一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备，所述的设备用于铝及铝合金的熔融快速成型，其成型后的材料性能近似于精密铸造，在此基础上也可发展其它材料的精密铸造。所述设备利用极坐标3D打印机作为成型操作平台，用熔融状态的铝及铝合金做为成型耗材来实现快速创建金属模型，并且在此基础上提出铝及铝合金铸件的另一种快速成型方法。本实用新型专利技术熔融快速成型3D打印设备和技术的问世将为实现铸造业的转型升级和开启中国机器人及智能装备2.0增添光辉的一页，实现高效、节材和节能环保的少无切削加工，也将彻底改变落后的铸造行业。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于三维增材制造
，特别涉及一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备。
技术介绍
在工业领域里，铸造是最基本的专业，为机械制造业提供毛坯或半成品，传统铸件的生产模式是先制作木模、型芯或蜡模(精密浇铸用)，然后造型(砂型)、烘干砂型、刷涂料、浇注、冷却，然后对铸件进行清理，去冒口、打磨、喷沙等后续处理；众所周知铸造业目前存在最大问题是：1.工人的劳动强度大；2.工作环境恶劣:脏乱差、粉尘大(打磨的金属粉末和造型砂尘粉末)；3.产品内部质量难控制和废品率高，虽然近些年来铸造有了一定的发展，但受本专业特殊性的限制及中国劳动力的匮乏，铸造业也陷入了艰难的境地。机械零部件要是能直接打印出来，不用加工或少加工，这便是未来工业4.0革命的目标。目前快速成型制造技术发展比较块，具体工艺很多，但金属材料快速成型目前有两种方法：直接法和间接法。1.间接法选域激光烧结：是将有机粘结剂粉末和有金属粉末按一定比例组成机械混合物，或有机粘结剂覆膜和金属粉末所得到的物质作；由于有机粘结剂或有机粘结剂覆膜的熔点比金属低很多，因此在激光扫描时粘结剂先熔化，将金属粉末颗粒粘结起来，形成金属零件的坯体制件。间接法烧结工艺还需要复杂的后续处理工艺才能作为金属制件，这种方法配料复杂，工艺操作麻烦，制件易变形，所以仅适应小件和少量生产，零件力学性能(强度)和精度都比较差，尤其是制件成本高。2.直接选域激光烧结法：采用单一纯金属粉末或由高熔点金属粉末和低熔点金属粉末混合而成的粉末作为烧结用的材料，利用高能量激光烧结直接获得金属零件，直接烧结法也需要复杂的后续处理工艺，所得制件的密度及力学性能很难满足零件的功能要求，表面质量也差，目前在钛合金、不锈钢等特殊材料中进行试验者较多。综上金属粉末SLS技术在工业领域里现在只是开始(试验尝试阶段)，烧结的三维制件普遍存在力学性能、表面质量、密度、精度比较差，还不能作为功能性机械零部件直接使用，有待于新材料、新工艺和新智能装备的开发和运用。
技术实现思路
基于此，本技术公开了一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备，所述打印设备包括：所述打印设备包括：第一电机、第一丝杠、横梁及丝杠螺母、第二电机、第二丝杠、滑块和打印头、输送管、熔化炉、工作台、第三电机、第三丝杠、第四电机、摇臂、第五电机和极坐标滑块；所述第一电机与第一丝杠的一端可操作耦合，第一丝杠的另一端穿过横梁及丝杠螺母；所述第二电机与滑块和打印头安装在所述横梁及丝杠螺母上；所述第二丝杠的一端与第二电机可操作耦合，另一端通过滑块和打印头与横梁及丝杠螺母可操作耦合；所述输送管一端与熔化炉可操作耦合，另一端与打印头可操作的耦合；所述工作台位于滑块和打印头的下方，所述工作台和第四电机安装在极坐标滑块上；所述第三丝杠穿过极坐标滑块与第三电机可操作耦合；所述第三电机安装在摇臂上；所述第五电机与摇臂可操作耦合。附图说明图1为本技术一个实施例中金属熔融快速成型极坐标3D打印设备的示意图；其中：1.底板；2.立板；3.第一电机；4.第一丝杠；5.横梁及丝杠螺母；6.第二电机；7.第二丝杠；8.滑块和打印头；9.输送管；10.熔化炉；11工作台；12.第四电机；13.第三丝杠；14.第三电机；15.摇臂；16.第五电机；17.极坐标滑块18.支撑滚轮。具体实施方式下面结合附图及具体的实施例对本技术进行进一步的说明；在一个实施例中，本技术公开了一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备，所述打印设备包括：所述打印设备包括：第一电机、第一丝杠、横梁及丝杠螺母、第二电机、第二丝杠、滑块和打印头、输送管、熔化炉、工作台、第三电机、第三丝杠、第四电机、摇臂、第五电机和极坐标滑块；所述第一电机与第一丝杠的一端可操作耦合，第一丝杠的另一端穿过横梁及丝杠螺母；所述第二电机与滑块和打印头安装在所述横梁及丝杠螺母上；所述第二丝杠的一端与第二电机可操作耦合，另一端通过滑块和打印头与横梁及丝杠螺母可操作耦合；所述输送管一端与熔化炉可操作耦合，另一端与打印头可操作的耦合；所述工作台位于滑块和打印头的下方，所述工作台和第四电机安装在极坐标滑块上；所述第三丝杠穿过极坐标滑块与第三电机可操作耦合；所述第三电机安装在摇臂上；所述第五电机与摇臂可操作耦合。本实施例所述的输送管用于输送熔化炉内的打印材料，定量泵用于对打印材料进行定量输出；本实施例所述的装置能够满足不同金属材料的打印需求，熔化炉能够将不同的熔融状态下的金属材料进行保温，定量泵根据打印需求定量的通过输送管输出打印材料，打印头将打印材料送到待打印处。本技术所述的设备用于铝及铝合金的熔融精密成型，在此基础上也可发展其它材料的精密铸造，所述设备利用极坐标3D打印机作为成型操作平台，以熔融状态的铝及铝合金为耗材，快速创建金属模型，并且在此基础上提出铝及铝合金熔融快速成型的3D打印技术。熔融快速成型3D极坐标打印机将是铸造业转型升级的起点，也是未来工业的发展方向。本技术熔融快速成型3D打印设备的技术和问世将为实现铸造业的转型升级和开启中国机器人及智能装备2.0增添光辉的一页，实现高效、节材和节能环保的少无切削加工，也将彻底改变落后的铸造行业。在一个实施例中，所述第三丝杠在第三电机的带动下使工作台整体沿第三丝杠方向直线移动，实现工作台在公转半径内的经线方向运动；同时工作台在第四电机的带动下作旋转运动，实现了工作台的回转曲线运动。更优的，本实施例所述的工作台为圆形工作台；如图1所示：圆形工作台和电机4安装在极坐标滑块上，极坐标滑块在丝杠3带动下使工作台沿极轴(丝杠3)做径向移动ρ；同时工作台在电机4带动下做旋转运动，实现工作台的自转，自转角度0～360，工作台自转实现了回转曲线的打印。在一个实施例中，在一个实施例中，所述第一丝杠在第一电机的带动下做旋转运动，并使得所述横梁带动滑块和打印头沿第一丝杠做Z向整体移动，实现逐层堆积打印制造的过程；更优的，所述滑块和打印头在第二电机及第二丝杠的带动下做与Z向垂直的X向运动，并与极坐标配合使打印头做经线方向和Z向的运动。在本实施例中，如附图1所示：打印头安装在上横梁滑块上，滑块随第二丝杠在横梁导轨上左右运动，实现平面上的直线打印；同时电机1带动第一丝杠使横梁沿Z轴方向上下移动。通过这套装置打印头在极坐标系下理论上可以完成工作行程内任意曲线及直线的打印，属于结构简单的5轴联动装置，每打印一层打印头沿Z轴方向移动一层；本技术所述设备的层厚、液态金属凝固状况和精度、速度要求在三维数据专用分层软件中设定。在一个实施例中，所述打印设备装置还包括支撑滚轮；所述工作台在第五电机的带动下，通过摇臂在支撑滚轮的配合下，实现极角θ转动。更优的，如图1所示：件号11、12、17、13、14安装固定在摇臂(件号15)上，摇臂围绕着电机5做旋转运动,即公转，公转角度0～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备，其特征在于，所述打印设备包括：第一电机、第一丝杠、横梁及丝杠螺母、第二电机、第二丝杠、滑块和打印头、输送管、熔化炉、工作台、第三电机、第三丝杠、第四电机、摇臂、第五电机和极坐标滑块；所述第一电机与第一丝杠的一端可操作耦合，第一丝杠的另一端穿过横梁及丝杠螺母；所述第二电机与滑块和打印头安装在所述横梁及丝杠螺母上；所述第二丝杠的一端与第二电机可操作耦合，另一端通过滑块和打印头与横梁及丝杠螺母可操作耦合；所述输送管一端与熔化炉可操作耦合，另一端与打印头可操作的耦合；所述工作台位于滑块和打印头的下方，所述工作台和第四电机安装在极坐标滑块上；所述第三丝杠穿过极坐标滑块与第三电机可操作耦合；所述第三电机安装在摇臂上；所述第五电机与摇臂可操作耦合。

【技术特征摘要】
1.一种金属熔融快速成型极坐标3D打印设备，其特征在于，所述打
印设备包括：第一电机、第一丝杠、横梁及丝杠螺母、第二电机、第
二丝杠、滑块和打印头、输送管、熔化炉、工作台、第三电机、第三
丝杠、第四电机、摇臂、第五电机和极坐标滑块；
所述第一电机与第一丝杠的一端可操作耦合，第一丝杠的另一端
穿过横梁及丝杠螺母；
所述第二电机与滑块和打印头安装在所述横梁及丝杠螺母上；
所述第二丝杠的一端与第二电机可操作耦合，另一端通过滑块和
打印头与横梁及丝杠螺母可操作耦合；
所述输送管一端与熔化炉可操作耦合，另一端与打印头可操作的
耦合；
所述工作台位于滑块和打印头的下方，所述工作台和第四电机安
装在极坐标滑块上；
所述第三丝杠穿过极坐标滑块与第三电机可操作耦合；
所述第三电机安装在摇臂上；
所述第五电机与摇臂可操作耦合。
2.根据权利要求1所述的打印设备，其特征在于：
所述第三丝杠在第三电机的带动下使工作台整体沿第三丝杠方
向直线移动，实现工作台在公转半径内的经线方向运动；同时工作台
在第四电机的带动下作旋转运动，实现了工作台的回转曲线运动。
3.根据权利要求1所述的打印设备，其特征在于：
所述第一丝杠在第一电机的带动下做旋转运动，并使得所述横梁

\t带动滑块和打印头...

【专利技术属性】
技术研发人员：程永丽，王永信，张冲，
申请(专利权)人：渭南鼎信创新智造科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61