CN208408549U - 一种基于磁场与烧结技术结合的3d打印系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于磁场与烧结技术结合的新型3D打印系统，其基础原理是根据电磁铁在通电过程中会产生较强的磁性，该磁性可以用于吸附金属粉末，从而形成个性化设置的模型，最终利用烧结技术进行固定成型。本实用新型提出了新的材料定位方法，从传统的点与点之间的堆叠到层与层之间的堆叠，该定位方式将成倍的增加打印的速度，从而提高3D打印的效率；相较于机械式的材料成型方式，其节约了部分能耗以及较少了材料的浪费，从而降低了部分成本。

Description

一种基于磁场与烧结技术结合的3D打印系统

技术领域

本实用新型属于3D打印技术，涉及一种基于磁场与烧结技术结合的3D打印系统，可用于生产复杂、具有个性化的金属零部件或整体模型。

背景技术

3D打印是一项采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术完全颠覆了传统的减材制造的思想，很多传统制造技术难以生产的复杂模型都可以直接运用于3D打印技术进行制造。因其可个性化的生产各种复杂模型，3D打印技术得到全世界范围内制造业的认可，各国高校与研究机构纷纷投入其中。

目前，3D打印技术分为如下几种：熔融沉积式(FDM)、选择性激光烧结式(SLS)、光聚合式(SLA)等等。但因其普遍存在着精度不高、打印效率不高、成本较高等问题，3D打印技术目前还没有大规模的使用。

为解决上述问题，“基于磁场调控的3D金属打印系统”，专利申请号：201510966964.6，提出了将磁场技术运用于3D金属打印系统，该系统利用洛伦兹力偏转带点金属微滴原理，从而达到堆积成型的原理。但是，该专利仅在传统的基础上提出了一种新的3D打印方式，整体的打印模式依然与传统的过程并无太大的区别，仍然具有精度不高、打印效率不高、成本较高等缺陷。

实用新型内容

针对目前3D打印技术瓶颈，本实用新型提出了一种基于磁场与烧结技术结合的新型3D打印技术，该打印技术最大的特点是提出了新的材料定位方法，从传统的点与点之间的堆叠到层与层的堆叠，该定位方式将成倍的增加打印的速度，从而提高3D打印的效率。

本实用新型基于新的定位装置，提供了一种基于磁场与烧结技术结合的新型3D打印系统，其基础原理是根据电磁铁在通电过程中会产生较强的磁性，该磁性可以用于吸附金属粉末，从而形成个性化设置的模型，最终利用烧结技术进行固定成型。具体包括：

机算机系统，用于操作人员输入预计打印模型，以及实现计算机与打印机系统对接；

粉末送出装置，用于将金属粉末加热为熔融态并带上电荷，输送给磁场加速装置；

磁场加速装置，由磁圈筒和磁性线圈组成，该装置用于调节磁性线圈电流大小，控制金属液滴平稳的落到材料固定装置；

磁场控制装置，根据计算机系统输入模型信号，形成相对应的磁场，设置磁场强弱，使强化的磁性材料可以落到预计位置；

控制驱动电路，用于给各个装置提供控制信号，使各装置稳定运行；

材料固定装置，用于承接和放置待打印模型；

材料定位装置，位于材料固定装置下方，用于调节材料落点位置，从而增强其打印精度；

激光烧结装置，通过激光熔融技术，对粉末材料进行加热成型；

其中，所述材料定位装置由陶瓷圆盘及陶瓷圆盘表面以圆周阵列的细小圆柱孔组成，每一个圆柱孔内设置有一个与磁场控制装置相连接的小型电磁铁，所述电磁铁在磁场控制装置的驱动下产生磁性，从而在一个点内产生较为集中的磁场，该磁场用于调节金属液滴最终落在材料固定装置上的落点。

优选的，所述粉末送出装置包括与控制驱动电路连接的步进电机、齿轮泵、陶瓷导流管、坞质喷头和感应电极板；金属粉末通过步进电机驱动的齿轮泵，将金属粉末定量的挤入到陶瓷导流管内，陶瓷导流管外缠绕的与磁场控制装置连接的线圈一通电后产生热量，使金属粉末加热成为熔融金属液滴，金属液滴在感应电极板的电场作用下带上电荷，再通过电场的吸引力使金属液滴向下移动至坞质喷头处送出，输送到磁场加速装置。

优选的，所述材料固定装置包括承接板以及与磁场控制装置连接的偏差感应器，所述承接板位于材料定位装置的正上方，并与控制驱动电路连接，使承接板在X、Y平面上进行滑动，所述偏差感应器根据金属液滴落到材料固定装置的坐标，计算金属液滴落点与预测落点的偏差，并将偏差实时传递给磁场控制装置，从而通过磁场控制装置调节电磁铁的磁性，实时调整金属液滴的落点位置，确保成型精度。

本实用新型与现有的3D打印技术相比，具有如下优势：

1.本实用新型选用金属粉末作为原材料，可以打印各类金属制品，以及其打印材料单元微小，有利于提升打印过程精度。

2.本实用新型提出了一种基于磁场与烧结技术结合的新型3D打印技术，该打印技术提出了新的材料定位方法，从传统的点与点之间的堆叠到层与层之间的堆叠，该定位方式将成倍的增加打印的速度，从而提高3D打印的效率。

3.本实用新型利用磁性吸附原理，利用磁场的作用使材料自主进行定位成型，相较于机械式的材料成型方式，其节约了部分能耗以及较少了材料的浪费，从而降低了部分成本。

附图说明

图1是本实用新型的部分结构示意图；

图2是本实用新型的实施过程图；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

参见图1，本实用新型提供的一种基于磁场与烧结技术结合的3D打印系统，包括：机算机系统，用于操作人员输入预计打印模型，以及实现计算机与打印机系统对接；

粉末送出装置，用于将金属粉末加热为熔融态并带上电荷，输送给磁场加速装置；

磁场加速装置，由磁圈筒501和磁性线圈502组成，该装置用于调节线圈电流大小，控制金属液滴平稳的落到材料固定装置；

磁场控制装置，根据计算机系统输入模型信号，形成相对应的磁场，设置磁场强弱，使强化的磁性材料可以落到预计位置；

控制驱动电路，用于给各个装置提供控制信号，使各装置稳定运行；

材料固定装置，用于承接和放置待打印模型；

材料定位装置，位于材料固定装置下方，用于调节材料落点位置，从而增强其打印精度；

激光烧结装置，通过激光熔融技术，对粉末材料进行加热成型；

其中，所述粉末送出装置包括与控制驱动电路连接的步进电机、齿轮泵405、陶瓷导流管402、坞质喷头404和感应电极板401；金属粉末通过步进电机驱动的齿轮泵405，将金属粉末定量的挤入到陶瓷导流管402内，陶瓷导流管402外缠绕的与磁场控制装置连接的线圈一403通电后产生热量，使金属粉末加热成为熔融金属液滴，金属液滴在感应电极板401的电场作用下带上电荷，再通过电场的吸引力使金属液滴向下移动至坞质喷头404处送出，输送到磁场加速装置。

所述材料定位装置由陶瓷圆盘601及陶瓷圆盘601表面以圆周阵列的细小圆柱孔组成，每一个圆柱孔内设置有一个与磁场控制装置相连接的小型电磁铁602，所述电磁铁602在磁场控制装置的驱动下产生磁性，从而在一个点内产生较为集中的磁场，该磁场用于调节金属液滴最终落在材料固定装置上的落点。

所述材料固定装置包括承接板603以及与磁场控制装置连接的偏差感应器，所述承接板603位于材料定位装置的正上方，并与控制驱动电路连接，使承接板603在X、Y平面上进行滑动，所述偏差感应器根据金属液滴落到材料固定装置的坐标，计算金属液滴落点与预测落点的偏差，并将偏差实时传递给磁场控制装置，从而通过磁场控制装置调节电磁铁602的磁性，实时调整金属液滴的落点位置，确保成型精度。

下面说明一下本实用新型的实施方法：

S1，设计需求模型，而后将需求模型输入打印系统：将计算机系统与打印系统连接，将立体模型输入到打印系统，并生成相关尺寸参数，以及人为调校打印过程参数，如：耗材量、原材料输送速率、线圈电压、模型放置方位等等。

S2，原材料送出，将金属粉末加热为熔融态，并带上电荷：原材料通过齿轮泵405将材料送出，通过陶瓷导流管402，陶瓷导管外壁高压线圈一403，产生大量热量将粉末加热为熔融状态，金属液滴通过电极板(401)，感应电极板使金属液滴带上一定量的电荷，再通过电场的吸引力使金属液滴向下移动至坞质喷头处送出，输送到磁场加速装置；

S3，通过磁场控制装置增大磁性线圈502内的电压，使金属液滴加速通过磁圈筒501，落到材料定位装置：磁圈筒501外缠绕的线圈磁性线圈502电压增大由材料输送装置送出的金属液滴在洛伦兹力的作用下快速通过，并最终落到材料固定装置上；

S4，在材料固定装置上形成初步模型：材料定位装置位于材料固定装置下方，由陶瓷圆盘及陶瓷圆盘表面以圆周阵列的细小圆柱孔组成，圆柱孔内布满了点阵式微型电磁铁602，根据系统输入的尺寸、形状，控制磁场控制装置按照一定的规律给部分微型电磁铁通电，使其带上磁性来调节金属微粒的落点。金属微粒在磁性的作用下，按照一定规律排布在材料定位装置上。所述材料固定装置包括承接板以及与磁场控制装置连接的偏差感应器，所述承接板位于材料定位装置的正上方，并与控制驱动电路连接，使承接板在X、Y平面上进行滑动，所述偏差感应器根据金属液滴落到材料固定装置的坐标，计算金属液滴落点与预测落点的偏差，并将偏差实时传递给磁场控制装置，从而通过磁场控制装置调节电磁铁602的磁性，实时调整金属液滴的落点位置，确保成型精度。

S5，待模型基本确定后，利用激光烧结进行最终的材料成型：材料固定装置上的模型初步打印成型后，然后进行激光烧结成型，其最终模型放在材料固定装置上，待模型冷却后，取出即可。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (3)

1.一种基于磁场与烧结技术结合的3D打印系统，其特征在于，包括：

机算机系统，用于操作人员输入预计打印模型，以及实现计算机与打印机系统对接；

粉末送出装置，用于将金属粉末加热为熔融态并带上电荷，输送给磁场加速装置；

磁场加速装置，由磁圈筒和磁性线圈组成，该装置用于调节线圈电流大小，控制金属液滴平稳的落到材料固定装置；

磁场控制装置，根据计算机系统输入模型信号，形成相对应的磁场，设置磁场强弱，使强化的磁性材料可以落到预计位置；

控制驱动电路，用于给各个装置提供控制信号，使各装置稳定运行；

材料固定装置，用于承接和放置待打印模型；

材料定位装置，位于材料固定装置的下方，用于调节材料落点位置，从而增强其打印精度；

激光烧结装置，通过激光熔融技术，对粉末材料进行加热成型；

其中，所述材料定位装置由陶瓷圆盘及陶瓷圆盘表面以圆周阵列的细小圆柱孔组成，每一个圆柱孔内设置有一个与磁场控制装置相连接的小型电磁铁，所述电磁铁在磁场控制装置的驱动下产生磁性，从而在一个点内产生较为集中的磁场，该磁场用于调节金属液滴最终落在材料固定装置上的落点。

2.如权利要求1所述的一种基于磁场与烧结技术结合的3D打印系统，其特征在于：所述粉末送出装置包括与控制驱动电路连接的步进电机、齿轮泵、陶瓷导流管、坞质喷头和感应电极板；金属粉末通过步进电机驱动的齿轮泵，将金属粉末定量的挤入到陶瓷导流管内，陶瓷导流管外缠绕的与磁场控制装置连接的线圈一通电后产生热量，使金属粉末加热成为熔融金属液滴，金属液滴在感应电极板的电场作用下带上电荷，再通过电场的吸引力使金属液滴向下移动至坞质喷头处送出，输送到磁场加速装置。

3.如权利要求1所述的一种基于磁场与烧结技术结合的3D打印系统，其特征在于：所述材料固定装置包括承接板以及与磁场控制装置连接的偏差感应器，所述承接板位于材料定位装置的正上方，并与控制驱动电路连接，使承接板在X、Y平面上进行滑动，所述偏差感应器根据金属液滴落到材料固定装置的坐标，计算金属液滴落点与预测落点的偏差，并将偏差实时传递给磁场控制装置，从而通过磁场控制装置调节电磁铁的磁性，实时调整金属液滴的落点位置，确保成型精度。