CN107199338A - 一种3d打印喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印喷头,其特征在于:包括超声换能器、超声变幅杆、超声焊杆,所述超声换能器与超声变幅杆相连,所述超声焊杆与超声变幅杆相连,在超声焊杆上设有用于输送打印材料的通孔,所述通孔延伸至超声焊杆的端部,还配置有将打印材料加热至熔融状态的熔融装置。本发明通过超声波换能器和超声变幅杆产生和放大超声波振动,超声焊杆底部直接与熔融态材料接触,将超声振动传递到熔融态材料中,打印金属材料在真空或保护气氛中打印时,熔融态金属与已打印工件接触,上层金属和下层金属连接,在超声震动的环境下,细化组织晶粒,减少了气孔、裂纹、未熔合等缺陷,改善了组织性能,提高了层与层之间的结合强度,进一步提高了打印质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种打印喷头,尤其涉及一种3D打印喷头。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术在工业、医疗等领域有广泛的应用,目前,钛合金大型主承力关键构件已通过3D打印技术制造出来,医学上3D打印技术已打印出毛细血管、脊柱等并在临床上得到应用。常用的3D打印技术包括塑料3D打印和金属材料3D打印,熔融沉积成形(FDM)技术的工作原理是热塑性丝状材料由供丝机构送至热喷头,并在喷头中加热和熔化成半液态后挤压出,并喷涂在相应的工作平台上。喷涂热塑性材料快速冷却后在平台上形成一层厚度约0.1mm的轮廓薄片,形成了一个3D打印截面。将这个作业过程不断循环,承载工作台高度随之不断降低,一层层的熔覆3D打印截面形成多层堆叠,最终获得所需的三维实物。金属激光熔融沉积成形技术(LDMD)以激光束为热源,通过自动送粉或送丝装置将金属粉末或丝材同步、精确的送入激光在成形表面上所形成熔池中。随着激光斑点的移动,金属材料不断地送入熔池中熔化然后凝固,最终得到所需要的形状。
然而工业应用对3D打印金属零件质量要求较高,采用激光、电子束为热源的3D打印金属构件,是将金属粉末或金属丝熔融后按设定的路径一层层堆焊叠加,最终形成目标零件,其本质是焊接,所以3D打印金属零件内部必然存在气孔、裂纹、夹杂、未熔合等焊接缺陷,同时金属零件存在组织晶粒粗大,层与层之间结合不牢,打印出来的产品机械强度不高等缺点。同时传统的金属材料3D打印过程无法在大气环境下进行,在打印过程中熔融态金属极易被空气中的氧气氧化,在金属表面快速形成一层极薄的氧化膜阻碍上层金属与下层金属之间的有效连接,因此必须在真空环境或保护气氛环境下进行,大大增加了设备的成本和操作难度。
超声波在液相中传播时会形成空化效应,能为液相反应提供特殊的物理化学环境,在材料结晶过程中作用超声波可以细化晶粒,调整组织结构,增强组织性能,同时,在钎焊过程中加载超声波,空化效应形成的空化气泡还可以击碎材料表面的氧化膜,促进焊接过程发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种提高层与层之间的结合强度的3D打印喷头。。
本发明所采用的技术方案为:一种3D打印喷头,其特征在于:包括超声换能器、超声变幅杆、超声焊杆,所述超声换能器与超声变幅杆相连,所述超声焊杆与超声变幅杆相连,在超声焊杆上设有用于输送打印材料的通孔,所述通孔延伸至超声焊杆的端部,还配置有将打印材料加热至熔融状态的熔融装置。
按上述技术方案,所述熔融装置为加热装置,其安设在超声焊杆的下端,在超声焊杆上设置有熔核腔,所述熔核腔与通孔相连通。
按上述技术方案,所述熔融装置为激光加热发射器,所述激光加热发射器用于将从超声焊杆通孔端部出来的打印材料加热至熔融状态。
按上述技术方案,所述通孔的上端为弯折孔,其上端的入口设在超声焊杆的一侧。
按上述技术方案,还配置有材料输送装置,用于输送打印材料至通孔内。
按上述技术方案,所述材料输送装置为送丝器。
按上述技术方案,所述打印材料为为金属材料或高分子材料。
按上述技术方案,所述加热装置为环形的电阻加热器。
本发明的工作原理:打印材料通过材料输送装置送入超声焊杆的通孔中,打印材料到达通孔底部的加热区时,经加热装置加热至熔融状态形成熔核,超声波发生器将超声振动传递到超声焊杆中,熔融材料在通孔底部流出与已打印工件表面接触,超声焊杆将超声振动传递到熔融态打印材料中,在超声波的作用下,上层打印材料与下层打印材料连接到一起,3D打印机程序运行完毕时完成整个工件的打印。
本发明所取得的有益效果为:本发明通过超声波换能器和超声变幅杆产生和放大超声波振动,超声焊杆底部直接与熔融态材料接触,将超声振动传递到熔融态材料中,打印金属材料在真空或保护气氛中打印时,熔融态金属与已打印工件接触,上层金属和下层金属连接,在超声震动的环境下,细化组织晶粒,减少了气孔、裂纹、未熔合等缺陷,改善了组织性能,提高了层与层之间的结合强度,进一步提高了打印质量。
附图说明
图1为本发明提供的实施例一的结构图。
图2为图1中加热装置与超声焊杆的横截面示意图。
图3为本发明提供的实施例二的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
如图1所示,本实施例提供了一种3D打印喷头,包括超声换能器1、超声变幅杆2、超声焊杆3,所述超声换能器1与超声变幅杆2通过螺栓相连,所述超声焊杆3与超声变幅杆2相连,在超声焊杆3上设有用于输送打印材料的通孔8,所述通孔8的上端为向上弯折型孔,其上端的入口设在超声焊杆3的一侧;所述通孔的下端延伸至超声焊杆3的端部,还配置有将打印材料加热至熔融状态的熔融装置。如图2所示,本实施例中,所述熔融装置为加热装置4,所述加热装置4为环形的电阻加热器,其安设在超声焊杆3的下端,在超声焊杆上设置有熔核腔13,所述熔核腔与通孔8相连通。所述打印材料通过材料输送装置输送至通孔内,所述打印材料形状为丝状,则材料输送装置可以为送丝器。本实施例中的所述打印材料为金属材料或高分子材料。
本发明的工作环境可以是大气环境、保护气氛环境或真空环境,具体工作环境由材料性质和设计要求决定。金属材料在大气环境中打印时,高温下的已打印工件表面直接与空气接触,工件表面形成了一层极薄的氧化膜阻碍了熔融态金属在已打印工件表面的润湿和铺展,超声变幅杆将超声振动传递到熔融态金属材料中,通过超声波的空化效应除去已打印金属表面的氧化膜,并促进润湿,上层金属与下层金属形成有效的冶金结合,同时细化组织晶粒,减少组织缺陷,改善了组织性能。高分子材料在大气环境下打印时,在超声波的作用下,层与层之间的高分子层结合强度增加。
具体实例:
打印材料9为直径1mm的纯锡丝状材料,大气环境下,材料输送装置10为送丝器,通孔8的直径为1.1mm,将纯锡丝的一端***材料输送装置9中,材料输送装置9将纯锡丝送入通孔8中,在超声焊杆3的通孔8中加热至熔融状态后挤出,并喷涂在工作平台6上,同时,超声焊杆3将超声振动传递到熔融态金属中,在超声振动的环境下已打印金属表面的氧化膜被去除,熔融态金属与已打印金属表面冶金结合,熔融态金属材料快速冷却后在平台或已打印工件上形成一层轮廓薄片,形成了一个3D打印截面。将这个作业过程不断循环,一层层的熔覆3D打印截面形成多层堆叠,最终获得由纯锡构成的3D打印产品。
实施例二:
如图3所示,本实施例与实施例一的结构基本相同,不同点在于:熔融装置的不同,本实施例中的熔融装置为激光加热发射器11,其发射的激光12的加热焦点在打印材料与工件接触的位置。
具体实例:
打印材料9为直径2mm的ABS丝状材料,大气环境下,材料输送装置10为送丝器,通孔8的直径为2.2mm,将ABS丝状材料的一端***材料输送装置10中,材料输送装置10将ABS丝送入超声变焊杆3的通孔8中,打印材料到达通孔底部伸出,在激光12的照射下形成熔融状态与工件接触,同时超声焊杆3与熔融态打印材料接触,将超声振动传递到熔融态打印材料中,在超声波的作用下上层打印材料和下层打印材料形成有效连接,熔融态ABS材料快速冷却后在平台或已打印工件上形成一层轮廓薄片,形成了一个3D打印截面。将这个作业过程不断循环,一层层的熔覆3D打印截面形成多层堆叠,最终获得由ABS构成的3D打印产品。
Claims (8)
1.一种3D打印喷头,其特征在于:包括超声换能器、超声变幅杆、超声焊杆,所述超声换能器与超声变幅杆相连,所述超声焊杆与超声变幅杆相连,在超声焊杆上设有用于输送打印材料的通孔,所述通孔延伸至超声焊杆的端部,还配置有将打印材料加热至熔融状态的熔融装置。
2.根据权利要求1所述的3D打印喷头,其特征在于:所述熔融装置为加热装置,其安设在超声焊杆的下端,在超声焊杆上设置有熔核腔,所述熔核腔与通孔相连通。
3.根据权利要求1所述的3D打印喷头,其特征在于:所述熔融装置为激光加热发射器,所述激光加热发射器用于将从超声焊杆通孔端部出来的打印材料加热至熔融状态。
4.根据权利要求2或3所述的3D打印喷头,其特征在于:所述通孔的上端为弯折孔,其上端的入口设在超声焊杆的一侧。
5.根据权利要求4所述的3D打印喷头,其特征在于:还配置有材料输送装置,用于输送打印材料至通孔内。
6.根据权利要求1或2所述的3D打印喷头,其特征在于:所述材料输送装置为送丝器。
7.根据权利要求1或2所述的3D打印喷头,其特征在于:所述打印材料为金属材料或高分子材料。
8.根据权利要求2所述的3D打印喷头,其特征在于:所述加热装置为环形的电阻加热器。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170926 |