3D打印设备及其复合喷头制造技术

本发明专利技术公开了一种3D打印设备，包括：3D打印机主体，具有打印室和位于所述打印室内的打印平台；料浆压力储存与定量供料系统(100)，用于储存金属料浆，并能在气体压力下供应所述金属料浆；料浆3D打印复合喷头(200)，其与所述料浆压力储存与定量供料系统(100)连通，将输送来的金属料浆喷射到所述打印平台上；化学固化剂压力储存与定量供料系统(31)，其与所述料浆3D打印复合喷头(200)连通，用于储存化学固化剂，并能将所述化学固化剂经所述料浆3D打印复合喷头(200)喷入所述金属料浆中，使喷出的金属料浆固化；热引发系统(32)，用于加热喷出的金属料浆以固化。上述设备适用于绝大多数金属粉末。

【技术实现步骤摘要】
3D打印设备及其复合喷头
本专利技术涉及一种3D打印设备，更具体地，涉及用金属料浆3D打印型坯制备金属零部件的设备及直接用于3D打印成型复杂形状陶瓷型坯的3D打印设备，属于3D打印
及粉末成型领域。
技术介绍
3D打印是直接从数字模型通过材料堆积来生产三维实体的技术，从理论上来说，任何形状的三维物体都能被分层切片成二维片层结构，3D打印技术被认为在任意复杂形状金属零部件的直接成形上有极大的潜力。对众多粉末冶金工作者而言，一直期望能够采取与陶瓷生产工艺类似的方法来制备金属零部件，即把金属粉末配制成金属料浆，堆积或堆塑成三维立体的型坯，经烧结后制得金属零部件。近年来3D打印技术发展迅速，因此我们提出将料浆浇注技术和3D打印技术结合起来，利用金属料浆的流动性、可固化性和3D打印技术成型任意复杂空间结构的能力，一体化、近净成型金属零部件坯体，进而制备复杂形状的金属零部件。但在研究过程中发现，实施该技术时存在一些难点，在实质上可将这些难点归为两大关键问题：(1)制备性能适用于3D快速打印的金属料浆，其技术要求包括：ⅰ)金属粉末与其他组分能很好的相容(包括物理相容和化学相容)，金属粉末颗粒均匀稳定地分散，不易沉淀；ⅱ)流动性良好，粘度值小于1Pa·s，易于通过管道输送；ⅲ)固化反应可控制，要求金属料浆固化时间小于3秒，以解决打印过程中的固化问题。(2)从设备上要解决金属料浆储存及定向定量快速输送、按截面形状定量喷射金属料浆等数字化控制问题和打印过程中控制金属料浆固化的问题。对于制备性能合格金属料浆的问题，料浆浇注技术针对大多数金属粉末和陶瓷粉末均已开发出成熟的料浆体系，通过添加分散剂和采取特殊的分散手段，可控制金属料浆中金属粉末固相含量高于55％，粘度值低于1Pa·s，可以说以往研发的有关金属料浆的性能和特性已经满足3D快速打印的要求。但这些料浆并不能直接用于现有3D打印机上，需要对现有3D打印机进行设计和改造。上述两个关键问题是不可分割的，在我们前期有关金属料浆的大量研究成果基础上，通过本专利技术在设备功能和结构设计和实际装备试验后，完成了本专利技术的设备研究。检索近30年文献，尚未检索到通过3D打印金属料浆来成型金属零部件坯体的3D打印设备专利及其相关报导。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新型3D打印设备，其通过使用金属料浆，并借助复合喷头，以化学引发或热引发的方式快速引发金属料浆固化，从而获得金属零部件坯体。为达到上述目的，本专利技术提供一种3D打印设备，所述设备包括：3D打印机主体，具有打印室和位于所述打印室内的打印平台；料浆压力储存与定量供料系统100，用于储存金属料浆，并能在气体压力下供应所述金属料浆；料浆3D打印复合喷头200，其与所述料浆压力储存与定量供料系统100连通，将输送来的金属料浆喷射到所述打印平台上；化学固化剂压力储存与定量供料系统31，其与所述料浆3D打印复合喷头200连通，用于储存化学固化剂，并能将所述化学固化剂经所述料浆3D打印复合喷头200喷入所述金属料浆中，使喷出的金属料浆固化；热引发系统32，用于加热喷出的金属料浆以固化。优选地，所述料浆3D打印复合喷头200包含主料浆喷口21和环绕所述主料浆喷口21设置的多个化学固化剂喷孔22；所述主料浆喷口21连通所述料浆压力储存与定量供料系统100，所述化学固化剂喷孔22连通所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31。优选地，所述料浆压力储存与定量供料系统100包括料浆压力储存箱11、料浆流量控制装置12和料浆输送管13；所述料浆压力储存箱11安装有压力表111和一高压气体引入管112，以控制引入的高压气体对金属料浆施加预定压力；所述料浆输送管13与所述复合喷头200的主料浆喷口21相连通。优选地，所述料浆流量控制装置12具有流量控制阀，设置在所述料浆压力储存箱11与所述料浆输送管13之间，或设置在所述料浆输送管13与所述复合喷头200之间，或设置在所述料浆输送管13上。优选地，所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31包括化学固化剂压力储存箱、化学固化剂流量控制装置和化学固化剂输送管；所述化学固化剂压力储存箱安装有压力表和高压气体引入管，以控制引入的高压气体对化学固化剂施加预定压力；所述化学固化剂输送管与所述复合喷头200的化学固化剂喷孔22相连通。优选地，所述化学固化剂流量控制装置具有流量控制阀，设置在所述化学固化剂压力储存箱与所述化学固化剂输送管之间，或设置在所述化学固化剂输送管与所述复合喷头200之间，或设置在所述化学固化剂输送管上。优选地，所述热引发系统32环绕着所述打印室设置，所述料浆3D打印复合喷头200的主料浆喷口21的外围设有循环冷却装置321；或者，所述热引发系统32环绕设置在所述料浆3D打印复合喷头200的外围，所述料浆3D打印复合喷头200的主料浆喷口21的外围设有循环冷却装置321。优选地，所述设备包括多个所述料浆压力储存与定量供料系统100，每个所述料浆压力储存与定量供料系统100独立储存和输送一种金属料浆。优选地，所述3D打印设备还包括控制系统，用于控制选择启动所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31对金属料浆进行化学引发固化或选择启动所述热引发系统32对金属料浆进行热引发固化。本专利技术还提供一种3D打印设备的复合喷头，所述3D打印设备包括料浆压力储存与定量供料系统100和化学固化剂压力储存与定量供料系统31，其特征在于，所述复合喷头包括：主料浆喷口21和环绕所述主料浆喷口21设置的多个化学固化剂喷孔22；所述主料浆喷口21连通所述料浆压力储存与定量供料系统100，所述化学固化剂喷孔22连通所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31。优选地，所述主料浆喷口21的外围设有循环冷却装置321。本专利技术还提供一种3D打印设备，所述设备包括：3D打印机主体，具有打印室和位于所述打印室内的打印平台；料浆压力储存与定量供料系统100，用于储存金属料浆，并能在气体压力下供应所述金属料浆；料浆3D打印复合喷头200，其与所述料浆压力储存与定量供料系统100连通，将输送来的金属料浆喷射到所述打印平台上；化学固化剂压力储存与定量供料系统31，其与所述料浆3D打印复合喷头200连通，用于储存化学固化剂，并能将所述化学固化剂经所述料浆3D打印复合喷头200喷入所述金属料浆中，使喷出的金属料浆固化。优选地，所述料浆3D打印复合喷头200包含主料浆喷口21和环绕所述主料浆喷口21设置的多个化学固化剂喷孔22；所述主料浆喷口21连通所述料浆压力储存与定量供料系统100，所述化学固化剂喷孔22连通所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31。综上，本专利技术提供了一种3D打印设备，其适用于用金属料浆3D打印型坯制备金属零部件。该设备以低粘度、高固相含量的金属料浆作为打印的“墨水”，按照金属零部件三维模型的分层截面形状，层层喷射金属料浆并使其快速固化，成形金属零部件型坯，本专利技术是在现有3D打印主机基础上增设了料浆压力储存与定量供料系统100、料浆3D打印复合喷头200和特殊的两种固化系统300。本专利技术的设备工作原理是：将使用的金属料浆事先存放在料浆压力储存箱11内，在3D打印过程中，金属料浆在气体压力下经料浆输送管13送到料浆3D打印复合喷头200的主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印设备，其特征在于，所述设备包括：3D打印机主体，具有打印室和位于所述打印室内的打印平台；料浆压力储存与定量供料系统(100)，用于储存金属料浆，并能在气体压力下供应所述金属料浆；料浆3D打印复合喷头(200)，其与所述料浆压力储存与定量供料系统(100)连通，将输送来的金属料浆喷射到所述打印平台上；化学固化剂压力储存与定量供料系统(31)，其与所述料浆3D打印复合喷头(200)连通，用于储存化学固化剂，并能将所述化学固化剂经所述料浆3D打印复合喷头(200)喷入所述金属料浆中，使喷出的金属料浆固化；热引发系统(32)，用于加热喷出的金属料浆以固化。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印设备，其特征在于，所述设备包括：3D打印机主体，具有打印室和位于所述打印室内的打印平台；料浆压力储存与定量供料系统(100)，用于储存金属料浆，并能在气体压力下供应所述金属料浆；料浆3D打印复合喷头(200)，其与所述料浆压力储存与定量供料系统(100)连通，将输送来的金属料浆喷射到所述打印平台上；化学固化剂压力储存与定量供料系统(31)，其与所述料浆3D打印复合喷头(200)连通，用于储存化学固化剂，并能将所述化学固化剂经所述料浆3D打印复合喷头(200)喷入所述金属料浆中，使喷出的金属料浆固化；热引发系统(32)，用于加热喷出的金属料浆以固化；其中，所述料浆3D打印复合喷头(200)包含主料浆喷口(21)和环绕所述主料浆喷口(21)设置的多个化学固化剂喷孔(22)；所述主料浆喷口(21)连通所述料浆压力储存与定量供料系统(100)，所述主料浆喷口(21)的直径为0.2mm～5mm，所述化学固化剂喷孔(22)连通所述化学固化剂压力储存与定量供料系统(31)。2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述料浆压力储存与定量供料系统(100)包括料浆压力储存箱(11)、料浆流量控制装置(12)和料浆输送管(13)；所述料浆压力储存箱(11)安装有压力表(111)和一高压气体引入管(112)，以控制引入的高压气体对金属料浆施加预定压力；所述料浆输送管(13)与所述复合喷头(200)的主料浆喷口(21)相连通。3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于：所述料浆流量控制装置(12)具有流量控制阀，设置在所述料浆压力储存箱(11)与所述料浆输送管(13)之间，或设置在所述料浆输送管(13)与所述复合喷头(200)之间，或设置在所述料浆输送管(13)上。4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述化学固化剂压力储存与定量供料系统(31)包括化学固化剂压力储存箱、化学固化剂流量控制装置和化学固化剂输送管；所述化学固化剂压力储存箱安装有压力表和高压气体引入管，以控制引入的高压气体对化学固化剂施加预定压力；所述化学固化剂输送管与所述复合喷头(200)的化学固化剂喷孔(22)相连通。5.根据权利要求4所述的3D打印设备，其特征在于：所述化学固化剂流量控制装置具有流量控制阀，设置在所述化学固化剂压力储存箱与所述化学固化剂输送管之间，或设置在所述化学固化剂输送管与所述复合喷头(200)之间，或设置在所述化学固化剂输送管上。6.根据权利要求1所述的3D打印设...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海英，吴成义，张欣悦，柏鉴玲，郭雷辰，
申请(专利权)人：王海英，
类型：发明
国别省市：北京;11