CN207086908U - 一种金属熔融挤出成型3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种金属熔融挤出成型3D打印设备，所述3D打印设备包括进料仓以及工作层，其中，所述进料仓内设有料斗以及与所述料斗底部连通的送料管；所述工作层包括打印头、打印平台以及移动组件，所述打印头与所述送料管连接，所述打印平台设置在所述打印头的下端，所述移动组件包括X/Y轴联动组件以及Z轴移动组件，所述X/Y轴联动组件连接所述打印头，以带动所述打印头移动，所述Z轴移动组件连接所述打印平台，以带动所述打印平台移动。本实用新型通过以金属粉末与粘结剂混合制备的混合材料为打印原料，降低了金属3D打印的送料及打印温度，从而降低金属3D打印设备的制造成本以及产品的加工成本。

Description

一种金属熔融挤出成型3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，特别涉及一种金属熔融挤出成型3D 打印设备。

背景技术

根据3D打印所用材料及成型方法，3D打印技术可分为熔融沉积成型 (FDM)、光固化立体成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、电子束选区熔化 (EBM)、激光选区熔化(SLM)、金属激光熔融沉积(LDMD)以及电子束熔丝沉积成型(EBF)。其中，熔融沉积成型主要以PLA、ABS等热塑性高分子材料为原料，而不能加工金属材料；光固化立体成型技术是利用紫外激光逐层扫描液态的光敏聚合物实现液态材料的固化，逐层堆积成型，但是能用于成型的材料种类极少，且工艺成本高；分层实体制造对材料的浪费较为严重，且表观质量差；电子束选区融化的成型尺寸受到粉末床和真空室的限制；激光选区熔化的方法无法成型出大尺寸零件；金属激光熔融沉积无法成型结构非常复杂的零件；而电子束熔丝沉积的成型精度和表观质量均不理想，且不适用打印塑性较差的材料。

综上所述，对金属材料进行3D打印的打印设备存在制造成本高昂、产品加工成本高、加工精度低且可成型材料单一的问题，而金属熔融挤出成型 (Metal Melt ExtrusionMolding,MMEM)的设备制造成本较低，产品加工成本低，加工精度高，可成形材料多，可加工复杂零件。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种金属熔融挤出成型3D打印设备，旨在降低3D打印设备的制造成本以及产品的加工成本。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种金属熔融挤出成型3D打印设备，包括：

进料仓，所述进料仓内设有料斗以及与所述料斗底部连通的送料管；以及，

工作层，所述工作层包括打印头、打印平台以及移动组件，所述打印头与所述送料管连接，所述打印头内设有加热装置，所述打印平台设置在所述打印头的下端，所述移动组件包括X/Y轴联动组件以及Z轴移动组件，所述 X/Y轴联动组件连接所述打印头，以带动所述打印头移动，所述Z轴移动组件连接所述打印平台，以带动所述打印平台移动。

优选地，所述金属熔融挤出成型3D打印设备的打印原料为金属粉末与粘结剂混合制备的粒料。

优选地，所述加热装置的控制温度为100～300℃。

优选地，所述X/Y轴联动组件包括X轴移动组件以及Y轴移动组件，所述X轴移动组件与所述Y轴移动组件连接，所述Y轴移动组件与所述打印头连接。

优选地，所述X轴移动组件、Y轴移动组件以及Z轴移动组件均为滚珠丝杠传动系统，所述滚珠丝杠传动系统包括滚珠丝杠、丝杠螺母、伺服电机、连接块以及直线导轨，所述伺服电机与所述滚珠丝杠驱动连接，以驱动所述滚珠丝杠转动，并带动所述丝杠螺母直线运动，所述连接块连接所述丝杠螺母、所述直线导轨以及移动件，以带动所述移动件在所述直线导轨上直线运动。

优选地，所述滚珠丝杠传动系统上设有限位装置。

优选地，所述进料仓内还设有用于输送丝材的料盘以及步进电机。

优选地，所述进料仓顶部开设有与所述料斗及所述料盘配合的第一进料口和第二进料口，所述进料仓底部开设有供所述送料管及所述丝材穿出的第一出料孔和第二出料孔。

优选地，金属熔融挤出成型3D打印设备还包括与所述工作层固定连接的基层。

本实用新型技术方案中，以金属粉末与粘结剂混合制备的混合材料为打印原料，经打印头加热熔融至具有一定流动性，然后从打印头喷出后在打印平台上堆积成型，降低了金属3D打印的送料及打印温度，从而降低金属3D 打印设备的制造成本以及产品的加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的金属熔融挤出成型3D打印设备的一实施例的结构示意图；

图2为图1提供的金属熔融挤出成型3D打印设备的另一角度视图；

图3为图1提供的金属熔融挤出成型3D打印设备的侧视图；

图4为图2中滚珠丝杠传动系统的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	进料仓	22	打印平台
11	料斗	30	基层
				12	送料管	40	滚珠丝杠传动系统
13	料盘	41	伺服电机
				14	第一进料口	42	滚珠丝杠
15	第二进料口	43	丝杠螺母
				20	工作层	44	连接块
21	打印头	45	直线导轨

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

针对现有3D打印设备存在制造成本高昂，并且产品加工成本高的问题，本实用新型提出一种金属熔融挤出成型3D打印设备，如图1至图3所示，所述金属熔融挤出成型3D打印设备包括：进料仓10以及工作层20，其中，进料仓10内设有料斗11以及与料斗11底部连通的送料管12；工作层20包括打印头21、打印平台22以及移动组件，打印头21与送料管12连接，打印头 21内设有加热装置(图中未示出)，打印平台22设置在打印头21的下端，所述移动组件包括X/Y轴联动组件以及Z轴移动组件，所述X/Y轴联动组件连接打印头21，以带动打印头21移动，所述Z轴移动组件连接打印平台22，以带动打印平台22移动。

通过以金属粉末与粘结剂混合制备的混合材料为打印原料，经打印头加热熔融至具有一定流动性，然后从打印头喷出后在打印平台上堆积成型，降低了金属3D打印的送料及打印温度，从而降低金属3D打印设备的制造成本以及产品的加工成本。

一般而言，对金属材料进行3D打印需要将金属粉末加热熔融至呈液体状，故加工温度高。为了降低金属3D打印的加工温度，在本实用新型实施例中，所述金属熔融挤出成型3D打印设备的打印原料为金属粉末与粘结剂混合制备的粒料，其中，所述粘结剂为热塑性高分子材料，其熔融温度远低于金属材料的熔融温度，将金属粉末与所述粘结剂混合后制得的粒料，只需要通过加热装置将所述粒料加热至具有一定的流动性，即可通过所述打印头打印出生坯，进而降低金属3D打印的加工温度，从而降低产品的加工成本。

通常情况下，以粉料或粒料为打印原料的3D打印设备，其打印头包括料筒、螺杆、进料电机以及对料筒进行加热的加热装置等(图中未示出)，具体地，在本实施例中，所述加热装置的控制温度为100～300℃，在该温度范围内，所述粒料的熔融指数可达到500±200g/10min，进而通过所述螺杆的旋转推送进入打印头21，打印出生坯。当然，在本实用新型其他实施例中，所述打印原料并不仅限于金属粉末与粘接剂混合制备的混合材料，也可以是其他材料，例如陶瓷材料与粘接剂混合制备的混合材料，或者高分子塑料颗粒，只要是经低温加热后具有一定流动性且能够经螺杆推送至所述打印喷头的材料，均属于本实用新型所述的打印原料。

在本实施例中，所述X/Y轴联动组件包括X轴移动组件以及Y轴移动组件，其中，所述X轴移动组件与所述Y轴移动组件连接，所述Y轴移动组件与所述打印头连接。具体地，所述X轴移动组件、Y轴移动组件以及Z轴移动组件均为滚珠丝杠传动系统，如图4所示，滚珠丝杠传动系统40包括伺服电机41、滚珠丝杠42、丝杠螺母43、连接块44以及直线导轨45，伺服电机 41与滚珠丝杠42驱动连接，以驱动滚珠丝杠42转动，并带动丝杠螺母43直线运动，连接块44连接丝杠螺母43、直线导轨45以及移动件，以带动所述移动件在直线导轨45上直线运动。在本实施例中，所述移动件包括所述Y轴移动组件、打印头21以及打印平台22，工作时，所述X轴移动组件带动所述Y轴移动组件在X轴上移动，所述Y轴移动组件带动打印头21在X轴上移动，所述Z轴移动组件带动打印平台22在Z轴上移动，进而实现打印材料的三维成型。

为了提高打印头21及打印平台22移动的控制精度，在本实施例中，所述滚珠丝杠传动系统40上设有限位装置(图中未示出)，通过所述限位装置检测所述X轴移动组件、Y轴移动组件以及Z轴移动组件带动所述移动件在 X轴、Y轴以及Z轴上的移动距离，在运动过程中实现正负限位以及原点定位功能，方便控制移动组件的实际行动并对实时状态进行监控，其定位精度可达到0.01mm。

现有的3D打印设备一般都只能对单一类型的原材料进行打印，无法兼顾不同类型原材料的打印，比如，以粉料或粒料(金属粉末与粘接剂混合材料) 为打印原料时，需选用具有螺杆式粉料进料结构的3D打印设备，而以线材(高分子材料)为打印原料时，需选用具有挤压式丝材进料结构的3D打印设备。为了使3D打印设备能够以多种类型的原材料为打印原料进行3D打印，在本实施例中，进料仓10内还设有用于输送丝材的料盘13以及步进电机，所述丝材经牵引进入打印头21，经过加热后从打印头21中喷出并在打印平台22 上堆积成型。此外，如图2所示，进料仓10顶部开设有与料斗11及料盘12 配合的第一进料口14和第二进料口15，以便于放置打印原料；进料仓10底部还开设有分别供送料管12及所述丝材穿出的第一出料孔和第二出料孔(图中未示出)。

在本实施例中，所述金属熔融挤出成型3D打印设备还包括与所述打印层固定连接的基层30，基层30主要起承载固定作用，为所述金属熔融挤出成型 3D打印设备提供更稳定的工作平台，避免设备晃动，同时，也可以用于摆放电器元件。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，包括：

进料仓，所述进料仓内设有料斗以及与所述料斗底部连通的送料管；以及，

工作层，所述工作层包括打印头、打印平台以及移动组件，所述打印头与所述送料管连接，所述打印头内设有加热装置，所述打印平台设置在所述打印喷头的下端，所述移动组件包括X/Y轴联动组件以及Z轴移动组件，所述X/Y轴联动组件连接所述打印头，以带动所述打印头移动，所述Z轴移动组件连接所述打印平台，以带动所述打印平台移动。

2.如权利要求1所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述金属熔融挤出成型3D打印设备的打印原料为金属粉末与粘结剂混合制备的粒料。

3.如权利要求1所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述加热装置的控制温度为100～300℃。

4.如权利要求1所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述X/Y轴联动组件包括X轴移动组件以及Y轴移动组件，所述X轴移动组件与所述Y轴移动组件连接，所述Y轴移动组件与所述打印头连接。

5.如权利要求4所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述X轴移动组件、Y轴移动组件以及Z轴移动组件均为滚珠丝杠传动系统，所述滚珠丝杠传动系统包括滚珠丝杠、丝杠螺母、伺服电机、连接块以及直线导轨，所述伺服电机与所述滚珠丝杠驱动连接，以驱动所述滚珠丝杠转动，并带动所述丝杠螺母直线运动，所述连接块连接所述丝杠螺母、所述直线导轨以及移动件，以带动所述移动件在所述直线导轨上直线运动。

6.如权利要求5所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述滚珠丝杠传动系统上设有限位装置。

7.如权利要求1所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述进料仓内还设有用于输送丝材的料盘以及步进电机。

8.如权利要求7所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，所述进料仓顶部开设有与所述料斗及所述料盘配合的第一进料口和第二进料口，所述进料仓底部开设有供所述送料管及所述丝材穿出的第一出料孔和第二出料孔。

9.如权利要求1所述的金属熔融挤出成型3D打印设备，其特征在于，还包括与所述工作层固定连接的基层。