一種金屬3d打印機(jī)噴頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種金屬3D打印機(jī)噴頭。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是通過CAD設(shè)計數(shù)據(jù)，采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)，是一種自下而上的材料累加制造方法。常用于模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域的原型或模型制造。零件直接打印成形已成為快速制造領(lǐng)域的重要方法，而金屬零件直接3D打印技術(shù)是其中最重要的發(fā)展方向。
[0003]現(xiàn)有成熟的金屬3D打印技術(shù)主要有激光選區(qū)燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)、選區(qū)激光恪化(Selective Laser Melting，SLM)、激光近凈成形(Laser EngineeringNet Shaping，LENS)和電子束選區(qū)恪化技術(shù)(Electron Beam Selective Melting，EBSM)等，雖然國內(nèi)外在相關(guān)技術(shù)研宄及設(shè)備開發(fā)方面取得了較多的成果，但仍然存在成形效率低下、技術(shù)及設(shè)備成本高、可加工材料有限等問題，目前僅航空航天及軍工領(lǐng)域有部分應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)及設(shè)備的規(guī)?；瘧?yīng)用亟待解決。
[0004]基于金屬噴射沉積技術(shù)和3D打印方法的金屬噴射沉積3D打印方法，直接將金屬材料通過送料機(jī)構(gòu)在噴嘴中進(jìn)行熔化并噴射沉積到成形底板上，通過逐層累加成形金屬零件?？蓪?shí)現(xiàn)高效、低成本的金屬件直接打印。其中打印機(jī)噴頭是核心部件。目前金屬件3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)，由于噴嘴結(jié)構(gòu)材料單一，加熱端的熱量會快速傳遞到送料端，導(dǎo)致送料端的溫度較高，金屬絲材在送料端中過早軟化堆積，送絲無法連續(xù)進(jìn)行，影響成形效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對金屬絲材在送料端中過早軟化堆積，送絲無法連續(xù)進(jìn)行的問題，提供一種金屬3D打印機(jī)噴頭。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種金屬3D打印機(jī)噴頭，包括內(nèi)芯和包覆套，包覆套套設(shè)于內(nèi)芯外部。
[0007]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯由內(nèi)芯I段、內(nèi)芯II段和負(fù)載塊構(gòu)成，包覆套由包覆套I段、包覆套II段、冷卻裝置和加熱裝置構(gòu)成。
[0008]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯II段位于內(nèi)芯I段的下端。
[0009]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯I段材質(zhì)導(dǎo)熱性高于內(nèi)芯II段材質(zhì)，可以有效的將加熱裝置產(chǎn)生的熱量和傳導(dǎo)到內(nèi)芯II段的熱量通過冷卻裝置散播出去。
[0010]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯II段材質(zhì)與金屬浸潤性較差，可以防止熔融狀態(tài)的金屬液與內(nèi)芯II段發(fā)生粘連現(xiàn)象，避免噴嘴堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。
[0011]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯I段和內(nèi)芯II段的連接處采用坎合結(jié)構(gòu)進(jìn)行配合，可以保證內(nèi)芯I段和內(nèi)芯II段裝配時具有較高的同心度，保證金屬絲材順利通過。
[0012]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯II段外周嵌裝有負(fù)載塊，負(fù)載塊具有較高的導(dǎo)磁性且厚度和長度均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以根據(jù)被加熱的材料所需熱源，采用一個或多個負(fù)載塊組合的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0013]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯II段下部噴嘴金屬液輸出部位采用采用倒圓錐臺結(jié)構(gòu)，可以有效減少金屬液熱量散失，保證絲材噴出時溫降控制在一定范圍內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步地，所述內(nèi)芯II段噴嘴金屬液輸出部位上方設(shè)置有一個或多個氣氛保護(hù)通道，可有效減少噴出金屬液的氧化氣體進(jìn)入熔融液體，保證最終成形金屬件的質(zhì)量。
[0015]進(jìn)一步地，所述包覆套II段位于包覆套I段的下端。
[0016]進(jìn)一步地，所述包覆套I段內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，冷卻方式為循環(huán)冷卻，可以有效的將加熱裝置產(chǎn)生的熱量和傳導(dǎo)到內(nèi)芯II段的熱量快速散播出去，使金屬絲材保持物理狀態(tài)完整實(shí)現(xiàn)連續(xù)送絲。
[0017]進(jìn)一步地，所述包覆套II段內(nèi)部設(shè)置有加熱裝置，加熱裝置的加熱方式是電阻加熱或感應(yīng)加熱，可以將金屬絲材快速加熱至融融狀態(tài)。
[0018]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)能耗高、噴頭易堵塞、絲材擠出困難等技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中一種金屬3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1、金屬絲材，2、送絲機(jī)構(gòu)，3、包覆套I段，4、冷卻裝置，5、加熱裝置，6、包覆套II段，7、內(nèi)芯I段，8、負(fù)載塊，9、內(nèi)芯II段，10、氣氛保護(hù)通道。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，金屬絲材I在送絲機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動下將金屬絲材I擠入內(nèi)芯中心通孔內(nèi)部，依次經(jīng)過內(nèi)芯I段7、內(nèi)芯II段9。經(jīng)過內(nèi)芯I段7時因設(shè)置有冷卻裝置4可將金屬絲材I保持完整絲材形態(tài)。金屬絲材I繼續(xù)通過設(shè)置有加熱裝置5的內(nèi)芯II段9被迅速加熱至熔融態(tài)，通過未熔融金屬絲材I擠壓及重力作用使金屬絲材I通過內(nèi)芯底部的噴嘴噴出。
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1
所述內(nèi)芯I段7材料選用銅合金，有效的將加熱裝置5產(chǎn)生的熱量和傳導(dǎo)到內(nèi)芯II段9的熱量通過冷卻裝置4很好的散播出去，避免金屬絲材過早軟化；所述內(nèi)芯II段9材料選用石墨制成，石墨與金屬浸潤性差，可以防止熔融狀態(tài)的金屬液與內(nèi)芯II段9發(fā)生粘連現(xiàn)象，避免噴嘴堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。所述負(fù)載塊8選用具有高導(dǎo)磁性的金屬合金材料，可配合包覆套II段6內(nèi)部設(shè)置的加熱裝置5進(jìn)行加熱；所述加熱裝置5的加熱方式為感應(yīng)加熱。所述金屬絲材I材料選用鋅合金。
[0023]如圖1所示的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，金屬絲材I鋅合金在送絲機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動下首先被擠入內(nèi)芯中心通孔內(nèi)部，然后通過銅合金制成的內(nèi)芯I段7，繼續(xù)通過冷卻裝置4和內(nèi)芯II段9，金屬絲材I保持完整絲材形態(tài)，直至進(jìn)入到嵌裝有負(fù)載塊8的內(nèi)芯II段9，在內(nèi)芯II段9通過感應(yīng)加熱的加熱裝置5時被迅速加熱至熔融態(tài)，在由循環(huán)冷卻至未熔融固態(tài)金屬絲材I的擠壓及重力作用下將鋅合金金屬絲材I通過內(nèi)芯底部的噴嘴噴出。
[0024]實(shí)施例2
所述內(nèi)芯I段7材料選用不銹鋼，有效的將加熱裝置5產(chǎn)生的熱量和傳導(dǎo)到內(nèi)芯II段9的熱量通過冷卻裝置4很好的散播到空氣中，避免金屬絲材過早軟化；所述內(nèi)芯II段9材料選用玻璃制成，玻璃與金屬浸潤性差，可以防止恪融狀態(tài)的金屬液與內(nèi)芯II段9發(fā)生粘連現(xiàn)象，避免噴嘴堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。所述負(fù)載塊8選用具有高導(dǎo)磁性的金屬合金材料，可配合包覆套II段6內(nèi)部設(shè)置的加熱裝置5進(jìn)行加熱；所述加熱裝置5的加熱方式為電阻加熱。所述金屬絲材I材料選用鋁合金。
[0025]如圖1所示的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，金屬絲材I鋅合金在送絲機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動下首先被擠入內(nèi)芯中心通孔內(nèi)部，然后通過不銹鋼制成的內(nèi)芯I段7，繼續(xù)通過冷卻裝置4和內(nèi)芯II段9，金屬絲材I保持完整絲材形態(tài)，直至進(jìn)入到嵌裝有負(fù)載塊8的內(nèi)芯II段9，在內(nèi)芯II段9通過感應(yīng)加熱的加熱裝置5時被迅速加熱至熔融態(tài)，在經(jīng)循環(huán)冷卻至未熔融的固態(tài)金屬絲材I的擠壓及重力作用下將鋁合金金屬絲材I通過內(nèi)芯底部的噴嘴噴出。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:包括內(nèi)芯和包覆套，包覆套套設(shè)于內(nèi)芯外部；內(nèi)芯由內(nèi)芯I段(7)、內(nèi)芯II段(9)和負(fù)載塊(8)構(gòu)成；包覆套由包覆套I段(3)、包覆套II段(6)、冷卻裝置(4)和加熱裝置(5)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述內(nèi)芯II段(9)位于內(nèi)芯I段(7)的下端，內(nèi)芯I段(7)材質(zhì)導(dǎo)熱性高于內(nèi)芯II段(9)材質(zhì)，內(nèi)芯II段(9)材質(zhì)與金屬浸潤性較差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述內(nèi)芯I段(7)和內(nèi)芯II段(9)的連接處采用坎合結(jié)構(gòu)進(jìn)行配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述內(nèi)芯II段(9)上部外周嵌裝有一個或多個負(fù)載塊(8)，負(fù)載塊(8)具有較高的導(dǎo)磁性且厚度和長度均可進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述內(nèi)芯II段(9)下端噴嘴金屬液輸出部位采用倒圓錐臺結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述內(nèi)芯II段(9)噴嘴金屬液輸出部位上方設(shè)置有一個或多個氣氛保護(hù)通道(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述包覆套II段(6)位于包覆套I段(3)的下端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述包覆套I段(3)內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置(4 )，冷卻方式為循環(huán)冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于，所述包覆套II段(6)內(nèi)部設(shè)置有加熱裝置(5 )，加熱裝置(5 )的加熱方式是電阻加熱或感應(yīng)加熱。
【專利摘要】本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬3D打印機(jī)噴頭，其特征在于：包括內(nèi)芯和包覆套，包覆套套設(shè)于內(nèi)芯外部；內(nèi)芯由內(nèi)芯Ⅰ段、內(nèi)芯Ⅱ段和負(fù)載塊構(gòu)成，內(nèi)芯Ⅱ段外周嵌裝有負(fù)載塊；包覆套由包覆套Ⅰ段、包覆套Ⅱ段、冷卻裝置和加熱裝置構(gòu)成，包覆套Ⅰ段內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，包覆套Ⅱ段內(nèi)部設(shè)置有加熱裝置。本發(fā)明解決了基于送絲方式的金屬噴射沉積3D打印機(jī)噴頭易堵、絲材擠出不連續(xù)等問題，實(shí)現(xiàn)基于金屬送絲方式的3D打印高效成形。
【IPC分類】B22F3-115
【公開號】CN104550958
【申請?zhí)枴緾N201410792373
【發(fā)明人】單忠德, 戎文娟, 劉豐, 王永威, 劉倩
【申請人】機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月19日