3d打印設(shè)備及其復(fù)合噴頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印設(shè)備，更具體地，涉及用金屬料楽3D打印型還制備金屬零部件的設(shè)備及直接用于3D打印成型復(fù)雜形狀陶瓷型坯的3D打印設(shè)備，屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域及粉末成型領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是直接從數(shù)字模型通過材料堆積來生產(chǎn)三維實體的技術(shù)，從理論上來說，任何形狀的三維物體都能被分層切片成二維片層結(jié)構(gòu)，3D打印技術(shù)被認(rèn)為在任意復(fù)雜形狀金屬零部件的直接成形上有極大的潛力。
[0003]對眾多粉末冶金工作者而言，一直期望能夠采取與陶瓷生產(chǎn)工藝類似的方法來制備金屬零部件，即把金屬粉末配制成金屬料漿，堆積或堆塑成三維立體的型坯，經(jīng)燒結(jié)后制得金屬零部件。近年來3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，因此我們提出將料漿澆注技術(shù)和3D打印技術(shù)結(jié)合起來，利用金屬料漿的流動性、可固化性和3D打印技術(shù)成型任意復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的能力，一體化、近凈成型金屬零部件坯體，進(jìn)而制備復(fù)雜形狀的金屬零部件。但在研究過程中發(fā)現(xiàn)，實施該技術(shù)時存在一些難點，在實質(zhì)上可將這些難點歸為兩大關(guān)鍵問題:
[0004](I)制備性能適用于3D快速打印的金屬料漿，其技術(shù)要求包括:i )金屬粉末與其他組分能很好的相容(包括物理相容和化學(xué)相容)，金屬粉末顆粒均勻穩(wěn)定地分散，不易沉淀；ii )流動性良好，粘度值小于IPa.S，易于通過管道輸送；iii)固化反應(yīng)可控制，要求金屬料漿固化時間小于3秒，以解決打印過程中的固化問題。
[0005](2)從設(shè)備上要解決金屬料漿儲存及定向定量快速輸送、按截面形狀定量噴射金屬料漿等數(shù)字化控制問題和打印過程中控制金屬料漿固化的問題。
[0006]對于制備性能合格金屬料漿的問題，料漿澆注技術(shù)針對大多數(shù)金屬粉末和陶瓷粉末均已開發(fā)出成熟的料漿體系，通過添加分散劑和采取特殊的分散手段，可控制金屬料漿中金屬粉末固相含量高于55%，粘度值低于IPa.S，可以說以往研發(fā)的有關(guān)金屬料漿的性能和特性已經(jīng)滿足3D快速打印的要求。但這些料漿并不能直接用于現(xiàn)有3D打印機上，需要對現(xiàn)有3D打印機進(jìn)行設(shè)計和改造。
[0007]上述兩個關(guān)鍵問題是不可分割的，在我們前期有關(guān)金屬料漿的大量研究成果基礎(chǔ)上，通過本發(fā)明在設(shè)備功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計和實際裝備試驗后，完成了本發(fā)明的設(shè)備研究。
[0008]檢索近30年文獻(xiàn)，尚未檢索到通過3D打印金屬料漿來成型金屬零部件坯體的3D打印設(shè)備專利及其相關(guān)報導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于提供一種新型3D打印設(shè)備，其通過使用金屬料漿，并借助復(fù)合噴頭，以化學(xué)引發(fā)或熱引發(fā)的方式快速引發(fā)金屬料漿固化，從而獲得金屬零部件坯體。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種3D打印設(shè)備，所述設(shè)備包括:3D打印機主體，具有打印室和位于所述打印室內(nèi)的打印平臺；
[0011]料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100，用于儲存金屬料漿，并能在氣體壓力下供應(yīng)所述金屬料漿；
[0012]料漿3D打印復(fù)合噴頭200，其與所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100連通，將輸送來的金屬料漿噴射到所述打印平臺上；
[0013]化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31，其與所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200連通，用于儲存化學(xué)固化劑，并能將所述化學(xué)固化劑經(jīng)所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200噴入所述金屬料漿中，使噴出的金屬料漿固化；
[0014]熱引發(fā)系統(tǒng)32，用于加熱噴出的金屬料漿以固化。
[0015]優(yōu)選地，所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200包含主料漿噴口 21和環(huán)繞所述主料漿噴口 21設(shè)置的多個化學(xué)固化劑噴孔22 ;所述主料漿噴口 21連通所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100，所述化學(xué)固化劑噴孔22連通所述化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31。
[0016]優(yōu)選地，所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100包括料漿壓力儲存箱11、料漿流量控制裝置12和料漿輸送管13 ;所述料漿壓力儲存箱11安裝有壓力表111和一高壓氣體引入管112，以控制引入的高壓氣體對金屬料漿施加預(yù)定壓力；所述料漿輸送管13與所述復(fù)合噴頭200的主料漿噴口 21相連通。
[0017]優(yōu)選地，所述料漿流量控制裝置12具有流量控制閥，設(shè)置在所述料漿壓力儲存箱11與所述料漿輸送管13之間，或設(shè)置在所述料漿輸送管13與所述復(fù)合噴頭200之間，或設(shè)置在所述料漿輸送管13上。
[0018]優(yōu)選地，所述化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31包括化學(xué)固化劑壓力儲存箱、化學(xué)固化劑流量控制裝置和化學(xué)固化劑輸送管；所述化學(xué)固化劑壓力儲存箱安裝有壓力表和高壓氣體引入管，以控制引入的高壓氣體對化學(xué)固化劑施加預(yù)定壓力；所述化學(xué)固化劑輸送管與所述復(fù)合噴頭200的化學(xué)固化劑噴孔22相連通。
[0019]優(yōu)選地，所述化學(xué)固化劑流量控制裝置具有流量控制閥，設(shè)置在所述化學(xué)固化劑壓力儲存箱與所述化學(xué)固化劑輸送管之間，或設(shè)置在所述化學(xué)固化劑輸送管與所述復(fù)合噴頭200之間，或設(shè)置在所述化學(xué)固化劑輸送管上。
[0020]優(yōu)選地，所述熱引發(fā)系統(tǒng)32環(huán)繞著所述打印室設(shè)置，所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200的主料漿噴口 21的外圍設(shè)有循環(huán)冷卻裝置321 ;或者，所述熱引發(fā)系統(tǒng)32環(huán)繞設(shè)置在所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200的外圍，所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200的主料漿噴口 21的外圍設(shè)有循環(huán)冷卻裝置321。
[0021]優(yōu)選地，所述設(shè)備包括多個所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100，每個所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100獨立儲存和輸送一種金屬料漿。
[0022]優(yōu)選地，所述3D打印設(shè)備還包括控制系統(tǒng)，用于控制選擇啟動所述化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31對金屬料漿進(jìn)行化學(xué)引發(fā)固化或選擇啟動所述熱引發(fā)系統(tǒng)32對金屬料漿進(jìn)行熱引發(fā)固化。
[0023]本發(fā)明還提供一種3D打印設(shè)備的復(fù)合噴頭，所述3D打印設(shè)備包括料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100和化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31，其特征在于，所述復(fù)合噴頭包括:主料漿噴口 21和環(huán)繞所述主料漿噴口 21設(shè)置的多個化學(xué)固化劑噴孔22 ;所述主料漿噴口 21連通所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100，所述化學(xué)固化劑噴孔22連通所述化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31。
[0024]優(yōu)選地，所述主料漿噴口 21的外圍設(shè)有循環(huán)冷卻裝置321。
[0025]本發(fā)明還提供一種3D打印設(shè)備，所述設(shè)備包括:3D打印機主體，具有打印室和位于所述打印室內(nèi)的打印平臺；料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100，用于儲存金屬料漿，并能在氣體壓力下供應(yīng)所述金屬料漿；料漿3D打印復(fù)合噴頭200，其與所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100連通，將輸送來的金屬料漿噴射到所述打印平臺上；化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31，其與所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200連通，用于儲存化學(xué)固化劑，并能將所述化學(xué)固化劑經(jīng)所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200噴入所述金屬料漿中，使噴出的金屬料漿固化。
[0026]優(yōu)選地，所述料漿3D打印復(fù)合噴頭200包含主料漿噴口 21和環(huán)繞所述主料漿噴口 21設(shè)置的多個化學(xué)固化劑噴孔22 ;所述主料漿噴口 21連通所述料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100，所述化學(xué)固化劑噴孔22連通所述化學(xué)固化劑壓力儲存與定量供料系統(tǒng)31。
[0027]綜上，本發(fā)明提供了一種3D打印設(shè)備，其適用于用金屬料漿3D打印型坯制備金屬零部件。該設(shè)備以低粘度、高固相含量的金屬料漿作為打印的“墨水”，按照金屬零部件三維模型的分層截面形狀，層層噴射金屬料漿并使其快速固化，成形金屬零部件型坯，本發(fā)明是在現(xiàn)有3D打印主機基礎(chǔ)上增設(shè)了料漿壓力儲存與定量供料系統(tǒng)100、料漿3D打印復(fù)合噴頭200和特殊的兩種固化系統(tǒng)300。
[0028]本發(fā)明的設(shè)備工作原理是:將使用的金屬料漿事先存放在料漿壓力儲存箱11內(nèi)，在3D打印過程中，金屬料漿在氣體壓力下經(jīng)料漿輸送管13送到料漿3D打印復(fù)合噴頭200的主料漿噴口 21處，并被噴射到打印平臺上，與此同時，控制定量的化學(xué)固化劑經(jīng)料漿3D打印復(fù)合噴頭200的化學(xué)固化劑噴孔22噴入金屬料漿中或采用熱引發(fā)系統(tǒng)32將噴出的金屬料漿加熱至固化溫度，完成金屬料漿的微區(qū)打印擠出及同時微區(qū)迅速固化過程，在3D打印機主機對噴頭的全程操控下，完成由金屬料漿經(jīng)3D打印獲得所需復(fù)雜形狀金屬料漿固化型坯的過程，再經(jīng)干燥、脫脂和燒結(jié)，