CN206083861U - 一种熔融沉积成型的金属三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种熔融沉积成型的金属三维打印机，金属三维打印机包括打印头、成型座、移动电机组件、丝料供给电机和清洁装置，打印头用于挤出成型材料，成型材料包括金属材料和粘结剂，移动电机组件用于驱动打印头和成型座的移动，丝料供给电机用于输送丝状的成型材料至打印头中，清洁装置和打印头设置在同一水平面上，清洁装置位于成型座的外周的位置上，打印头可与清洁装置邻接。利用清洁装置对打印头对多余的熔融成型材料，再进行下一层打印，继而提高成像品质，同时采用FDM的成型方式对含有金属材料的成型材料进行金属三维打印，本案金属三维打印机的成型效率高且成本低。

Description

一种熔融沉积成型的金属三维打印机

技术领域

本实用新型涉及金属三维打印领域，尤其涉及一种熔融沉积成型的金属三维打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材（即成型材料）和介质等组成，打印原理也基本类似。

现有的一种常用打印方式是熔融沉积成型(FDM)，其是通过在水平移动的打印头挤出加热熔融后的成型材料，并在成型座逐层叠堆形成三维模型。另外一种打印方式是激光烧结(SLM)，其利用粉末激光烧结成型，基本原理是用粉末铺设一层后用激光烧结，然后再用粉末铺设一层，再激光烧结一次，循环打印出三维立体实物。

然而上述两种打印方法都存在一定的局限性，如需要大功率的激光头或者高温熔化，才能够实现金属打印，这就需要三维打印设备非常专业的保护，而且能源消耗较多，成本非常高。

发明内容

针对上述的背景技术，本实用新型的目的是提供一种采用熔融沉积成型方式且具备自清洁打印头能力的金属三维打印机。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种熔融沉积成型的金属三维打印机，包括打印头、成型座、移动电机组件、丝料供给电机和清洁装置，打印头用于挤出成型材料，成型材料包括金属材料和粘结剂，成型座用于承载成型材料，移动电机组件包括X轴移动电机、Y轴移动电机件和Z轴移动电机，X轴移动电机用于驱动打印头在X轴方向上的移动;Y轴移动电机用于驱动打印头在Y轴方向上的移动，Z轴移动电机用于驱动成型座在Z轴方向上的移动，丝料供给电机用于输送丝状的成型材料至打印头中，清洁装置和打印头设置在同一水平面上，清洁装置位于成型座的外周的位置上，打印头可与清洁装置邻接。

由上述方案可见，采用打印头挤出成像的原理，成型材料包括金属材料和粘结剂，利用FDM的成型方式进行三维打印，其成型效率高成本低，而熔融状态的具有金属材料的成型材料，由于其金属材料的原因，而且从打印头喷出后，由于外界环境温度较低，溶丝遇冷受到内应力的作用变形回缩，打印头的喷口处溶丝容易附着在喷口周围，还会存在余料从喷嘴位置流出情况，利用清洁装置，打印头移动到清洁装置附近来回移动，使清洁装置擦拭或者清洁多余的熔融成型材料，再进行下一层打印，继而提高成像品质。

更进一步的方案是,清洁装置呈刮板状设置。

更进一步的方案是,清洁装置沿竖直方向布置。

更进一步的方案是, 清洁装置沿水平方向布置。

更进一步的方案是,移动电机组件还包括水平移动电机，水平移动电机用于驱动清洁装置在水平面上移动。

由上可见，呈刮板设置的清洁装置能够干净且迅速地进行清洁，而竖直布置或水平布置可更加不同材料的不同材料特性进行布置，其能够带来不同的擦拭效果，同时可以采用清洁装置主动行走擦拭的方式对打印头进行清洁。

更进一步的方案是,金属三维打印机还包括箱体，箱体围成密闭的腔体，箱体用于装载打印头、成型座、移动电机组件、丝料供给电机和清洁装置。

由上可见，保温密闭的容纳腔，可以减少在加热过程中的热量损失，有助于三维物体的内部应力存在，而且增加了层与层之间的强度，同时可以防止金属氧化。

更进一步的方案是, 清洁装置由硅胶材料制作而成。

更进一步的方案是, 清洁装置由海绵材料制作而成。

由上可见，由于温度较高，故需要采用具有耐高温性能的硅胶或海绵进行擦拭清洁，其能够更进一步地提高清洁度。

附图说明

图1是本实用新型金属三维打印机实施例的局部结构示意图。

图2是本实用新型金属三维打印机实施例清洁原理示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

金属三维打印机第一实施例：

参照图1，图1是金属三维打印机1的局部结构示意图。三维打印机1包括箱体11，箱体11可采用6面组成的长方体箱体，箱体11围成用于三维成像的密闭腔体，在该腔体内安装有X轴移动电机21、Y轴移动电机22和Z轴移动电机23，Z轴移动电机23安装在腔体的底部，在Z轴移动电机23上连接有螺杆，在空腔的底壁还安装有导杆，在导杆上安装有Z轴移动支架，在该Z轴移动支架上设置有成型座12，由于Z轴移动支架与螺杆螺纹啮合，所以当Z轴移动电机23工作时，将带动螺杆旋转，继而使得成型座12在Z轴移动电机23的驱动下在Z轴方向上移动。

成型座包括加热板、钢板和玻璃板，钢板设置在加热板上，钢板上的外缘设置有加强筋，加强筋围成凹槽，玻璃板设置在凹槽中，玻璃板朝向打印头的端面和凹槽的底壁之间的距离大于或等于加强筋朝向打印头的端面和凹槽的底壁之间的距离，钢板上设置有弹性抵接在加强筋朝内的端面与玻璃板侧壁之间的固定件。由于金属打印机的温度较高，故成型座需要加热设置处理，有利于防止模型翘起。

Y轴移动电机22安装在腔体的侧壁上，在侧壁上固定设置有导杆，在导杆上设置有Y轴移动支架，Y轴移动电机22通过一皮带(未示出)与Y轴移动支架连接，当Y轴移动电机22转动时，将通过皮带带动Y轴移动支架沿着导杆滑动，即Y轴移动支架在Y轴移动电机22的驱动下在Y轴方向上移动。

在Y轴移动支架上安装有X轴移动电机21和两根导杆，两根导杆分别设置在X轴移动电机21的两侧，在两根导杆上设置有打印头13，在打印头的上端设置有进料端，该进料端用于接收丝状的成型材料，在打印头13的下端设置有出料口，该出料口用于在成型座12上挤出成型材料。X轴移动电机21通过皮带与打印头13连接，当X轴移动电机21转动时，将通过皮带带动打印头13沿着导杆滑动，即打印头13在X轴移动电机21的驱动下在X轴方向上移动。

在打印头13上安装有耗材供给驱动电机、驱动轮和从动轮，驱动轮与耗材供给驱动电机连接，驱动轮和从动轮设置在丝状的成型材料15的两侧，驱动轮和从动轮与成型材料15呈紧密接触。当耗材供给驱动电机转动时，将带到驱动轮逆时针转动，并且通过驱动轮的转动带动成型材料15往出料端移动。在驱动轮和出料端之间设置有加热腔，由于所述成型材料包括金属材料和粘结剂，加热腔将从进料端进入的成型材料15加热熔融后，使得粘结剂呈熔融状态且混合着金属材料，再从出料端喷出并放置在成型座上。优选地，上述的X轴移动电机21、Y轴移动电机22、Z轴移动电机23和耗材供给电机均为步进电机。

参照图2，金属三维打印机1还包括固定在箱体内的清洁装置14，清洁装置14呈刮板状设置，且清洁装置14沿竖直方向布置，清洁装置14的上端部和打印头13设置在同一水平面上，为了不影响正常打印，清洁装置4不能设置在成型座12的上方区域，否则会干扰打印头13的行走，故将清洁装置4设置在位于成型座12的外周的位置上。

金属三维打印机的打印方法第一实施例：

首先打印头13在成型座12上挤出一层成型材料，随后成型座12往下移动预设距离，然后打印头13移动至清洁装置14处，并与清洁装置14邻接，随后打印头13移动并与清洁装置分离，继而继续执行下一层的成像。通过打印头13移动与清洁装置14发生相对移动并实现熔融成型材料的擦拭。

金属三维打印机第二实施例：

基于金属三维打印机第一实施例的原理，清洁装置还可以呈水平方向布置，同时还可以对清洁装置的材质进行优良选取，具体地，清洁装置可由耐高温的硅胶材料或耐高温的海绵材料制作而成。

金属三维打印机第三实施例：

基于金属三维打印机第一实施例的原理，本实施例可以将清洁装置进行主动清洁，具体地，在箱体内设置水平移动电机、导杆和皮带，通过水平移动电机的旋转驱动、皮带传动和导杆引导的作用下，使得清洁装置能够沿X方向移动或Y方向移动，而清洁装置的初始位置设置在成型座的外周的位置上。

上述实施例中的X轴移动电机、Y轴移动电机件、Z轴移动电机和水平移动电机构成了本实用新型的移动电机组件。同时提高打印品质，可将打印头、成型座、移动电机组件、丝料供给电机和清洁装置均设置在密闭的箱体内，继而减少在加热过程中的热量损失。

金属三维打印机的打印方法第二实施例：

基于金属三维打印机的第三实施例的原理，打印方法包括，首先打印头在成型座上挤出第一层的成型材料，随后成型座往下移动预设距离，然后清洁装置移动至打印头处并与打印头邻接，随后清洁装置与打印头分离，通过清洁装置移动与打印头发生相对移动并实现熔融成型材料的擦拭，由于成型座往下移动预设距离，故打印头和未完成的模型之间存在一定间隙，故本实施例采用水平延伸布置的清洁装置较优。

由上可见，采用打印头挤出成像的原理，成型材料包括金属材料和粘结剂，利用FDM的成型方式进行三维打印，其成型效率高成本低，而熔融状态的具有金属材料的成型材料，由于其金属材料的原因，而且从打印头喷出后，由于外界环境温度较低，溶丝遇冷受到内应力的作用变形回缩，打印头的喷口处溶丝容易附着在喷口周围，还会存在余料从喷嘴位置流出情况，利用清洁装置，在完成一层打印后对打印头进行清洁，具体方式可以采用打印头主动移动清洁，或采用清洁装置主动移动清洁，使清洁装置擦拭或者清洁多余的熔融成型材料，再进行下一层打印，继而提高成像品质。

Claims (8)

1.一种熔融沉积成型的金属三维打印机，包括

打印头，所述打印头用于挤出成型材料;

成型座，所述成型座用于承载所述成型材料；

移动电机组件，所述移动电机组件包括X轴移动电机、Y轴移动电机件和Z轴移动电机，所述X轴移动电机用于驱动所述打印头在X轴方向上的移动; 所述Y轴移动电机用于驱动所述打印头在Y轴方向上的移动，所述Z轴移动电机用于驱动所述成型座在Z轴方向上的移动，

丝料供给电机，所述丝料供给电机用于输送丝状的所述成型材料至所述打印头中；

其特征在于：

所述成型材料包括金属材料和粘结剂；

所述金属三维打印机还包括清洁装置，所述清洁装置和所述打印头设置在同一水平面上，所述清洁装置位于所述成型座的外周的位置上，所述打印头可与所述清洁装置邻接。

2.根据权利要求1所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述清洁装置呈刮板状设置。

3.根据权利要求2所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述清洁装置沿竖直方向布置。

4.根据权利要求2所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述清洁装置沿水平方向布置。

5.根据权利要求1所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述移动电机组件还包括水平移动电机，所述水平移动电机用于驱动所述清洁装置在水平面上移动。

6.根据权利要求1所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述金属三维打印机还包括箱体，所述箱体围成密闭的腔体，所述箱体用于装载所述打印头、所述成型座、所述移动电机组件、所述丝料供给电机和所述清洁装置。

7.根据权利要求1至6任一项所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述清洁装置由硅胶材料制作而成。

8.根据权利要求1至6任一项所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述清洁装置由海绵材料制作而成。