CN105127415A - 一种金属3d打印快速成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属3D打印快速成型设备，主要由成型单元、供料单元、气体保护装置和尾气回收单元构成；成型单元包括三维运动装置、喷头、电焊机、电线和金属成型平台，供料单元包括金属焊料粉末腔、供料气泵、聚四氟乙烯进料管，气体保护装置包括CO2气罐、导气管、供气气泵，供气气泵将CO2由导气管输入到喷头的CO2保护气流道；尾气回收单元包括密闭机体、空气过滤网、集气气泵和集气管道，三维运动装置、喷头和金属成型平台位于密闭机体内。本发明一种金属3D打印快速成型设备，运用堆焊技术用电焊机将金属粉末按照规定线路熔化并固化成型堆叠成为三维实体模型，大大降低了金属3D打印机的制作成本，有利于将金属3D打印技术进一步推向实际应用阶段。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速成型装置,尤其是涉及一种金属3D打印快速成型设备。
背景技术
快速成型技术(又称为快速原型制造技术，RapidPrototypingManufac-turing，简称RPM)，又被称作3D打印。该技术根据物体的三维模型数据，通过成型设备以逐层叠加的方式制造实体。该技术能克服目前传统机械加工无法实现的特殊结构障碍。可以实现任意复杂结构部件的简单化生产。现有的3D打印技术主要分为，熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、立体平板印刷(SLA)、数字光处理(DLP)等等。
目前，金属3D打印快速成型技术多数为选择性激光烧结技术，即SLS。该技术在金属快速成型领域中运用广泛，但其设备必须采用大功率激光发射器，另外该技术中的供料方式极其复杂，这两方面原因导致以选择性激光烧结技术为核心的金属快速成型设备成本居高不下，并难以将该技术向实际应用推行。故针对上述不足，本发明装置可以避免使用高成本的激光发射装置和复杂的供料装置，降低设备制作成本，有利于进一步推进金属快速成型技术进入实际应用阶段。
发明内容
针对上述缺点，设计一种加工装置，喷头安装在三维运动装置上，喷嘴处设置环形喷口，从打印机喷头处喷出金属焊料粉末至电焊头正下方，电焊头通电与金属打印基板形成正负极，两者之间产生电火花将金属粉末迅速熔化并迅速冷却固化成型。如此喷头按照规定路线加工层层叠加形成三维实体。利用此种方法避免使用激光发生器和复杂的供料装置即可实现金属材料的快速成型。
本发明是利用金属焊料粉末作为耗材、以堆焊技术为核心的金属3D打印装置，工作方式是：通过将金属焊料粉末从喷嘴喷出，喷嘴处电焊头迅速产生电火花熔化焊料并按照零件每一层的预定轨迹，以一定的速率进行金属熔体堆叠并迅速冷却固化成型。每堆叠完成一层后，在该层上方继续上述工作，如此循环往复最终实现金属零件的堆叠成型。
本发明的技术方案是：一种金属3D打印快速成型装置，由成型单元、供料单元、气体保护装置和尾气回收单元构成；其中成型单元包括三维运动装置、喷头、电焊机、电线和金属成型平台，其中喷头前端为电焊头，在喷头内设有CO2保护气流道和金属焊料粉末的通道，金属焊料粉末的通道的出口即为金属焊料粉末出料口，CO2保护气流道和金属焊料粉末出料口是围绕电焊头的圆环通道；其中供料单元包括金属焊料粉末腔、供料气泵、聚四氟乙烯进料管，金属焊料粉末经供料气泵由聚四氟乙烯进料管输入到喷头的金属焊料粉末的通道；其中气体保护装置包括CO2气罐、导气管、供气气泵，供气气泵将CO2由导气管输入到喷头的CO2保护气流道；尾气回收单元包括密闭机体、空气过滤网、集气气泵和集气管道，三维运动装置、喷头和金属成型平台位于密闭机体内。
本发明一种金属快速成型的方法是：从打印机喷头处利用气泵喷出金属焊料粉末，粉末喷出时电焊头通电与金属成型平台上的金属打印基板形成正负极，两者直接产生电火花将落在喷头正下方的金属焊料粉末迅速熔化并迅速冷却固化成型。利用此种方法避免使用激光发生器和复杂的供料装置即可实现金属材料的快速成型。
本发明一种金属3D打印快速成型设备的成型单元为三维运动装置、喷头、电焊机、电线、电焊头和金属成型平台。喷头固定在三维运动装置上，通过计算机上的切片软件将预成型制品从三维模型转换为二维喷头运动轨迹，安装在三维运动装置上的喷头按照切片软件生成的轨迹运动。喷头结构从内到外分为三层，外层为CO2气体保护流道，中间层为金属焊料粉末供给通道，中心为电焊头。工作时，中间层金属粉末喷出到中心电焊头正下方，电焊机正负极分别连接电焊头和金属成型平台。电焊机通电使焊头和金属成型平台成为正负两极，两者之间短路生成电火花，迅速熔化金属粉末后立刻冷却固化成型。外层喷出CO2气体保护使焊接热量集中，提高焊接速度。
本发明一种金属3D打印快速成型设备的供料单元包括金属焊料粉末腔、供料气泵、聚四氟乙烯进料管。金属焊料粉末作为耗材放置在金属焊料粉末腔中，用供料气泵通过聚四氟乙烯进料管将金属粉末送入喷头中间层中。
本发明一种金属3D打印快速成型设备的气体保护单元包括CO2气罐、导气管、气泵。CO2气罐、气泵与喷头外层利用导气管连接。气泵将CO2气体从气罐中导出并输送到喷头外层喷出。电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池小，热影响区窄。
本发明一种金属3D打印快速成型设备的尾气回收单元包括密闭机箱、空气过滤网、集气气泵和集气管道。在金属焊料粉末焊接过程中会产生大量带有粉尘的烟雾和有毒气体，将整个机体安装于密闭机箱内，避免有毒气体散入周围环境中，影响工作人员健康。利用集气气泵通过集气管道回收有毒气体，使其通过空气过滤网降解有毒物质并过滤烟雾中的颗粒物。
本发明一种金属3D打印快速成型设备运用堆焊技术用电焊机将金属粉末按照规定线路熔化并固化成型堆叠成为三维实体模型，本发明意在避免使用传统金属快速成型技术必要的大功率激光发生器和复杂的供料装置，大大降低了金属3D打印机的制作成本，有利于将金属3D打印技术进一步推向实际应用阶段。
附图说明
图1是本发明一种金属3D打印快速成型设备的平面图。
图2是本发明一种金属3D打印快速成型设备的喷头结构示意图。
图中：1-金属焊料粉末腔；2-聚四氟乙烯进料管；3-供料气泵；4-喷头；5-电焊头；6-三维运动装置；7-金属成型平台；8-电线；9-电焊机；10-集气管道；11-集气气泵；12-空气过滤网；13-密闭机箱；14-CO2气罐；15-供气气泵；16-导气管；17-CO2保护气流道；18-金属焊料粉末出料口。
具体实施方式
本发明提供了一种金属3D打印快速成型设备，如图1所示，由成型单元、供料单元、气体保护单元和尾气回收单元构成。其中成型单元包括三维运动装置6、喷头4、电焊机9、电线8、电焊头5和金属成型平台7,其中喷头4前端为电焊头5，在喷头4内设有CO2保护气流道17和金属焊料粉末的通道，金属焊料粉末的通道的出口即为金属焊料粉末出料口18，CO2保护气流道17和金属焊料粉末出料口18是围绕电焊头5的圆环通道；其中供料单元包括金属焊料粉末腔1、供料气泵3、聚四氟乙烯进料管2；其中气体保护单元包括CO2气罐14、导气管16和供气气泵15；尾气回收单元包括密闭机箱13、空气过滤网12、集气泵11和集气管道10。
本发明一种金属3D打印快速成型设备的工作过程是通过安装在计算机上的切片软件将三维模型转换为二维喷头运动轨迹。喷头4固定在三维运动装置6上，喷头按照切片软件生成的轨迹运动。喷头4结构从内到外分为三层，如图2所示，外层为CO2气体保护流道17，中间层为金属焊料粉末出料口18，中心为电焊头5。工作时，金属焊料粉末用供料气泵3通过聚四氟乙烯进料管2送入喷头中间层。中间层金属粉末喷出到中心电焊头5正下方，电焊机9正负极分别通过电线8连接电焊头5和金属成形平台7。电焊机9通电使焊头5和金属成型平台7成为正负两极，二者之间短路生成电火花，迅速熔化金属粉末后立刻冷却固化成型。CO2气罐14、气泵15与喷头外层利用导气管16连接。气泵15将CO2气体从气罐14中导出并输送到喷头外层喷出。机体安装于密闭机箱13内，利用集气泵11通过集气管道10回收有毒气体，使其通过空气过滤网12降解有毒物质并过滤烟雾中的颗粒物。
Claims (3)
1.一种金属3D打印快速成型设备，其特征在于：由成型单元、供料单元、气体保护装置和尾气回收单元构成；所述的成型单元包括三维运动装置、喷头、电焊机、电线和金属成型平台，喷头前端为电焊头，在喷头内设有CO2保护气流道和金属焊料粉末的通道；电焊机正负极分别连接电焊头和金属成型平台；所述的供料单元是金属焊料粉末腔、供料气泵和聚四氟乙烯进料管，金属焊料粉末经供料气泵由聚四氟乙烯进料管输入到喷头的金属焊料粉末的通道；所述的气体保护装置包括CO2气罐、导气管和供气气泵，供气气泵将CO2由导气管输入到喷头的CO2保护气流道；尾气回收单元包括密闭机体、空气过滤网、集气气泵和集气管道，三维运动装置、喷头和金属成型平台位于密闭机体内。
2.根据权利要求1所述的一种金属3D打印快速成型设备，其特征在于：喷头固定在三维运动装置上，通过计算机上的切片软件将预成型制品从三维模型转换为二维喷头运动轨迹，安装在三维运动装置上的喷头按照切片软件生成的轨迹运动。
3.根据权利要求1所述的一种金属3D打印快速成型设备，其特征在于：喷头结构从内到外分为三层，外层为CO2气体保护流道，中间层为金属焊料粉末供给通道，中心为电焊头。
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