CN109332703B - 一种基于fdm方法的锡金属快速成型打印头 - Google Patents

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Abstract

一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，属于金属加工领域。本发明的结构为导向滑柱容柱通过直线导轨滑块与滑动连接块连接，步进机固定在连接块上，联轴器连接步进机与活塞螺杆，熔融金属容柱通过下端盖的导流口与导向滑柱容柱相连，导流口设置在下端盖的侧面且与密封外支架壳内表面过盈配合，挤出头位于熔融金属容柱下方并与下端盖相连接，熔融金属容柱与导向滑柱容柱的外侧绕有电加热丝，下端盖顶面设置有加热棒，侧面有温度传感器。本发明专利不仅可以进行对中小型零件进行锡金属成型，而且可以对简单电路进行打印调试，可以大大减少电路调试成本，结构简单，制作成本低，适用范围广，可有效的解决打印零件强度不足的问题。

Description

一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头
技术领域
本发明属于金属加工领域，具体涉及一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头。
背景技术
3D打印技术是一种增材制造技术，相对于传统的材料去除技术，增材制造是一种自上而下的材料累加的制造工艺，其是集成机械、控制和计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，在最近这些年得到迅猛发展。
当今社会，随着科技发展及生产需求的加快，利用快速成型技术直接制造复杂功能零件的加工制造方法，对于减少制造流程，提高生产效率，降低制造成本有着积极的作用。目前， 3D打印技术因为其独特的加工制造优势被广泛应用于医药医疗、建筑工程、食品制作、汽车制造、科研教育、航空航天、首饰配件等众多领域，3D打印逐渐融入我们生活，并且正迅速改变着人们的生产生活方式。
伴随着3D打印技术工业化的应用需求增加，对材料的力学性能提出了更高的要求，但目前3D打印基本都是对PLA、ABS等塑料的成形，因受限于3D打印材料的限制，使得加工的零件强度刚度相对较差，零件的耐用性不强。现有打印材料强度、稳定性、安全性、实用性等性能指标不够理想，金属材料是3D打印材料中未来应用市场最为广泛的材料，然而由于金属材料的3D打印的难度较大，目前可以用于打印的金属材料种类比较少，随着技术的进步和制造业要求的升级，未来几年有望看到金属3D打印技术的市场步入快速成长期，本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头针对3D打印材料问题，提出设计一种锡金属快速成型打印头装置。极大地提高了加工零件的强度，本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头不仅可以进行对中小型零件进行锡金属成型。而且可以对简单电路进行打印调试，可以大大减少电路调试成本。本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头结构简单，制作成本低，适用范围广，可有效的解决打印零件强度不足的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头。
为实现上述目的，一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其结构包括电机1、熔融金属容柱9、挤出头10和兼用导向滑柱容柱15，所述的兼用导向滑柱容柱15包括滑柱部分和容柱部分，滑柱部分通过直线导轨滑块16与滑动连接块2连接，容柱部分与所述的熔融金属容柱9一起安装在密封外支架壳13中；所述的密封外支架壳13上下两端分别设有上端盖7与下端盖11；所述的熔融金属容柱通过下端盖11的导流口与兼用导向滑柱容柱15的容柱部分相连，熔融金属容柱9与兼用导向滑柱容柱15的容柱部分的外侧均绕有电加热丝21；所述的电机1固定在滑动连接块2上，电机1通过联轴器4与活塞螺杆5连接，所述的活塞螺杆穿过上端盖并与熔融金属容柱9内部的活塞组件8相连；所述的挤出头10位于熔融金属容柱9下方并穿过下端盖11。
所述的活塞螺杆5通过螺杆螺母6与上端盖7型面连接，螺杆螺母6与上端盖7为沉头型面配合。
所述的导流口设置在下端盖的侧面且与密封外支架壳13内表面过盈配合。
所述的下端盖11顶面设置有加热棒20，侧面有温度传感器18。
其结构还包括轴承24、活塞组件上盖22、活塞组件下盖23，所述的轴承24内圈与活塞螺杆5过盈配合，轴承24外圈与活塞组件上盖22过盈配合，活塞组件下盖23端面为平面。
其结构还包括第一控锡量螺栓17、第二控锡量螺栓19，所述的导流口的两端分别安装有第一控锡量螺栓17和第二控锡量螺栓19。
所述的密封外支架壳13打孔与笛卡尔三坐标平台或者三轴并联平台安装。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，通过加热棒、热阻丝以及温度传感器打印成形进行加热控制，堆叠获取基于锡金属的零件，与传统对PLA、ABS的打印成形的零件相比，锡金属的零件具有较强的强度以及量良好的综合性能；本发明可在支架外壳打孔与笛卡尔三坐标平台或者三轴并联平台安装，使用适应性强，此外本发明还可以对简单的电路进行打印，以便快速对电路进行调试实验，可以大大降低电路调试试验成本；本发明一次性打印成形零件的体积为，较大型的零件可以分解进行多次打印成形，用焊枪焊锡对零件接缝进行焊接，在保证零件强度的条件下可以得到比PLA、ABS打印零件尺寸大的零件，应用前景广泛极大地提高了加工零件的强度；本发明对打印材料进行变更，获取更好力学性能的零件，具有实际工程意义；本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头不仅可以进行对中小型零件进行锡金属成型，而且可以对简单电路进行打印调试，可以大大减少电路调试成本，结构简单，制作成本低，适用范围广，可有效的解决打印零件强度不足的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的第一工作过程图。
图3为本发明的第二工作过程图。
图4为本发明的第三工作过程图。
图5为本发明的外部整体图。
图6为本发明的内部整体图。
图7为本发明的熔融金属容柱侧视图。
图8为本发明的熔融金属容柱俯视图。
图9为本发明的活塞组件图。
图10为本发明的下端盖正视图。
图11为本发明的下端盖侧视图。
图12为本发明的下端盖俯视图。
图13为本发明的下端盖主视图。
图14为本发明的兼用导向滑柱容柱侧视图。
图15为本发明的兼用导向滑柱容柱俯视图。
图16为本发明的滑动连接块正视图。
图17为本发明的滑动连接块俯视图。
图18为本发明的上端盖俯视图。
图19为本发明的上端盖主视图。
图20为整体爆炸图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其结构包括35步进电机1、滑动连接块 2、固定步进电机螺栓3、联轴器4、活塞螺杆5、螺杆螺母6、上端盖7、活塞组件8、熔融金属容柱9、挤出头10、下端盖11、密封外支架壳13、兼用导向滑柱容柱15、LMSUU直线导轨滑块16、第一控锡量螺栓17、温度传感器18、第二控锡量螺栓19、加热棒20、电加热丝21、活塞组件上盖22、活塞组件下盖23、轴承24，用兼用导向滑柱容柱15通过LMSUU 直线导轨滑块16与滑动连接块2连接，35步进电机1固定在滑动连接块2上，联轴器4连接35步进电机1与活塞螺杆5，活塞螺杆5通过螺杆螺母6与上端盖7型面连接，活塞螺杆 5头部与活塞组件8连接，活塞组件8位于熔融金属容柱9中，熔融金属容柱9通过下端盖 11的导流口与兼用导向滑柱容柱15相连，导流口设置在下端盖的侧面且与密封外支架壳13 内表面过盈配合，使密封支架外壳与流锡槽形成密闭空间，从而保证两个熔融锡金属容柱可以运送熔融锡金属，在固定下端盖螺栓紧固作用下，使其连接更为牢靠，挤出头10位于熔融金属容柱9下方并与下端盖11相连接，熔融金属容柱9与兼用导向滑柱容柱15的外侧绕有电加热丝21，下端盖11顶面设置有加热棒20，侧面有温度传感器18。
所述的螺杆螺母6与上端盖7为沉头型面配合。
所述的35步进电机1通过固定步进电机螺栓3固定于滑动连接块2上。
所述的轴承24内圈与活塞螺杆5过盈配合，轴承24外圈与活塞组件上盖22过盈配合，活塞组件下盖23端面为平面，使得在锡金属进料时进料量更加准确。
所述的导流口的两端分别为第一控锡量螺栓17和第二控锡量螺栓19。
所述的密封外支架壳13打孔与笛卡尔三坐标平台或者三轴并联平台安装。
原理及工作过程：
本发明依据FDM方法设计一种可以打印成型锡金属的打印头，可以安装龙门式三坐标平台上作为锡金属打印机，通过加热棒以及电加热金属丝对金金属加热，形成熔融状态，通过挤压堆叠成型实现锡金属的成型。对比PLA、ABS材料提高了加工零件的可靠性和耐用性。工作过程分为蓄料、打印两个阶段。工作过程如下：
步骤1.蓄料，开始时第一控锡量螺栓与第二控锡量螺栓，均闭合状态，锡金属料由兼用导向滑柱容柱15进料口进料，在加热棒与电加热金属丝的加热作用下，锡金属成为熔融状态，此时活塞组件在熔融金属容柱9最下端，打开第一控锡量螺栓与第二控锡量螺栓，流锡槽通道开启，步进电机带动活塞组件向上运动，熔融金属容柱9内空气通过通气孔流出，兼用导向滑柱容柱15中的熔融锡金属通过流锡槽进入熔融金属容柱9，对熔融金属容柱9进行蓄料，蓄料成功后，闭合第一控锡量螺栓与第二控锡量螺栓。
步骤2.打印，在蓄料成功后，打印机导入加工G代码路径，开始进行打印工作，步进电机输出运动，由于螺杆螺母与上端盖为沉头型面配合，螺杆螺母相对固定，步进电机与螺杆活塞组件相对向下运动，通气孔进气，熔融锡金属通过挤出头挤出，按设定路径打印出零件，打印完毕。
实施例2
一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，本发明涉及的是一种加工生产工具，具体地说是锡金属快速成型装置。
3D打印技术是一种增材制造技术，相对于传统的材料去除技术，增材制造是一种自上而下的材料累加的制造工艺，其是集成机械、控制和计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，在最近这些年得到迅猛发展。
当今社会，随着科技发展及生产需求的加快，利用快速成型技术直接制造复杂功能零件的加工制造方法，对于减少制造流程，提高生产效率，降低制造成本有着积极的作用。目前， 3D打印技术因为其独特的加工制造优势被广泛应用于医药医疗、建筑工程、食品制作、汽车制造、科研教育、航空航天、首饰配件等众多领域，3D打印逐渐融入我们生活，并且正迅速改变着人们的生产生活方式。
伴随着3D打印技术工业化的应用需求增加，对材料的力学性能提出了更高的要求，但目前3D打印基本都是对PLA、ABS等塑料的成形，因受限于3D打印材料的限制，使得加工的零件强度刚度相对较差，零件的耐用性不强。现有打印材料强度、稳定性、安全性、实用性等性能指标不够理想，金属材料是3D打印材料中未来应用市场最为广泛的材料，然而由于金属材料的3D打印的难度较大，目前可以用于打印的金属材料种类比较少，随着技术的进步和制造业要求的升级，未来几年有望看到金属3D打印技术的市场步入快速成长期，本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头针对3D打印材料问题，提出设计一种锡金属快速成型打印头装置。极大地提高了加工零件的强度，本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头不仅可以进行对中小型零件进行锡金属成型。而且可以对简单电路进行打印调试，可以大大减少电路调试成本。本发明提供的基于FDM方法的锡金属快速成型打印头结构简单，制作成本低，适用范围广，可有效的解决打印零件强度不足的问题。
本发明的目的是为了提供一种3D打印平台的锡金属打印装置，针对传统塑料3D打印材料的零件强度不足的问题，以获取打印加工零件更高的强度和更好的力学性能，从而提高加工零件的可靠性和耐用性。
本发明的目的是这样实现的：包括具有热阻丝、加热棒、温度传感器的温度加热控制模块、兼用锡金属熔融容器的导向滑柱通过LMSUU直线导轨滑块与35步进电机连接件相固连、 35步进电机通过联轴器与螺杆螺母相连接、螺杆头部与活塞相连接、螺母与上端盖型面连接、挤出头与下端盖相连接、支架外壳与下端盖过盈配合以便使得下端盖侧面导流口与支架外壳保证良好的密封性，锡金属条由进料口进入，在金属加热丝和加热电阻块的加热下融化成为熔融状态，35步进电机带动滚珠丝杠向加压熔融的锡金属，在挤出头流出用于堆积的熔融锡金属，通过控制35步进电机的转速可以控制熔融锡金属的流量，将该装置搭载到三坐标平台或并联平台实现对打印路径的控制。
本发明还包括这样一些结构：
所述的上端盖和下端盖的截面形状与普通平键的截面形状相同，其中上端盖顶面有螺母型面盲孔和送料口。
下端盖考虑到加工工艺问题，将导流口设置在下端盖的侧面与支架外壳内表面过盈配合，形成密封导流，下端盖顶面开设加热棒盲孔，侧面留有温度传感器盲孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一种针对锡金属熔融快速打印成形的装置，其结构简单，安装方便，通过加热棒、热阻丝以及温度传感器打印成形进行加热控制，堆叠获取基于锡金属的零件，与传统对PLA、ABS的打印成形的零件相比，锡金属的零件具有较强的强度以及量良好的综合性能。本发明可在支架外壳打孔与笛卡尔三坐标平台或者三轴并联平台安装，使用适应性强，此外本发明还可以对简单的电路进行打印，以便快速对电路进行调试实验，可以大大降低电路调试试验成本。本发明一次性打印成形零件的体积为，较大型的零件可以分解进行多次打印成形，用焊枪焊锡对零件接缝进行焊接，在保证零件强度的条件下可以得到比PLA、ABS打印零件尺寸大的零件，应用前景广泛。
本发明的有益效果：本发明提出了一种具有对锡金属材料打印成型功能的快速成型打印头，与传统的3D打印头相比，本发明对打印材料进行变更，获取更好力学性能的零件，具有实际工程意义。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
锡金属快速成型打印头的结构形式。
锡金属快速成型打印头相关部件有：1-电机、2-滑动连接块、3-固定步进电机螺栓、4- 联轴器、5-活塞螺杆、6-螺杆螺母、7-上端盖、8-活塞组件、9-熔融金属容柱、10-挤出头、11- 下端盖、12-固定下端盖螺栓、13-密封外支架壳、14-上端盖螺栓、15-兼用导向滑柱容柱、16- LMSUU直线导轨滑块、17第一控锡量螺栓、18-温度传感器、19-第二控锡量螺栓、20-加热棒、21-电加热丝、22-活塞组件上盖、23-活塞组件下盖、24-轴承。滑动连接块内圈与LMSUU 直线导轨滑块外圈为过盈配合，螺杆螺母与上端盖为沉头型面配合，轴承内圈与活塞螺杆为过盈配合，轴承外圈与活塞组件上盖过盈配合。活塞组件下盖端为平面，使得在锡金属进料时进料量更加准确。密封支架外壳与下端盖过盈配合，使密封支架外壳与流锡槽形成密闭空间，从而保证两个熔融锡金属容柱可以运送熔融锡金属，在固定下端盖螺栓紧固作用下，使其连接更为牢靠。另外考虑加工的可行性，各板件均可依靠现有加工工艺实现零部件的加工成型。
原理及工作过程
本发明依据FDM方法设计一种可以打印成型锡金属的打印头，可以安装龙门式三坐标平台上作为锡金属打印机，通过加热棒以及电加热金属丝对金金属加热，形成熔融状态，通过挤压堆叠成型实现锡金属的成型。对比PLA、ABS材料提高了加工零件的可靠性和耐用性。工作过程分为蓄料、打印两个阶段。工作过程如下：
1)蓄料：开始时第一控锡量螺栓与第二控锡量螺栓,均闭合状态，锡金属料由兼用导向滑柱容柱15进料口进料，在加热棒与电加热金属丝的加热作用下，锡金属成为熔融状态，此时活塞组件在熔融金属容柱9最下端，打开第一控锡量螺栓与第二控锡量螺栓，流锡槽通道开启，步进电机带动活塞组件向上运动，熔融金属容柱9内空气通过通气孔流出，兼用导向滑柱容柱15中的熔融锡金属通过流锡槽进入熔融金属容柱9，对熔融金属容柱9进行蓄料，蓄料成功后，闭合第一控锡量螺栓与第二控锡量螺栓。
2)打印：在蓄料成功后，打印机导入加工G代码路径，开始进行打印工作，步进电机输出运动，由于螺杆螺母与上端盖为沉头型面配合，螺杆螺母相对固定，步进电机与螺杆活塞组件相对向下运动，通气孔进气，熔融锡金属通过挤出头挤出，按设定路径打印出零件，打印完毕。

Claims (10)

1.一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其结构包括电机(1)、熔融金属容柱(9)、挤出头(10)和兼用导向滑柱容柱(15)，其特征在于：所述的兼用导向滑柱容柱(15)包括滑柱部分和容柱部分，滑柱部分通过直线导轨滑块(16)与滑动连接块(2)连接，容柱部分与所述的熔融金属容柱(9)一起安装在密封外支架壳(13)中；所述的密封外支架壳(13)上下两端分别设有上端盖(7)与下端盖(11)；所述的熔融金属容柱通过下端盖(11)的导流口与兼用导向滑柱容柱(15)的容柱部分相连，熔融金属容柱(9)与兼用导向滑柱容柱(15)的容柱部分的外侧均绕有电加热丝(21)；所述的电机(1)固定在滑动连接块(2)上，电机(1)通过联轴器(4)与活塞螺杆(5)连接，所述的活塞螺杆穿过上端盖并与熔融金属容柱(9)内部的活塞组件(8)相连；所述的挤出头(10)位于熔融金属容柱(9)下方并穿过下端盖(11)。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：所述的活塞螺杆(5)通过螺杆螺母(6)与上端盖(7)型面连接，螺杆螺母(6)与上端盖(7)为沉头型面配合。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：所述的导流口设置在下端盖的侧面且与密封外支架壳(13)内表面过盈配合。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：所述的下端盖(11)顶面设置有加热棒(20)，侧面有温度传感器(18)。
5.根据权利要求3所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：所述的下端盖(11)顶面设置有加热棒(20)，侧面有温度传感器(18)。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：其结构还包括轴承(24)、活塞组件上盖(22)、活塞组件下盖(23)，所述的轴承(24)内圈与活塞螺杆(5)过盈配合，轴承(24)外圈与活塞组件上盖(22)过盈配合，活塞组件下盖(23)端面为平面。
7.根据权利要求5所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：其结构还包括轴承(24)、活塞组件上盖(22)、活塞组件下盖(23)，所述的轴承(24)内圈与活塞螺杆(5)过盈配合，轴承(24)外圈与活塞组件上盖(22)过盈配合，活塞组件下盖(23)端面为平面。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：其结构还包括第一控锡量螺栓(17)、第二控锡量螺栓(19)，所述的导流口的两端分别安装有第一控锡量螺栓(17)和第二控锡量螺栓(19)。
9.根据权利要求7所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：其结构还包括第一控锡量螺栓(17)、第二控锡量螺栓(19)，所述的导流口的两端分别安装有第一控锡量螺栓(17)和第二控锡量螺栓(19)。
10.根据权利要求9所述的一种基于FDM方法的锡金属快速成型打印头，其特征在于：所述的密封外支架壳(13)打孔与笛卡尔三坐标平台或者三轴并联平台安装。
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