一種電燒結(jié)金屬材料3d打印裝置的制造方法
【專利摘要】一種電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，所述3D打印裝置包括：送粉系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及CAM控制系統(tǒng)，送粉系統(tǒng)和成形系統(tǒng)設(shè)置于所述真空系統(tǒng)內(nèi)，所述電源系統(tǒng)與所述成形系統(tǒng)連接，所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)與所述真空系統(tǒng)連接，所述CAM控制系統(tǒng)與所述送粉系統(tǒng)連接。上電極板可以對粉末材料施加壓力并釋放高頻脈沖電流實(shí)現(xiàn)3D打印過程中一層金屬粉末的燒結(jié)；通過現(xiàn)有自動(dòng)化控制軟件及裝置逐層累加，實(shí)現(xiàn)金屬零件的3D打印成形。還可實(shí)現(xiàn)多通道送粉，多工位同步逐層布料及樣品制備。此新型金屬3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，成形精度高，設(shè)備投資少，可避免粉體的污染，能夠提高材料利用率，真正意義上做到了綠色環(huán)保、快速高效的增材制造。
【專利說明】
一種電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬材料增材制造技術(shù)，具體為一種電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，是一種高精度金屬零件的快速成形新方法和新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)4.0概念及中國制造2025計(jì)劃的提出，3D打印這一新型技術(shù)逐漸走入人們的視野。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。目前3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)迅速擴(kuò)展到醫(yī)療、電子、航空航天、汽車制造等行業(yè)以及創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)甚至消費(fèi)領(lǐng)域，其優(yōu)勢在于能夠以較低的成本和較高的效率生產(chǎn)小批量、個(gè)性化定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的成形。
[0003]現(xiàn)有金屬3D打印設(shè)備的主要技術(shù)特點(diǎn)是粉床高能束選區(qū)燒結(jié)，即在粉床上鋪設(shè)一層金屬粉末，然后采用精密聚焦的激光束或電子束等高能束在事先設(shè)定好的路徑上進(jìn)行選擇性掃描燒結(jié)，通過重復(fù)的逐層鋪粉、逐層選擇性燒結(jié)，最終實(shí)現(xiàn)零件成形。存在溫度梯度較大和熱應(yīng)力容易導(dǎo)致變性、開裂等成形困難問題以及金屬粉末用量大、設(shè)備昂貴等成本問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有金屬3D打印技術(shù)的不足，提出一種有利于金屬粉末成形、設(shè)備相對經(jīng)濟(jì)并且可以打印出高精度或者復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的裝置，它同時(shí)具有使用安全可靠，節(jié)約材料資源且綠色無公害等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，所述3D打印裝置包括:送粉系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及CAM控制系統(tǒng)，所述送粉系統(tǒng)和成形系統(tǒng)設(shè)置于所述真空系統(tǒng)內(nèi)，所述電源系統(tǒng)與所述成形系統(tǒng)連接，所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)與所述真空系統(tǒng)連接，所述CAM控制系統(tǒng)與所述送粉系統(tǒng)連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述送粉系統(tǒng)包括:送粉導(dǎo)管、機(jī)械臂和送粉槍，所述送粉導(dǎo)管與所述送粉槍連接，所述送粉槍設(shè)置于所述機(jī)械臂上。
[0008]進(jìn)一步的，所述送粉槍為雙噴嘴結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步的，所述成形系統(tǒng)包括:壓力導(dǎo)柱、上電極板、成形室、支撐粉體和下電極板，所述成形室內(nèi)設(shè)置所述下電極板作為底部支撐，所述支撐粉體設(shè)置于所述成形室內(nèi)，并形成成形工具的型腔，所述上電極板的上端、下電極板的下端均設(shè)有壓力導(dǎo)柱。
[0010]進(jìn)一步的，所述電源系統(tǒng)包括一直流脈沖電源，所述直流脈沖電源分別連接所述上電極板和下電極板。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于:采用了選擇性送粉和電燒結(jié)的打印方法，可實(shí)現(xiàn)多層金屬結(jié)構(gòu)的零件制造;沒有了鋪粉滾輪或者鋪粉刷結(jié)構(gòu)，代之以機(jī)械臂送粉器，有效防止了周邊金屬粉末的污染，提高了金屬粉的利用率;在成形過程中通過上電極板的壓粉作用，可以得到精度更高、質(zhì)量更好的金屬3D打印零件;可實(shí)現(xiàn)多通道、多工位同步逐層布料，高通量制備塊體金屬材料;另外，傳統(tǒng)的金屬3D打印普遍都需要一臺(tái)高質(zhì)量的激光器，目前基本依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，給3D打印民用化進(jìn)程造成了阻礙。本實(shí)用新型的制作成本相比傳統(tǒng)3D打印機(jī)大大降低，對3D打印技術(shù)的推廣普及具有重要意義。
【附圖說明】
[0012]附圖1是本實(shí)用新型電燒結(jié)金屬3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中，I一一壓力導(dǎo)柱，2—一上電極板，3—一送粉導(dǎo)管，4一一機(jī)械臂，5—一送粉槍，6—一成形工件，7—一成形室，8—一支撐粉體，9一一下電極板，10—一真空系統(tǒng)，11一一直流脈沖電源。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0015]相反，本實(shí)用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實(shí)用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對本實(shí)用新型有更好的了解，在下文對本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。
[0016]如圖1所示，一種電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，所述3D打印裝置包括:送粉系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及CAM控制系統(tǒng)，所述送粉系統(tǒng)和成形系統(tǒng)設(shè)置于所述真空系統(tǒng)內(nèi)，所述電源系統(tǒng)與所述成形系統(tǒng)連接，所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)與所述真空系統(tǒng)連接，用于冷卻真空系統(tǒng)，所述CAM控制系統(tǒng)與所述送粉系統(tǒng)連接，控制送粉系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，所述真空系統(tǒng)采用已有裝置，分為機(jī)械栗和真空栗兩部分，由循環(huán)水冷卻，以減少燒結(jié)過程當(dāng)中電極材料燒損以及打印過程中打印材料的氧化等影響。
[0017]所述送粉系統(tǒng)包括:送粉導(dǎo)管3、機(jī)械臂4和送粉槍5，所述送粉導(dǎo)管3與所述送粉槍5連接，所述送粉槍設(shè)置于所述機(jī)械臂4上，所述送粉槍5為雙噴嘴結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)送出成形用金屬粉末以及不導(dǎo)電陶瓷粉末并采用市面已有機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)。
[0018]所述成形系統(tǒng)包括:壓力導(dǎo)柱1、上電極板2、成形室7、支撐粉體8和下電極板9，所述成形室7內(nèi)設(shè)置所述下電極板9作為底部支撐，所述支撐粉體8設(shè)置于所述成形室7內(nèi)，并形成成形工具6的型腔，所述上電極板2的上端、下電極板9的下端均設(shè)有壓力導(dǎo)柱I，所述壓力導(dǎo)柱I可對上、下電極板施加壓力，所述上、下電極板采用低表面能導(dǎo)電石墨材料制造，可承受一定高溫和壓力，成形室外壁采用絕緣耐熱的橡膠材料，在壓力作用下使不導(dǎo)電粉體在四周利用自重落出，實(shí)現(xiàn)中間成形金屬粉末的部分體積補(bǔ)償。
[0019]所述電源系統(tǒng)包括一直流脈沖電源11，所述直流脈沖電源11分別連接所述上電極板2和下電極板9，采用直流脈沖電流對粉末進(jìn)行快速成型。
[0020]在本實(shí)用新型的整個(gè)過程中，三維模型由CAD制圖軟件制作并且做切片處理，送粉機(jī)械臂由計(jì)算機(jī)自動(dòng)化軟件控制，送粉槍需要雙噴嘴并且也由計(jì)算機(jī)控制不同粉體的分別送出。但對粉體的流動(dòng)性有一定要求，以方便在送粉槍中由于重力作用順利送出。
[0021]本實(shí)用新型采用預(yù)設(shè)路徑的逐層選擇性鋪粉方式鋪設(shè)金屬粉末，金屬粉末周圍較小區(qū)域采用上述鋪粉方式填充不導(dǎo)電的陶瓷粉末；引入帶有金屬壓下電極板的電燒結(jié)方法對所鋪設(shè)金屬粉末進(jìn)行逐層一次性加壓固化燒結(jié)，最終實(shí)現(xiàn)金屬零件的整體成形。意在克服現(xiàn)有3D打印技術(shù)中因較大溫度梯度和熱應(yīng)力導(dǎo)致的變性、開裂等成形困難問題以及金屬粉末用量大、設(shè)備昂貴等成本問題。還可實(shí)現(xiàn)多通道送粉，多工位同步逐層布料及樣品制備。另外，新的成形方式鋪粉靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)目前金屬3D打印較難做到的“三明治”金屬結(jié)構(gòu)，甚至更加復(fù)雜的多層金屬結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，其特征在于，所述3D打印裝置包括:送粉系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及CAM控制系統(tǒng)，所述送粉系統(tǒng)和成形系統(tǒng)設(shè)置于所述真空系統(tǒng)內(nèi)，所述電源系統(tǒng)與所述成形系統(tǒng)連接，所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)與所述真空系統(tǒng)連接，所述CAM控制系統(tǒng)與所述送粉系統(tǒng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，其特征在于，所述送粉系統(tǒng)包括:送粉導(dǎo)管(3)、機(jī)械臂(4)和送粉槍(5)，所述送粉導(dǎo)管(3)與所述送粉槍(5)連接，所述送粉槍(5)設(shè)置于所述機(jī)械臂(4)上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，其特征在于，所述送粉槍(5)為雙噴嘴結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，其特征在于，所述成形系統(tǒng)包括:壓力導(dǎo)柱(I)、上電極板(2)、成形室(7)、支撐粉體(8)和下電極板(9)，所述成形室(7)內(nèi)設(shè)置所述下電極板(9)作為底部支撐，所述支撐粉體(8)設(shè)置于所述成形室(7)內(nèi)，并形成成形工具的型腔，所述上電極板(2)的上端、下電極板(9)的下端均設(shè)有壓力導(dǎo)柱(I)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電燒結(jié)金屬材料3D打印裝置，其特征在于，所述電源系統(tǒng)包括一直流脈沖電源(11)，所述直流脈沖電源分別連接所述上電極板(2)和下電極板(9)。
【文檔編號】B22F3/105GK205464328SQ201620229168
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】李景昊, 周香林
【申請人】北京科技大學(xué)