。

如图13-15所示，本发明提供的工作平台2包括载物台2-1、滑板2-2、蛇形管道2-3。如图13所示，载物台2-1呈矩形板状，其下端面设有凹陷的第一蛇形轨道2-4。如图14所示，滑板2-2设置于载物台2-1下方，包括板状的滑板上层和滑板下层，滑板上层和下层呈阶梯矩形，滑板上层设有与载物台2-1对应的第二蛇形轨道2-5，滑板下层设有与Y轴丝杠3-2和光杆3-3相对应的通孔，Y轴丝杠3-2可带动载物台2-1在前后方向(Y轴)上的滑动；第一蛇形轨道2-4和第二蛇形轨道2-5之间用于安装蛇形管道2-3，蛇形管道2-3两端分别为进液口与出液口，蛇形管道2-3内可通入不同温度的液体，通过液体温度的变化调控工作平台2的温度；载物台2-1与滑板2-2均在四个角上设有螺纹孔，通过螺钉将二者固定连接。

Claims (10)

1.一种具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：包括打料装置、工作平台、机架，所述机架包括丝杠、光杆、底板，所述机架采用矩形框架式串联的传动结构，通过XYZ三个正交方向的传动共同控制打印过程，机架底部为四个底板构成的矩形框架；

所述光杆与丝杠匹配，每根丝杠两侧各设有一根光杆；所述机架内沿Y轴方向设有Y轴丝杠和与之匹配的光杆，所述机架两侧设有两根Z轴丝杠和与之匹配的光杆，Z轴丝杆和与之匹配的光杆上滑动连接有X轴丝杠和与之匹配的光杆；所述工作平台设于Y轴丝杠和与之匹配的光杆上；所述打料装置设于X轴丝杠和与之匹配的光杆上。

2.如权利要求1所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述机架还包括封盖、轴承、阶梯型圆柱套筒，每相邻两个底板通过垂直固定角架紧固相连；前后两个底板上各设有三个大小相同且等距的通孔，其中中间通孔为螺纹孔，中间通孔与两侧通孔分别用于安装Y轴丝杠和与之匹配的光杆；所述丝杠两端装有轴承，丝杠与轴承之间通过圆螺母固定，轴承外装有阶梯形圆柱套筒，阶梯形圆柱套筒的较大圆柱面上均布四个螺纹通孔，阶梯型圆柱套筒与封盖通过螺钉固定连接。

3.如权利要求2所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述圆螺母与轴承之间装有止动垫圈，所述封盖与阶梯型圆柱套筒间设有调整垫片。

4.如权利要求1所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述机架还包括侧立板、顶板、垂直固定角架、侧支架、L形滑块，所述侧立板与位于前后两端的所述底板的内侧固定连接，该侧立板上端与顶板固定连接；所述侧支架通过垂直固定角架与位于左右两端的所述底板固定连接，该侧支架设有三个相同且等距的通孔，其中中心孔为螺纹孔；设于左右两端的所述底板外侧的Y轴丝杠与光杆上对称装有与其滑动连接的L形滑块，且所述L形滑块还与X轴丝杠和与之匹配的光杆滑动连接。

5.如权利要求1所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述工作平台包括载物台、滑板、蛇形管道，所述载物台呈矩形板状，其下端面设有凹陷的第一蛇形轨道；

所述滑板设置于载物台下方，包括板状的滑板上层和滑板下层，滑板上层和下层呈阶梯矩形，滑板上层设有与所述载物台对应的凹陷的第二蛇形轨道，滑板下层设有与所述Y轴丝杠和与之匹配的光杆相对应的通孔；

所述第一蛇形轨道和第二蛇形轨道之间用于安装蛇形管道，蛇形管道两端分别为进液口与出液口，蛇形管道内可通入不同温度的液体；

所述载物台与滑板均在四个角上设有螺纹孔，通过螺钉将其固定连接。

6.如权利要求1所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述打料装置包括喷头、喷头固定盖、加热块、气缸、压料片、喷嘴、气缸固定座、矩形滑块；

所述矩形滑块两端设有与X轴丝杠和与之匹配的光杆相对应的三个通孔；

所述喷头为锥形结构，包括喷头本体和设于喷头本体底部的加热块、喷嘴，加热块与喷嘴为一体式结构，所述喷头通过喷头固定盖固设在矩形滑块中部；

所述气缸通过气缸固定座与矩形滑块固定连接，气缸固定座上设有螺母；所述气缸为两个，对称设于喷头两侧；

所述压料片设于矩形滑块下方，压料片呈扁平帽形，帽沿端位于上方，压料片法兰两端均布两个螺纹通孔，用于连接缸底部；压料片中心位置设有通孔，用于穿过喷嘴。

7.如权利要求6所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述打料装置还包括排风扇，所述排风扇设于喷头前方，与喷头通过排风扇固定座连接，所述风扇固定座为L型结构，L型结构的长边与排风扇固定，短边通过U型开孔与喷头连接。

8.如权利要求6所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述加热块使用电感线圈加热，其前后方向各设一个通孔。

9.如权利要求6所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述螺母与气缸固定座之间设有弹簧垫圈。

10.如权利要求6所述的具有压实功能的金属件3D打印机，其特征在于：所述压料片底部略高于喷嘴，在工作工程中气缸上下往复运动，带动压料片接触到料，在一定压力下可实现对还未完全凝固的金属粉末进行压实。