CN212526061U - 3d液相金属打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D液相金属打印设备，涉及金属加工技术领域，包括金属液储罐、金属液打印枪、工作台、热反射墙、柔性耐火纤维布、位移机构和操作台，金属液储罐内置熔融金属液，金属液打印枪与金属液储罐连通，金属液打印枪包括内筒和外筒，内筒和外筒间有间隙通道，外筒上有气源接口，工作台在金属液打印枪的下方，其上端面置有工作面板，热反射墙在金属液打印枪周围，柔性耐火纤维布环绕在金属液打印枪的周向且连接在热反射墙上，位移机构带动金属液打印枪移动，操作台控制位移机构启停和移动。如此，解决了现有技术中如何利用3D金属打印技术来提高金属冶炼厂产品的多样性，增强市场竞争力，降低二次熔炼时能源浪费与环境污染严重的问题。

Description

3D液相金属打印设备

技术领域

本实用新型涉及金属加工技术领域，更具体地说，涉及一种3D液相金属打印设备。

背景技术

传统铸造业中，金属铸造指将金属熔化后浇铸到预定形状的铸造空腔中，待其冷却后，经清整处理，获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯的方法，生产制造过程通常包括制造铸型、熔化金属、浇铸和清理等工序。一般来说，被铸物质的原料多原为固态需经加热至液态的金属，(例：铜、铁、铝、锡、铅等)，其成型工艺主要包括重力浇铸和压力铸造，其中，重力浇铸包括砂铸和硬模铸造，是依靠金属自身重力将熔融金属液浇入型腔，压力铸造包括低压铸造和高压铸造，是依靠额外增加压力将熔融金属液瞬间压入铸造型腔。但是，传统铸造工艺生产的铸件机械性能不十分优良，存在如组织粗大，尺寸缺陷、晶型缺陷等缺点；且砂型铸造中，只能单件、小批量生产，产品的多样性较低，工人劳动强大，工作环境恶劣；此外，铸件质量不稳定，由于工序多，影响因素复杂，易产生许多缺陷；另外，铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声等环境的污染；不仅如此，重新熔融金属进行浇铸会需要大量能源支撑，能源消耗量大。总体而言，市场竞争力较弱。

3D金属打印工艺中，现主流3D金属打印技术有五种：激光选区烧结(SLS)，纳米颗粒喷射金属成型(NPJ)，激光选区熔化(SLM)，激光近净成型(LENS)和电子束选区熔化(EBSM)技术。3D打印出来的钢材其组成达不到金属的亚结构状态，但组织是完全均匀的，比现有成品钢好很多，经后期热处理后，强度可以与传统砂型铸造相当甚至优于传统铸造，但是无法媲美传统冷加工(CNC，加工中心这类的)金属构件，也比不上锻造件的性能。3D打印对原型制造、模型制造和低体积定制零件来说是有益的，但3D金属打印普遍是基于粉末冶金技术，难以低成本、大批量、规模化的量产。

因此，如何解决现有技术中利用3D金属打印技术来提高金属冶炼厂产品的多样性，增强市场竞争力，降低二次熔炼时能源浪费与环境污染严重的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种3D液相金属打印设备，较现有技术中的金属铸造工艺其解决了对工人的数量和劳动强度要求较高，且工作环境安全风险较高的问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种3D液相金属打印设备，包括：

金属液储罐，内置熔融金属液，其上端设有入口，下端设有出口；

金属液打印枪，设置在所述金属液储罐的出口处并与所述金属液储罐连通，所述金属液打印枪包括内筒和位于所述内筒周向的外筒，所述内筒为耐高温隔热材质，熔融金属液在所述内筒中流动，所述内筒和所述外筒之间具有间隙通道，且所述外筒上设有与所述间隙通道连通的气源接口、以向所述间隙通道中充入带压惰性气体；

工作台，设置在所述金属液打印枪的下方，其上端面放置有工作面板，所述工作台与所述工作面板均为耐高温隔热材质；

热反射墙，同时位于所述金属液打印枪的出液端以及所述工作面板的周围，其连接在所述工作台上；

柔性耐火纤维布，呈褶皱折叠状，上端环绕连接在所述金属液打印枪的周向，下端连接在所述热反射墙上，所述工作台、所述热反射墙以及所述柔性耐火纤维布形成包围结构；

位移机构，与所述金属液打印枪传动连接、以带动所述金属液打印枪与所述金属液储罐在水平以及竖直方向移动；

操作台，与所述位移机构电(液)连接驱动、以控制所述位移机构启停以及移动方向。

优选地，所述金属液打印枪的出液端设有金属液打印头，所述金属液打印头与所述内筒可拆卸连接，带压惰性气体从所述金属液打印头的周向流出。

优选地，还包括推送机构，其设置在所述热反射墙的外侧，所述热反射墙与所述工作台可开合连接，所述热反射墙的可离开所述工作台的一侧远离所述工作台时，所述推送机构将所述工作面板推出远离所述工作台。

优选地，还包括输送辊和抬升机构，所述工作台具有中空结构，所述输送辊用于运输多个所述工作面板且其输送末端靠近所述工作台，所述工作台的靠近所述输送辊的侧板与所述工作台的底板可开合连接，所述工作台的上端面包括两个对称设置的门板，所述门板与所述工作台可转动连接，两个所述门板能够向下转动至所述工作台中，所述抬升机构能够进行伸缩动作，其自由端能够伸入所述工作台中并到达所述工作台的上端面处。

优选地，所述工作台的上端面上设有通气孔，所述通气孔使所述热反射墙内与所述工作台内的气体相连通。

优选地，所述金属液储罐的上方设有金属液加注溜槽、以便向所述金属液储罐中补充熔融金属液。

优选地，所述位移机构包括升降机构和机械臂，所述升降机构包括滚珠丝杠结构，所述机械臂的第一端与所述滚珠丝杠结构的螺母可转动连接，所述机械臂的第二端与所述外筒固接。

优选地，所述操作台包括控制器，所述推送机构、所述抬升机构、所述升降机构和所述机械臂均与所述控制器通信连接。

优选地，还设有增压机构，其与所述金属液储罐连接、以向熔融金属液施加压力使熔融金属液流出。

优选地，所述内筒的内径为2mm-30mm。

本实用新型提供的技术方案中，熔炼完毕的熔融金属液经调质处理后注于金属液储罐中，通过与金属液储罐连通的金属液打印枪将熔融金属液输出，通过对操作台进行操作而控制位移机构在水平以及竖直方向上的位置移动，位移机构带动金属液打印枪与金属液储罐进行相应的移动，金属液离开金属液打印枪后温度降低固化成型，随着金属液打印枪的移动与金属液的流出，逐渐将铸件浇铸出来，耐高温的工作台以及工作面板的设置为铸件的熔铸提供操作和成型位置，且由于金属液打印枪的内筒与外筒之间的间隙通道的设置，惰性气体充入后将从金属液打印枪输出的金属液周向喷出，形成气流墙，保证金属液能够按照既定轨迹和层高进行堆叠熔铸，还可有效防止金属氧化，此外，工作台、热反射墙以及柔性耐火纤维布将金属液打印枪的出液口包围，热反射墙有效阻止热量损失过快，避免铸体因热量损失过快而影响铸体晶格发育、影响质量，褶皱折叠状的柔性耐火纤维布可跟随金属液打印枪的移动而柔性形变，保证金属液打印枪在平面和立面活动时的自由度，同时也可保护外部机构不被高温影响。如此设置，不同规格的铸件可不再配备对应的铸造模具，有利于发展产品的多样性，也弥补了3D金属打印产品机械性能差的缺陷，解决了现有技术中如何利用3D金属打印技术来提高金属冶炼厂产品的多样性，增强市场竞争力，降低二次熔炼时能源浪费与环境污染严重的问题。

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，下面将在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中3D液相金属打印设备的局部结构示意图；

图2为本实用新型实施例中3D液相金属打印设备的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中3D液相金属打印设备的侧视结构示意图；

图4为本实用新型实施例中金属液打印枪的剖视图。

图1-图4中：

1、金属液储罐；2、金属液打印枪；3、内筒；4、外筒；5、间隙通道；6、工作台；7、工作面板；8、热反射墙；9、柔性耐火纤维布；10、金属液打印头；11、推送机构；12、输送辊；13、抬升机构；14、门板；15、通气孔；16、金属液加注溜槽；17、升降机构；18、机械臂；19、气源接口；20、操作台；21、导流板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供一种3D液相金属打印设备，其能够解决如何利用3D金属打印技术来提高金属冶炼厂产品的多样性，增强市场竞争力，降低二次熔炼时能源浪费与环境污染严重的问题。

以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

请参考图1-图4，本实施例提供的一种3D液相金属打印设备，包括金属液储罐1、金属液打印枪2、工作台6、工作面板7、热反射墙8、柔性耐火纤维布9、位移机构和操作台20，其中，金属液储罐1中内置熔融金属液，其上端设有入口，下端设有出口，金属液储罐1的轴线竖直设置，金属液储罐1内部选用优质耐材，隔热保温，外部采用钢或铁质材料，以满足工况需求，金属液打印枪2呈杆状，其设置在金属液储罐1的出口处并与金属液储罐1连通，且连接处密封连接，金属液储罐1中注入金属液前，为防止因热量损失而造成铸死或高温冲击的情况，优选将金属液储罐1与金属液打印枪2进行预热，金属液打印枪2包括内筒3和位于内筒3周向的外筒4，内筒3为耐高温隔热材质，优选为耐高温陶瓷材质，熔融金属液在内筒3中流动，外筒4为钢材质，内筒3和外筒4之间具有间隙通道5，且外筒4上设有与间隙通道5连通的气源接口19，气源接口19与外部的高流速带压惰性气体源连通，用以向间隙通道5中充入带压惰性气体，工作台6设置在金属液打印枪2的下方，其上端面放置有工作面板7，且工作台6与工作面板7均为耐高温隔热材质，工作面板7的具体材质可根据金属液的不同而作有针对的选择，热反射墙8同时位于金属液打印枪2的出液端以及工作面板7的周围，其连接在工作台6的上端面的边侧处，柔性耐火纤维布9呈褶皱折叠状，上端环绕连接在金属液打印枪2的中上部的周向，下端连接在热反射墙8上，工作台6、热反射墙8以及柔性耐火纤维布9形成包围结构，将工作面板7与金属液打印枪2的出液端包围在其中，位移机构与金属液打印枪2传动连接，具体位移机构的移动端可与外筒4的侧壁固接，用以带动金属液打印枪2与金属液储罐1在水平以及竖直方向移动，操作台20与位移机构电(液)连接驱动，操作台20具体可设置为包括按键和操作手柄，用以控制位移机构启停以及移动方向，需要说明的是电(液)连接驱动具体为电连接或液压传动连接或者二者同时存在的连接方式。

另外，还可选择在金属液打印枪2的出液端处设置耐高温隔热材质的挡片，并设有气(液压)缸与挡片连接，根据实际情况需要移动挡片的位置，实现出液与停止出液。

如此设置，内筒3为耐高温陶瓷材质可减少金属液长期冲刷侵蚀而造成金属液成分波动或夹杂，从而减弱了影响产品质量的可能，熔炼完毕的熔融金属液经调质处理后注于金属液储罐1中，通过与金属液储罐1连通的金属液打印枪2将熔融金属液排出，通过对操作台20进行操作而控制位移机构在水平以及竖直方向上的位置移动，位移机构带动金属液打印枪2与金属液储罐1进行相应的移动，金属液离开金属液打印枪2后温度降低固化成型，随着金属液打印枪2的移动与金属液的流出，逐渐将铸件浇铸出来，耐高温的工作台6以及工作面板7的设置为铸件的熔铸提供操作位置，且由于金属液打印枪2的内筒3与外筒4之间的间隙通道5的设置，惰性气体充入后将从金属液打印枪2输出的金属液周向喷出，形成气流墙，保证金属液能够按照既定轨迹和层高进行堆叠熔铸，还可有效防止金属氧化，此外，工作台6、热反射墙8以及柔性耐火纤维布9将金属液打印枪2的出液口包围，热反射墙8有效阻止热量损失过快，避免铸体因热量损失过快而影响铸体晶格发育、影响质量，褶皱折叠状的柔性耐火纤维布9可跟随金属液打印枪2的移动而柔性形变，保证金属液打印枪2在平面和立面活动时的自由度，同时也可保护外部机构不被高温影响。工人通过对操作台20操控进行金属铸造工作，不仅降低了工作量和劳动强度，还避免了长时间在高温设备附近操作，解决了现有技术中如何利用3D金属打印技术来提高金属冶炼厂产品的多样性，增强市场竞争力，降低二次熔炼时能源浪费与环境污染严重的问题。此外，此种方式生产出来的金属铸件组织是完全均匀的，品质优于现有成品，经后期热处理后，强度可以与传统砂型铸造生产的产品的强度相当，甚至优于，不仅如此，整个过程不会有粉尘、有害气体和噪声等污染，而且相较于现有技术中的金属铸造工艺其工序少，从而减少了影响铸件质量的因素。

进一步地，金属液打印枪2的出液端设有金属液打印头10，金属液打印头10与内筒3可拆卸连接，金属液打印头10的内径根据铸体尺寸情况进行调整，可选择设置为0-20mm，金属液打印头10的形状及材质可根据金属液特性及铸体特点单独配置设计或换装，惰性气体从金属液打印头10的周向高速喷出。内筒3的内径可设置为2mm-30mm。

此外，为了保证惰性气体喷出时形成层流，还可选择在金属液打印头10的周向设置导流板21，请参考图4。惰性气体优选设置为价廉易得的氮气，也可设置为氦气。

作为优选的实施方案，可选择设置推送机构11，其处于热反射墙8的外侧并位于热反射墙8附近，热反射墙8与工作台6可开合连接，需要开合的热反射墙8连接有气(液压)缸，热反射墙8的可离开工作台6的一侧远离工作台6时，推送机构11将工作面板7推出远离工作台6，推送机构11具体包括第一液压缸和固接在第一液压缸移动端的推板，且第一液压缸移动端沿水平方向伸缩移动，铸件浇铸完成后，操控第一液压缸，使推板推动工作面板7离开工作台6。

为了优化生产效率，可设置输送辊12和抬升机构13，具体地，输送辊12包括多个轴线互相平行、能够自转的铁质滚筒，工作台6具有中空结构，输送辊12用于运输多个工作面板7且其输送末端靠近工作台6，工作台6的靠近输送辊12的侧板与工作台6的底板可开合连接，工作台6的靠近输送辊12的侧板连接有气(液压)缸，工作台6的上端面包括两个对称设置的门板14，门板14与工作台6可转动连接，两个门板14能够向下转动至工作台6中，两个门板14均连接有气(液压)缸，抬升机构13能够进行伸缩动作，其自由端能够伸入工作台6中并到达工作台6的上端面处，抬升机构13具体包括第二液压缸和固接在第二液压缸的移动端的载板，且第二液压缸移动端沿竖直方向伸缩移动，载板位于工作台6中，载板的水平面的尺寸小于工作面板7的水平面的尺寸，载板的移动位置包括位于工作台6的中空结构中部的第一位置以及位于工作台6上端面处的第二位置，载板位于第一位置时，工作台6的靠近输送辊12的侧板远离工作台6的底板，输送辊12上的工作面板7落至载板上，然后工作台6的靠近输送辊12的侧板恢复原位置，当工作台6上方的铸件完成并与承载其的工作面板7离开后，门板14向下转动呈打开状，载板移动至第二位置，然后门板14恢复原位置的同时载板向下移动，将新的工作面板7抬升至金属液打印枪2的出液端附近。

此外，可选择设置输送辊12经过工作台6的工作面板7离开的一侧，使工作面板7被推离工作台6后落至输送辊12上，方便工人拿取铸件。

进一步地，还可选择在工作台6的上端面上设置通气孔15，通气孔15使热反射墙8内与工作台6内的气体相连通，如此，可导出惰性气体，不仅保证了气压平衡，当载板承载着工作面板7位于工作台6的中空结构中时，惰性气体进入工作台6的中空结构中，可对工作面板7进行预热，高温的惰性气体能对工作面板7进行加热，金属液落到工作面板7上时不仅保护工作面板7，还能避免温度骤降引起的铸体质量波动，延长工作面板7使用寿命。且惰性气体经过滤、回收、降温(或预热)处理还可循环使用。

为了方便向金属液储罐1中补充熔融金属液，可选择在金属液储罐1的上方设置与操作台20相对固定设置的金属液加注溜槽16，当需要补充金属液时，操控位移机构，使金属液储罐1移动至其入口对准金属液加注溜槽16的一端，金属液加注溜槽16的另一端由外部设备灌入熔融完毕的金属液。另外，金属液储罐1中注入金属液后，为了保证生产环境中影响金属液的品质的杂质不会进入金属液储罐1中，保证洁净度，也为了减少热量过早散失，可选择在金属液储罐1的入口处设置耐火保温封盖。

作为具体的实施方案，位移机构可设置为包括升降机构17和机械臂18，升降机构17包括滚珠丝杠结构，机械臂18的第一端与滚珠丝杠结构的螺母的上端面通过销钉转动连接，机械臂18的第二端与外筒4固接，第一液压缸的移动端沿竖直方向移动。升降机构17还可设置为液压缸。

此外，当需生产的铸件的结构较为复杂或体积较大时，为了降低操作难度，可设置操作台20还包括控制器，优选为可编程控制器，推送机构11的第一液压缸输送辊12抬升机构13的第二液压缸滚珠丝杠结构的电机机械臂18、与热反射墙8连接的气(液压)缸、与门板14连接的气(液压)缸、与工作台6的靠近输送辊12的侧板连接的气(液压)缸以及与挡片连接的气(液压)缸均与可编程控制器通信连接，通过三维编程将铸体构造信息输入可编程控制器，然后可编程控制器对各通信连接的动力结构输出执行动作命令，由此来操作控制生产流程的进行。如此设置，适用于结构较为复杂的铸件生产，也使得铸件的生产更为精密，提高了生产加工效率，设置多台该3D液相金属打印设备可实现进行大批量生产的同时不需要配备大量工人工作，增强市场竞争力。

作为优选的实施方案，金属液具体可为钢水、铁水、铝水等熔融金属液，当金属液为铝水等较为质轻的金属时，为了使金属液打印枪2出液更为顺畅，可选择设置增压机构，其与金属液储罐1连接，以向熔融金属液施加适当压力使熔融金属液按工艺要求流出，增压机构的压力来源可设置为氩气。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本实用新型提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种3D液相金属打印设备，其特征在于，包括：

金属液储罐(1)，内置熔融金属液，其上端设有入口，下端设有出口；

金属液打印枪(2)，设置在所述金属液储罐(1)的出口处并与所述金属液储罐(1)连通，所述金属液打印枪(2)包括内筒(3)和位于所述内筒(3)周向的外筒(4)，所述内筒(3)为耐高温隔热材质，熔融金属液在所述内筒(3)中流动，所述内筒(3)和所述外筒(4)之间具有间隙通道(5)，且所述外筒(4)上设有与所述间隙通道(5)连通的气源接口(19)、以向所述间隙通道(5)中充入带压惰性气体；

工作台(6)，设置在所述金属液打印枪(2)的下方，其上端面放置有工作面板(7)，所述工作台(6)与所述工作面板(7)均为耐高温隔热材质；

热反射墙(8)，同时位于所述金属液打印枪(2)的出液端以及所述工作面板(7)的周围，其连接在所述工作台(6)上；

柔性耐火纤维布(9)，呈褶皱折叠状，上端环绕连接在所述金属液打印枪(2)的周向，下端连接在所述热反射墙(8)上，所述工作台(6)、所述热反射墙(8)以及所述柔性耐火纤维布(9)形成包围结构；

位移机构，与所述金属液打印枪(2)传动连接、以带动所述金属液打印枪(2)与所述金属液储罐(1)在水平以及竖直方向移动；

操作台(20)，与所述位移机构电连接和/或液压传动连接、以控制所述位移机构启停以及移动方向。

2.如权利要求1所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，所述金属液打印枪(2)的出液端设有金属液打印头(10)，所述金属液打印头(10)与所述内筒(3)可拆卸连接，带压惰性气体从所述金属液打印头(10)的周向流出。

3.如权利要求1所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，还包括推送机构(11)，其设置在所述热反射墙(8)的外侧，所述热反射墙(8)与所述工作台(6)可开合连接，所述热反射墙(8)的可离开所述工作台(6)的一侧远离所述工作台(6)时，所述推送机构(11)将所述工作面板(7)推出远离所述工作台(6)。

4.如权利要求3所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，还包括输送辊(12)和抬升机构(13)，所述工作台(6)具有中空结构，所述输送辊(12)用于运输多个所述工作面板(7)且其输送末端靠近所述工作台(6)，所述工作台(6)的靠近所述输送辊(12)的侧板与所述工作台(6)的底板可开合连接，所述工作台(6)的上端面包括两个对称设置的门板(14)，所述门板(14)与所述工作台(6)可转动连接，两个所述门板(14)能够向下转动至所述工作台(6)中，所述抬升机构(13)能够进行伸缩动作，其自由端能够伸入所述工作台(6)中并到达所述工作台(6)的上端面处。

5.如权利要求4所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，所述工作台(6)的上端面上设有通气孔(15)，所述通气孔(15)使所述热反射墙(8)内与所述工作台(6)内的气体相连通。

6.如权利要求1所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，所述金属液储罐(1)的上方设有金属液加注溜槽(16)、以便向所述金属液储罐(1)中补充熔融金属液。

7.如权利要求4所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，所述位移机构包括升降机构(17)和机械臂(18)，所述升降机构(17)包括滚珠丝杠结构，所述机械臂(18)的第一端与所述滚珠丝杠结构的螺母可转动连接，所述机械臂(18)的第二端与所述外筒(4)固接。

8.如权利要求7所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，所述操作台(20)包括控制器，所述推送机构(11)、所述抬升机构(13)、所述升降机构(17)和所述机械臂(18)均与所述控制器通信连接。

9.如权利要求1所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，还设有增压机构，其与所述金属液储罐(1)连接、以向熔融金属液施加压力使熔融金属液流出。

10.如权利要求1所述的一种3D液相金属打印设备，其特征在于，所述内筒(3)的内径为2mm-30mm。

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