CN109453715A - 一种非晶合金的3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶合金的3D打印设备，包括熔融单元、半固态单元和3D单元；半固态单元包括半固态反应釜，半固态反应釜包括反应釜本体和反应釜盖；反应釜本体上开设有反应腔；反应腔内设置有搅拌杆；搅拌杆的内部通过隔热板分隔为冷流道和热流道；搅拌杆上固定连接有若干搅拌片，搅拌片内设有冷却流道，冷却流道连通冷流道和连通热流道；搅拌杆通过十字支架固定连接有椭圆支架；椭圆支架朝向反应腔的腔壁的侧面上开设有一圈支架滑槽；反应腔的腔壁固定设有弹性件和滑动凸部；弹性件和滑动凸部均滑动连接支架滑槽。该3D打印设备，增设一半固态单元对非晶合金进行均匀化处理，在不增加额外动力的情况下使搅拌杆往复移动。

Description

一种非晶合金的3D打印设备

技术领域

本发明涉及金属成型领域，尤其涉及一种非晶合金的3D打印设备。

背景技术

半固态处理技术是金属加工领域的一项重要技术，利用半固态处理的远离对非晶合金进行均匀化处理，可以避免非晶合金在均匀化处理中出现的晶化转变现象。现有的半固化处理中用于搅拌的方法有超声波搅拌法、旋转磁场搅拌法等，均难以对搅拌过程的制冷进行控制。

3D打印技术是近年来用于复杂构件成型的重要技术，效率高，可定制产品。非晶合金的加工成型也有利用3D打印设备进行的，在3D打印前利用半固化处理的原理对非晶合金进行均匀化处理可以进一步提升产品的性能，但现在少有将半固化和3D打印联用的设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非晶合金的3D打印设备，来解决以上问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种非晶合金的3D打印设备，包括熔融单元、半固态单元和3D单元；

所述半固态单元包括半固态反应釜，所述半固态反应釜包括反应釜本体和与所述反应釜本体可拆卸连接的反应釜盖；所述反应釜本体上开设有反应腔；

所述熔融单元包括熔融釜，所述熔融釜内设有熔融加热器；所述熔融釜的出料口通过虹吸管连接所述反应腔的进料口；所述3D单元包括合金喷嘴，所述反应腔的出料口通过合金流量计连接所述合金喷嘴；

所述反应腔内设置有搅拌杆；所述搅拌杆的内部中空，通过隔热板分隔为冷流道和热流道；所述搅拌杆上固定连接有若干搅拌片，所述搅拌片内设有冷却流道，所述冷却流道的一端连通所述冷流道，另一端连通所述热流道；

所述搅拌杆通过十字支架固定连接有椭圆支架；所述搅拌杆的中轴线和所述椭圆支架的中轴线为同一直线；所述椭圆支架位于所述反应腔内，所述椭圆支架朝向所述反应腔的腔壁的侧面上开设有一圈支架滑槽；所述反应腔的腔壁上设有关于所述椭圆支架的中轴线对称的两个滑动安装位点，其中一个所述滑动安装位点处固定设有滑动凸部，另一所述滑动安装位点处固定设有弹性件；所述弹性件和所述滑动凸部均滑动连接所述支架滑槽。

所述反应釜盖上开设有贯通所述反应釜盖的顶面和底面的搅拌限位槽，所述搅拌杆的顶端穿过所述搅拌限位槽，伸出所述反应腔。所述搅拌限位槽的两端分别朝向两个滑动安装位点。

可选的，所述搅拌杆的顶端固定套设有从动轮，所述从动轮齿合连接有主动轮；所述主动轮固定连接有用于驱动所述主动轮旋转的搅拌电机；所述搅拌电机固定连接有搅拌机座，所述搅拌机座滑动连接所述釜盖和所述搅拌限位槽。

可选的，所述搅拌杆的顶端还转动连接有搅拌滑座，所述搅拌滑座滑动连接所述釜盖和所述搅拌限位槽；所述搅拌滑座固定连接所述搅拌机座；所述搅拌滑座和搅拌机座的宽度均大于所述搅拌限位槽的宽度；

所述搅拌腔内还设有第一温度传感器和粘度传感器。

可选的，所述搅拌杆的顶面开设有连通所述冷流道的冷开口和连通所述热流道的热开口；所述冷开口通过密封圈连接有冷却管，所述热开口通过密封圈连接有加热管；

所述半固态单元还包括换热器；所述换热器包括互相毗邻进行热量交换的生活用水流道和换热流道；所述冷却管连接所述换热流道的水出口，所述加热管连通所述换热流道的水入口；所述冷却管上还设有冷却流量计。

可选的，所述3D单元还包括合金温控件；所述反应腔的出料口通过管道连接所述合金温控件的进料口；所述合金温控件的内部设有第二温度传感器和加热丝；所述合金温控件的出料口通过所述合金流量计连接所述合金喷嘴。

可选的，所述3D单元包括喷嘴架，所述合金喷嘴固定设于所述喷嘴架上，所述喷嘴架上还设有用于喷洒低温流体的低温喷嘴，所述低温喷嘴连接有低温源；所述合金喷嘴和低温喷嘴的底面处于同一高度。

可选的，所述合金喷嘴的下方设有3D平台；所述3D平台的底面固定连接有X直线模组；所述X直线模组的外壳固定连接有Y直线模组；所述Y直线模组固定连接有升降架，所述升降架连接有用于驱动所述升降架升降的的气缸。

可选的，所述3D平台内设有用于流通低温液的平台冷却流道；所述平台冷却流道的进料口连接所述低温源。

可选的，所述搅拌滑座上开设有贯通所述搅拌滑座的顶面和底面的搅拌滑座孔，所述搅拌杆的顶端穿过所述搅拌滑座孔，通过滚柱轴承连接用于驱动搅拌杆升降的搅拌气缸；

所述搅拌杆滑动连接所述搅拌滑座孔，所述搅拌气缸固定连接所述搅拌。

可选的，所述滑动凸部与所述支架滑槽之间的接触面为弧面；所述弹性件背离所述滑动安装位点的一端固定连接有滚珠，所述滚珠滑动连接所述支架滑槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种非晶合金的3D打印设备，通过在3D单元之前增设一半固态单元对非晶合金进行均匀化处理，可以使非晶合金的性能更加优良；并且通过冷流道可调控非晶合金在反应腔中的温度，通过椭圆支架和弹性件的作用在不增加额外动力的情况下使搅拌杆往复移动，搅拌效率提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的3D打印设备的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的3D打印设备的另一结构示意图。

图3为本发明实施例提供的半固态单元的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的搅拌杆和搅拌片的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的半固态单元的部分结构示意图。

图示说明：1、熔融单元；11、熔融釜；12、熔融加热器；13、虹吸管；2、半固态单元；21、半固态反应釜；211、反应釜本体；212、反应釜盖；2121、搅拌限位槽；213、反应腔；22、搅拌杆；221、冷流道；222、热流道；223、隔热板；23、搅拌片；231、冷却流道；241、十字支架；242、椭圆支架；243、滑动凸部；244、弹性件；245、滚珠；251、从动轮；252、主动轮；253、搅拌电机；254、搅拌机座；261、搅拌滑座；271、冷却管；272、加热管；273、换热器；2731、换热流道；2732、生活用水流道；274、冷却流量计；281、加压块；282、加压电机；3、3D单元；31、合金温控件；311、加热丝；32、合金流量计；33、合金喷嘴；34、低温喷嘴；341、低温源；35、3D平台；351、平台冷却流道；361、X直线模组；362、Y直线模组；363、升降架。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参考图1，本实施例提供了一种非晶合金的3D打印设备，包括熔融单元1、半固态单元2和3D单元3，熔融单元1连接半固态单元2，半固态单元2连接3D单元3。

请参考图2至图3，半固态单元2包括半固态反应釜21，半固态反应釜21包括反应釜本体211和与反应釜本体211可拆卸连接的反应釜盖212。反应釜本体211上开设有反应腔213。

请参考图2至图4，反应腔213内设置有搅拌杆22。搅拌杆22的内部中空，通过隔热板223分隔为互不连通的冷流道221和热流道222。搅拌杆22上固定连接有若干搅拌片23，搅拌片23内设有冷却流道231，冷却流道231的一端连通冷流道221，另一端连通热流道222。

具体的，搅拌片23成圆弧形。若干搅拌片23分为两列(图3中的左列和右列)排布，各列中的若干搅拌片23等间距分布。一右列的搅拌片23和一左列的搅拌片23对应，对应的两个搅拌片23按照一高一低分布，任一右列搅拌片23位于两个左列搅拌片23之间。左列搅拌片23和右列搅拌片23在水平面上的投影关于搅拌杆22的中轴线对称。由此，使得搅拌效果更好，并且节约材料。

请参考图3和图5，搅拌杆22通过十字支架241固定连接椭圆支架242。搅拌杆22固定连接十字支架241的中心点，十字支架241背离搅拌杆22的四端部均固定连接椭圆支架242的内侧面。搅拌杆22的中轴线和椭圆支架242的中轴线为同一直线。椭圆支架242位于反应腔213内，椭圆支架242朝向反应腔213的腔壁的侧面上开设有一圈支架滑槽。反应腔213的腔壁上设有关于椭圆支架242的中轴线对称的两个滑动安装位点，其中一个滑动安装位点处固定设有滑动凸部243，另一滑动安装位点处固定设有弹性件244，弹性件244和滑动凸部243分别滑动连接支架滑槽。

反应釜盖212上开设有贯通反应釜盖212的顶面和底面的搅拌限位槽2121，搅拌杆22的顶端穿过搅拌限位槽2121，伸出反应腔213。搅拌限位槽2121的两端分别朝向两个滑动安装位点。

搅拌杆22围绕其中轴线旋转时，带动椭圆支架242围绕其中轴线旋转。椭圆支架242旋转至其长轴的两端分别朝向两个滑动安装位点时，弹性件244处于压缩状态，搅拌杆22处于最右端(该处的右指图5中的右边)；椭圆支架242再继续旋转，弹性件244复位，推动椭圆支架242整体朝向滑动凸部243移动，进而使搅拌杆22朝向滑动凸部243移动；椭圆支架242旋转至其短轴的两端分别朝向两个滑动安装位点时，搅拌杆22处于最左端(该处的左指图5中的左边)。

由此，通过椭圆支架242和弹性件244的设置，使得搅拌杆22受驱旋转的同时自动进行往复运动，扩大了在半固态反应釜21的搅拌范围，使搅拌更加均匀，且无需额外的动力源，节约了成本。

具体的，滑动凸部243与支架滑槽之间的接触面为弧面，使得滑动凸部243和支架滑槽之间的摩擦更小。弹性件244背离滑动安装位点的一端固定连接滚珠245，滚珠245滑动连接支架滑槽，使得弹性件244和支架滑槽之间的摩擦更小。

搅拌杆22的顶端上固定套设有从动轮251，从动轮251齿合连接主动轮252。主动轮252固定连接搅拌电机253的转轴，由此，搅拌电机253驱动搅拌杆22旋转。搅拌电机253固定连接搅拌机座254，搅拌机座254可在釜盖上滑动。搅拌机座254的底部中央凸出形成搅拌机座凸部，搅拌机座凸部滑动连接搅拌限位槽2121。

搅拌杆22的顶端还转动连接有搅拌滑座261，搅拌滑座261可在釜盖上滑动。搅拌滑座261的底部中央凸出形成搅拌滑座261凸部，搅拌滑座261凸部滑动连接搅拌限位槽2121。搅拌滑座261固定连接搅拌机座254。通过搅拌滑座261可对搅拌杆22在垂直方向的运动进行限制。搅拌滑座261和搅拌机座254的宽度均大于搅拌限位槽2121的宽度。

进一步的，搅拌滑座261上开设有贯通搅拌滑座261的顶面和底面的搅拌滑座孔，搅拌杆22的顶端穿过搅拌滑座孔，通过滚柱轴承连接用于驱动搅拌杆22升降的搅拌气缸。搅拌杆22可在搅拌滑座孔内滑动，搅拌气缸固定连接搅拌滑座261。通过搅拌气缸可控制搅拌杆22的高度，且不影响搅拌杆22的旋转和滑动。具体的，滚柱轴承固定套设于搅拌22的顶端，搅拌气缸的活塞杆固定连接滚柱轴承。

搅拌杆22的顶面开设有连通冷流道221的冷开口和连通热流道222的热开口。冷开口通过密封圈连接冷却管271，热开口通过密封圈连接加热管272。半固态单元2还包括换热器273。换热器273包括互相毗邻进行热量交换的生活用水流道2732和换热流道2731。冷却管271连接换热流道2731的水出口，加热管272连通换热流道2731的水入口。冷却管271上还设有冷却流量计274，以对冷却液的流量进行控制。

冷却液进入冷流道221后与液态的非晶合金接触换热，通过冷却流量计274控制冷却液的流量可控制非晶合金的降温过程，以对非晶合金的半固态进程进行调控。冷却液可以是水等。具体的，搅拌腔内还设有第一温度传感器和粘度传感器，非晶合金的半固化状态通过温度和粘度可进行观测，根据温度和粘度调整冷却液的流量。

水和非晶合金换热后温度提高，甚至发生相变成为水蒸气。水蒸气进入入热流道222并通过加热管272进入换热器273。在换热器273中，水蒸气和生活用水换热后重新转化为冷却水，循环使用，同时生活用水被加热，节约了能源。

为隔绝外界的影响，在反应釜盖212的上方可设置密封盖，密封盖可拆卸连接反应釜本体211，罩住反应釜盖212，使得反应腔213密封。反应腔213处于全密封状态时，非晶合金液位的下降可能会对反应腔213流出的非晶和金的流量造成影响。在反应腔213中设置加压块281，加压块281通过滑轮组连接加压电机282，滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成。反应腔213内还设置液位传感器。加压块281下移至非晶合金中，可提升非晶合金的液位高度。通过液位传感器和加压块281可控制非晶合金的液位。

请参考图2，熔融单元1包括熔融釜11，熔融釜11内设有熔融加热器12。熔融釜11的出料口通过虹吸管13连接反应腔213的进料口。采用虹吸的方式可以去除熔融釜11内底部的一些杂质。

3D单元3包括合金温控件31。反应腔213的出料口通过管道连接合金温控件31的进料口。反应腔213的底部为倒梯形，反应腔213的出料口设于倒梯形的底面。

合金温控件31的内部设有第二温度传感器和加热丝311。由此，可对非晶合金的温度进行二次调控确保达到理想温度以进行3D打印。合金温控件31的出料口通过合金流量计32连接合金喷嘴33。

合金喷嘴33固定设于喷嘴架上，喷嘴架上还设有用于喷洒低温流体的低温喷嘴34，低温喷嘴34连接低温源341。低温源341可以是液氮源。合金喷嘴33和低温喷嘴34的底面处于同一高度。

合金喷嘴33的下方设有3D平台35。3D平台35的底面固定连接X直线模组361的滑块。X直线模组361的外壳固定连接Y直线模组362的滑块。Y直线模组362固定于升降架363上，升降架363连接有用于驱动升降架363升降的的气缸。由此，3D平台35可在X、Y、Z三个方向上移动。

打印时，低温喷嘴34先对待打印点喷射低温液降温，之后3D平台35移动使待打印点位于合金喷嘴33正下方，合金喷嘴33喷射非晶合金。之后3D平台35再移动使待打印点位于低温喷嘴34正下方，低温喷嘴34喷射低温液使非晶合金降温。合金喷嘴33和低温喷嘴34形成的直线方向与X直线模组361的方向平行。则以上过程通过X直线模组361的滑块进行往返运动即可完成。

3D平台35内设有平台冷却流道351，用于流通低温液，平台冷却流道351的进料口连接低温源341。由此，使3D平台35维持一个较低温度，提升3D打印的效果。

在合金喷嘴33和3D平台35之间可设置磁场发生装置和图像分析装置。磁场发生装置可通过磁场影响从合金喷嘴33喷出的带磁性的非晶合金颗粒的移动轨迹，避免非晶颗粒偏离预定轨迹发生飞溅等情况。通过图像分析装置还可对非晶合金颗粒的合格性进行判断，若不合格，可通过磁场发生装置控制非晶合金颗粒偏转，以去除不合格的颗粒。

可以理解的是，本实施例提供的3D打印设备还可用于非晶合金以外的其他金属的成型，仅替换金属的类型应属于本专利的保护范围。

本实施例提供的一种非晶合金的3D打印设备，通过在3D单元3之前增设一半固态单元2对非晶合金进行半固态处理，可以使非晶合金的性能更加优良。通过调节冷却水的流量可调控半固态处理中的降温过程，通过椭圆支架242和弹性件244的作用使搅拌范围扩大，搅拌效率提高。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种非晶合金的3D打印设备，其特征在于，包括熔融单元、半固态单元和3D单元；

所述半固态单元包括半固态反应釜，所述半固态反应釜包括反应釜本体和与所述反应釜本体可拆卸连接的反应釜盖；所述反应釜本体上开设有反应腔；

所述熔融单元包括熔融釜，所述熔融釜内设有熔融加热器；所述熔融釜的出料口通过虹吸管连接所述反应腔的进料口；所述3D单元包括合金喷嘴，所述反应腔的出料口通过合金流量计连接所述合金喷嘴；

所述反应腔内设置有搅拌杆；所述搅拌杆的内部中空，通过隔热板分隔为冷流道和热流道；所述搅拌杆上固定连接有若干搅拌片，所述搅拌片内设有冷却流道，所述冷却流道的一端连通所述冷流道，另一端连通所述热流道；

所述搅拌杆通过十字支架固定连接有椭圆支架；所述搅拌杆的中轴线和所述椭圆支架的中轴线为同一直线；所述椭圆支架位于所述反应腔内，所述椭圆支架朝向所述反应腔的腔壁的侧面上开设有一圈支架滑槽；所述反应腔的腔壁上设有关于所述椭圆支架的中轴线对称的两个滑动安装位点，其中一个所述滑动安装位点处固定设有滑动凸部，另一所述滑动安装位点处固定设有弹性件；所述弹性件和所述滑动凸部均滑动连接所述支架滑槽；

所述反应釜盖上开设有贯通所述反应釜盖的顶面和底面的搅拌限位槽，所述搅拌杆的顶端穿过所述搅拌限位槽，伸出所述反应腔。所述搅拌限位槽的两端分别朝向两个滑动安装位点。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述搅拌杆的顶端固定套设有从动轮，所述从动轮齿合连接有主动轮；所述主动轮固定连接有用于驱动所述主动轮旋转的搅拌电机；所述搅拌电机固定连接有搅拌机座，所述搅拌机座滑动连接所述釜盖和所述搅拌限位槽。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，所述搅拌杆的顶端还转动连接有搅拌滑座，所述搅拌滑座滑动连接所述釜盖和所述搅拌限位槽；所述搅拌滑座固定连接所述搅拌机座；所述搅拌滑座和搅拌机座的宽度均大于所述搅拌限位槽的宽度；

所述搅拌腔内还设有第一温度传感器和粘度传感器。

4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述搅拌杆的顶面开设有连通所述冷流道的冷开口和连通所述热流道的热开口；所述冷开口通过密封圈连接有冷却管，所述热开口通过密封圈连接有加热管；

所述半固态单元还包括换热器；所述换热器包括互相毗邻进行热量交换的生活用水流道和换热流道；所述冷却管连接所述换热流道的水出口，所述加热管连通所述换热流道的水入口；所述冷却管上还设有冷却流量计。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D单元还包括合金温控件；所述反应腔的出料口通过管道连接所述合金温控件的进料口；所述合金温控件的内部设有第二温度传感器和加热丝；所述合金温控件的出料口通过所述合金流量计连接所述合金喷嘴。

6.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D单元包括喷嘴架，所述合金喷嘴固定设于所述喷嘴架上，所述喷嘴架上还设有用于喷洒低温流体的低温喷嘴，所述低温喷嘴连接有低温源；所述合金喷嘴和低温喷嘴的底面处于同一高度。

7.根据权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，所述合金喷嘴的下方设有3D平台；所述3D平台的底面固定连接有X直线模组；所述X直线模组的外壳固定连接有Y直线模组；所述Y直线模组固定连接有升降架，所述升降架连接有用于驱动所述升降架升降的的气缸。

8.根据权利要求7所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D平台内设有用于流通低温液的平台冷却流道；所述平台冷却流道的进料口连接所述低温源。

9.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述搅拌滑座上开设有贯通所述搅拌滑座的顶面和底面的搅拌滑座孔，所述搅拌杆的顶端穿过所述搅拌滑座孔，通过滚柱轴承连接用于驱动搅拌杆升降的搅拌气缸；

所述搅拌杆滑动连接所述搅拌滑座孔，所述搅拌气缸固定连接所述搅拌。

10.根据权利要求9所述的3D打印设备，其特征在于，所述滑动凸部与所述支架滑槽之间的接触面为弧面；所述弹性件背离所述滑动安装位点的一端固定连接有滚珠，所述滚珠滑动连接所述支架滑槽。