CN115156556A - 基于中频或高频感应加热技术的3d打印装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置及其使用方法，该打印装置包括打印头进料装置、感应加热集成装置、打印头出口装置和保温隔热外壳；其中，所述的打印头进料装置置于保温隔热外壳的顶部上方位置；所述的感应加热集成装置置于保温隔热外壳内部，所述的打印头出口装置置于保温隔热外壳内部的底部位置，打印头出口装置中设置的可更换打印头出料口延伸至保温隔热外壳的底部外。本发明借助本发明是借鉴金属铸造和玻璃成型工艺，提出借助简单的中频或高频加热技术，采用专用的打印头，使基材料成为液态，再结合3D打印控制技术，实现特殊结构的成型工艺。

Description

基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于中频或高频感应加热技术的3D打印技术，其打印基材可以是各类金属材料、石英砂或玻璃块，通过中频或高频感应加热使基材熔化，再借助3D打印控制技术实现成型。

背景技术

现有的3D打印技术有多种，其实施方法各有不同，包括光固化成型、粉末粘结成型、熔融沉积等。不同方法根据其应用场景选择不同的基材。不同于高精端的光固化成型技术，在粉末粘结和熔融沉积技术中，均是对基材的堆积即增材过程，只不过粉末粘结相对于熔融沉积使用的基材一个可能是粉末，一个是已是“已固化”到一定程度上的材料。在借助这些基材成型时，其原理仍然是让粉末或熔化的基材按程序堆积。受限于不同材料在“堆积”过程中需要解决其“粘结”性能才能保证成型结构物的结构性能，因而出现了包括激光烧结、粘结剂粘结、ABS的熔融粘结等不同3D打印技术，比较特殊的是混凝土3D打印则是借助混凝土材料自身的凝结成型。对于以金属粉末为基材的打印由于其对烧结过程的严格要求，对金属粉末基材料的高要求，导致这一工艺的实施成本高，无法大范围推广，而对于以ABS等材料为主的熔融粘结因其基材为树脂或塑料性质其强度无法满足工程受力要求，且上述两类实施过程的速度与效果成反比，导致效率较低。

发明内容

为了解决上述技术在实施过程材料成本、成型结构性能、打印效率等缺陷，本发明提出一个简易方便且经济的实施方法，可利用已有各类金属(含型材、粉末)，甚至可用于石英砂或玻璃屑作为基材，借助专用加热控制装置，使其成为液态打印基材，并结合打印控制技术实现结构快速成型。

为实现上述目的，本发明提供基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置，该打印装置包括打印头进料装置、感应加热集成装置、打印头出口装置和保温隔热外壳；其中，所述的打印头进料装置置于保温隔热外壳的顶部上方位置；所述的感应加热集成装置置于保温隔热外壳内部，所述的打印头出口装置置于保温隔热外壳内部的底部位置，打印头出口装置中设置的可更换打印头出料口延伸至保温隔热外壳的底部外。

进一步地，所述的打印头进料装置包括打印头集成固定架、活性剂供料口、基材供料口和供料混合仓；其中，所述的打印头集成固定架通过固定杆将供料混合仓固定悬空，在所述的供料混合仓的顶部两侧分别设置活性剂供料口和基材供料口；

进一步地，所述的感应加热集成装置包括感应线圈、石墨坩埚、液态基材、温度感应输入端口、感应加热控制端口和感应加热控制器；其中，所述的石墨坩埚内部放置液态基材；所述的感应线圈缠绕于石墨坩埚外部；所述的温度感应输入端口、感应加热控制端口全部集成置于感应加热控制器中，所述的温度感应检测端在石墨坩埚外部，所述的感应加热控制端口可控制感应线圈。

进一步地，所述的打印出料口装置包括可更换打印机出料口、可调节出料阀、液态导流齿、固化成型物和温度加热口；其中，所述的可更换打印机出料口置于石墨坩埚的底部开口处，在可更换打印机出料口上设置可调节出料阀，在可更换打印机出料口的出口处设置液态导流齿；所述的固化成型物从液态导流齿中流出；所述的温度加热口设置在固化成型物流出位置处。

进一步地，基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置的使用方法，包括如下步骤：

第一步：将活性剂和基材分别通过活性剂供料口和基材供料口进入到供料混合仓中；

第二步：供料混合仓置于石墨坩埚上方，通过感应加热集成装置实现对石墨坩埚的加热，实现对基材的加热熔化。

第三步：打开可调节出料阀，熔化的基材从可更换打印机出料口流出，即为固化成型物，在液态导流齿的作用下呈现特定的形状，温度加热口对准固化成型物，确保凝固的温度。

本发明涉及的打印技术具有以下几个特点：

(1)对基材的适应性，根据打印基材熔点，可灵活调整熔化所需温度，实现不同基材料(块体、粉末)熔融成液态。其方法直接，工艺简单，易与打印机控制系统对接。

(2)液态基材成型过程中，不需要挤压干预，只需要控制其流出成型用量，通过控制流量实现打印层面的结构布置。

(3)液态基材流量不同于其他熔融工艺，可以实现较厚层间打印，从而在保护层间结构性能基础上，大大提高打印效率。

(4)液态金属和液态玻璃的粘稠度及其固化形态控制容易控制，从而能保证成型的结构形态与结构力学性能。

附图说明

图1表示本发明打印装置示意图；

图2表示本发明的使用流程图。

图中：1、保温隔热外壳；2、感应线圈；3、液态基材；4、石墨坩埚；5、可更换打印头出料口；6、可调节出料阀；7、液态导流齿；8、固化成型物；9、活性剂供料口；10、基材供料口；11、供料混合仓；12、打印头集成固定架；13、温度感应输入端口；14、温度加热口；15、阀门控制端口；16、感应加热集成控制器；17、感应加热装置控制端口；

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行进一步详细说明。

一种基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置包括打印头进料装置、感应加热集成装置、打印头出口装置和保温隔热外壳1；其中，打印头进料装置置于保温隔热外壳1的顶部上方位置；感应加热集成装置置于保温隔热外壳1内部，打印头出口装置置于保温隔热外壳内部1的底部位置，打印头出口装置中设置的可更换打印头出料口5延伸至保温隔热外壳1的底部外。

本实施例中的打印头进料装置包括打印头集成固定架12、活性剂供料口9、基材供料口10和供料混合仓11；其中，打印头集成固定架12通过固定杆将供料混合仓11固定悬空，在供料混合仓11的顶部两侧分别设置活性剂供料口5和基材供料口10；

本实施例中的感应加热集成装置包括感应线圈2、石墨坩埚4、液态基材3、温度感应输入端口13、感应加热控制端口17和感应加热控制器16；其中，石墨坩埚4内部放置液态基材3；感应线圈2缠绕于石墨坩埚4外部；温度感应输入端口13、感应加热控制端口17全部集成置于感应加热控制器16中，温度感应检测端在石墨坩埚4外部，感应加热控制端口17可控制感应线圈2。

本实施例中的打印出料口装置包括可更换打印机出料口5、可调节出料阀6、液态导流齿7、固化成型物8和温度加热口14；其中，可更换打印机出料口5置于石墨坩埚4的底部开口处，在可更换打印机出料口5上设置可调节出料阀6，在可更换打印机出料口5的出口处设置液态导流齿7；固化成型物8从液态导流齿7中流出；温度加热口14设置在固化成型物8流出位置处。

基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置的使用方法，包括如下步骤：

第一步：将活性剂和基材分别通过活性剂供料口9和基材供料口10进入到供料混合仓11中；

第二步：供料混合仓11置于石墨坩埚4上方，通过感应加热集成装置实现对石墨坩埚4的加热，实现对基材的加热熔化。

第三步：打开可调节出料阀6，熔化的基材从可更换打印机出料口5流出，即为固化成型物8，在液态导流齿7的作用下呈现特定的形状，温度加热口14对准固化成型物8，确保凝固的温度。

1)借助小型化的中频或高频感应技术实现对基材的加热熔化。现有常见金属熔点铝是660摄氏度较低，其次是银、金、铜和不锈钢，到铁1535摄氏度，而石英砂约在1750摄氏度。可借助现在的中频或高频感应技术实现加热后熔化。它的最高温度可达2600度，可以快速溶解铂金、钯金、黄金、k金等高熔点金属。

2)借助配套的供料系统活性剂供料口9和基材供料口10，将原有基材的提供与熔融液态基材用量匹配，实现供料与液态料与打印机控制系统关联。

3)根据使用基材熔点，选择不同的石墨坩埚4，如铸铁坩埚，铂坩埚，石英坩埚，陶瓷坩埚，其中以石墨坩埚耐热性好。用石墨坩埚作为主要的隔热体，实现基材熔化后的临时储存。石墨坩埚使用温度可达1800摄氏度。

4)通过设置石墨闭门器阀门控制端口15对可调节出料阀6控制，实现液态基材的供应速度，其阀门供料速度(单位时间用量)将根据打印机控制系统关联(为既有技术)。

5)出料口需要有耐热专用格网和液态导流齿7将流态浆料导向到所需位置及形成相应的凹凸面。

6)紧临出料布置有温度加热口14，根据不同材质对温度的要求，实现同对流态浆料边缘温度的维持，但又能保证内侧不能完全固化，以利于后续成型。

7)通过打印头结构的支撑物和四周的围护结构，形成特定打印环境，实现特定温度控制，解决因打印顺序带来的前后温度差所导致的温度应力缺陷。

具体实施步骤如下：

1)借助现有的中高频感应加热技术，直接对金属块体或石英砂加热到相应熔点熔化，再借助3D打印控制技术实现成型。

2)借助熔化的液态金属和液态玻璃通过专用打印控制头实现层状挤出打印，实现结构成型。不同于现有的金属粉末打印采用的粉末熔焊技术，其原材料可以是已有金属体，比如熔点低的铝、铜等金属，也可以是石英砂或玻璃屑。

3)液态物供应速度根据相应的打印机感应加热集成控制器控制阀门控制。

4)打印头整体连同与感应线圈相连的中高频加热设备，在处理好导热导电基础上受3D打印机控制系统控制。

5)还应包括对成型结构温度控制(恒温、降温)平台或围护结构，以完成成型后退火或消除温度不均匀应力。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依据本申请的结构、形状以及原理等所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置，其特征在于：该打印装置包括打印头进料装置、感应加热集成装置、打印头出口装置和保温隔热外壳；其中，所述的打印头进料装置置于保温隔热外壳的顶部上方位置；所述的感应加热集成装置置于保温隔热外壳内部，所述的打印头出口装置置于保温隔热外壳内部的底部位置，打印头出口装置中设置的可更换打印头出料口延伸至保温隔热外壳的底部外。

2.如权利要求1所述的基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置，其特征在于：所述的打印头进料装置包括打印头集成固定架、活性剂供料口、基材供料口和供料混合仓；其中，所述的打印头集成固定架通过固定杆将供料混合仓固定悬空，在所述的供料混合仓的顶部两侧分别设置活性剂供料口和基材供料口。

3.如权利要求1所述的基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置，其特征在于：所述的感应加热集成装置包括感应线圈、石墨坩埚、液态基材、温度感应输入端口、感应加热控制端口和感应加热控制器；其中，所述的石墨坩埚内部放置液态基材；所述的感应线圈缠绕于石墨坩埚外部；所述的温度感应输入端口、感应加热控制端口全部集成置于感应加热控制器中，所述的温度感应检测端在石墨坩埚外部，所述的感应加热控制端口可控制感应线圈。

4.如权利要求1所述的基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置，其特征在于：所述的打印出料口装置包括可更换打印机出料口、可调节出料阀、液态导流齿、固化成型物和温度加热口；其中，所述的可更换打印机出料口置于石墨坩埚的底部开口处，在可更换打印机出料口上设置可调节出料阀，在可更换打印机出料口的出口处设置液态导流齿；所述的固化成型物从液态导流齿中流出；所述的温度加热口设置在固化成型物流出位置处。

5.基于中频或高频感应加热技术的3D打印装置的使用方法，具体包括如下步骤：

第一步：将活性剂和基材分别通过活性剂供料口和基材供料口进入到供料混合仓中；

第二步：供料混合仓置于石墨坩埚上方，通过感应加热集成装置实现对石墨坩埚的加热，实现对基材的加热熔化。

第三步：打开可调节出料阀，熔化的基材从可更换打印机出料口流出，即为固化成型物，在液态导流齿的作用下呈现特定的形状，温度加热口对准固化成型物，确保凝固的温度。

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