激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置，基板通过XY二维运动平台固定于机架的底部，竖向运动装置固定于机架的侧面，激光器设置于竖向运动装置的侧面，针头及喷嘴固定于竖向运动装置的底部，且针头的出口、喷嘴的出口及激光器均正对基板，高压电源的正极及负极分别与针头及基板相连接，碳纤维溶液料筒及金属原料料筒均固定于机架的顶部，且碳纤维溶液料筒的出口与针头的入口相连通，金属原料料筒的出口与喷嘴的入口相连通，计算机与XY二维运动平台的控制端及竖向运动装置的控制端相连接，该装置制备出强度及硬度较好的工件，工件的表面较为光滑，并且制备过程中不挥发异味，制作过程较为简单。

【技术实现步骤摘要】
激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置
本技术属于金属基碳纤维增强材料的快速成型
，具体涉及一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置。
技术介绍
自从Formhals等在1934年利用电纺技术实现纳米纤维无纺布的构建之后，静电纺丝技术就为大家所熟知。这一技术的核心是使带电流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质。当给注射器针尖和收集板之间加上静电高压时，电场力克服针尖液滴的表面张力，高速射流被拉伸，然后形成泰勒锥，静电力使射流分岔，变成极细的丝状纤维。最后溶剂挥发，收集板收集到无序的无纺布式纳米级纤维。碳纤维(carbonfiber,CF)是静电纺丝的常用材料，该材料由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化和石墨化处理而得到的微晶石墨材料。质量轻但强度却高于钢铁材料，并且具有耐腐蚀、耐高温高模量等特性，是非常稳定的纤维增强材料。快速成型技术(RapidPrototyping，简称RP)是一项集激光、材料、信息及控制等于一体的高新制造技术，其突出优点就是不需要任何工装夹具便能根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，是制造领域的一次重大技术突破，与并行工程一起被列为当代两项最重要的制造技术。其中，选择性激光烧结(selectinglasersinteringSLS)利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，由计算机控制层叠堆积成型。一般的步骤是首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。该工艺材料适用面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件，特别是可以直接制造金属零件。该技术的优点为：可采用多种材料、制作工艺简单、无需支撑结构、材料利用率高。但该方法加工出的制作表面粗糙、烧结过程挥发异味、制作过程需要比较复杂的辅助工艺等，特别是制造出来的工件的强度和硬度与锻件相比都有很大的差异，很难作为结构件直接使用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置，该装置制备出强度及硬度较好的工件，工件的表面较为光滑，并且制备过程中不挥发异味，制作过程较为简单。为达到上述目的，本技术所述的激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置包括计算机、机架、基板、XY二维运动平台、竖向运动装置、激光烧结装置及静电纺丝装置，其中激光烧结装置包括激光器、喷嘴及金属原料料筒，静电纺丝装置包括高压电源、针头及碳纤维溶液料筒；基板通过XY二维运动平台固定于机架的底部，竖向运动装置固定于机架的侧面，激光器设置于竖向运动装置的侧面，针头及喷嘴固定于竖向运动装置的底部，且针头的出口、喷嘴的出口及激光器均正对基板，高压电源的正极及负极分别与针头及基板相连接，碳纤维溶液料筒及金属原料料筒均固定于机架的顶部，且碳纤维溶液料筒的出口与针头的入口相连通，金属原料料筒的出口与喷嘴的入口相连通，计算机与XY二维运动平台的控制端及竖向运动装置的控制端相连接。金属原料料筒的出口通过金属送料管与喷嘴的入口相连通。金属原料料筒的出口处设有金属原料调节阀，金属原料调节阀的控制端与计算机相连接。碳纤维溶液料筒的出口通过碳纤维送料管与针头的入口相连通。碳纤维溶液料筒的出口处设有碳纤维溶液调节阀，碳纤维溶液调节阀的控制端与计算机相连接。本技术具有以下有益效果：本技术所述的激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置在具体操作时，将静电纺丝技术与激光烧结成型技术相结合，根据待打印工件的形状调整基板、喷嘴及针头的位置，并在金属原料激光烧结的过程中在烧结区域加入丝状碳纤维，从而制备出任意复杂形状的工件，工件的强度及耐磨性得到大幅的提高，工件的表面光滑，并且制备过程中不挥发异味，操作较为简单，避免传统加工工序多、效率低下的弊端，同时不需要使用工装夹具就能快速的获得金属功能工件，有效的解决激光烧结直接成型的功能工件强度低的问题。附图说明图1为本技术的原理图；图2为本技术的结构示意图；图3为本技术的主视图。其中，1为基板、2为喷嘴、3为机架、4为金属送料管、5为金属原料调节阀、6为金属原料料筒，7为碳纤维溶液料筒、8为碳纤维溶液调节阀、9为碳纤维送料管、10为竖向运动装置、11为转动盘、12为激光器、13为绝缘套、14为针头、15为纵向运动装置、16为横向运动装置、17为高压电源。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细描述：参考图1，本技术所述的激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置包括计算机、机架3、基板1、XY二维运动平台、竖向运动装置10、激光烧结装置及静电纺丝装置，其中激光烧结装置包括激光器12、喷嘴2及金属原料料筒6，静电纺丝装置包括高压电源17、针头14及碳纤维溶液料筒7；基板1通过XY二维运动平台固定于机架3的底部，竖向运动装置10固定于机架3的侧面，激光器12设置于竖向运动装置10的侧面，针头14及喷嘴2固定于竖向运动装置10的底部，且针头14的出口、喷嘴2的出口及激光器12均正对基板1，高压电源17的正极及负极分别与针头14及基板1相连接，碳纤维溶液料筒7及金属原料料筒6均固定于机架3的顶部，且碳纤维溶液料筒7的出口与针头14的入口相连通，金属原料料筒6的出口与喷嘴2的入口相连通，计算机与XY二维运动平台的控制端及竖向运动装置10的控制端相连接。金属原料料筒6的出口通过金属送料管4与喷嘴2的入口相连通；金属原料料筒6的出口处设有金属原料调节阀5，金属原料调节阀5的控制端与计算机相连接；碳纤维溶液料筒7的出口通过碳纤维送料管9与针头14的入口相连通；碳纤维溶液料筒7的出口处设有碳纤维溶液调节阀8，碳纤维溶液调节阀8的控制端与计算机相连接。激光器12通过转动盘11固定于竖向运动装置10上，通过安装在180°转动台上的激光器12，使激光在烧结层的截面上扫描；XY二维运动平台由纵向运动装置15及横向运动装置16组成；针头14通过绝缘套13固定于竖向运动装置10上。本技术的具体操作为：计算机根据待打印工件的三维模型通过XY二维移动平台调整基板1在水平面内的位置，计算机根据待打印工件的三维模型通过竖向运动装置10调节喷嘴2、针头14及激光器12在竖向方向上的位置，同时金属原料料筒6中的金属原料经喷嘴2掉落到基板1上，激光器12发出的激光照射到金属原料上，使金属原料融化、烧结成型，与此同时，碳纤维溶液料筒7中的碳纤维溶液经针头14喷出，高压电源17在针头14与基板1之间形成高压电，使针头14喷出的碳纤维溶液液滴克服表面张力被拉伸形成泰勒锥，同时在静电力的作用下射流分岔形成丝状碳纤维，并掉落到金属原料的烧结区域内，再经激光器12烧结，最终排布在工件的内部及表面，得待打印工件。本技术通过计算机控制碳纤维溶液调节阀8及金属原料调节阀5，同时或间歇输出金属颗粒及碳纤维原丝，再经激光烧结后，可以制备出任意复杂形状的零件，并能获得高的强度及耐磨性，可以直接作为功能件使用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置，其特征在于，包括计算机、机架(3)、基板(1)、XY二维运动平台、竖向运动装置(10)、激光烧结装置及静电纺丝装置，其中激光烧结装置包括激光器(12)、喷嘴(2)及金属原料料筒(6)，静电纺丝装置包括高压电源(17)、针头(14)及碳纤维溶液料筒(7)；基板(1)通过XY二维运动平台固定于机架(3)的底部，竖向运动装置(10)固定于机架(3)的侧面，激光器(12)设置于竖向运动装置(10)的侧面，针头(14)及喷嘴(2)固定于竖向运动装置(10)的底部，且针头(14)的出口、喷嘴(2)的出口及激光器(12)均正对基板(1)，高压电源(17)的正极及负极分别与针头(14)及基板(1)相连接，碳纤维溶液料筒(7)及金属原料料筒(6)均固定于机架(3)的顶部，且碳纤维溶液料筒(7)的出口与针头(14)的入口相连通，金属原料料筒(6)的出口与喷嘴(2)的入口相连通，计算机与XY二维运动平台的控制端及竖向运动装置(10)的控制端相连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光烧结与电纺碳纤维相结合的金属3D打印装置，其特征在于，包括计算机、机架(3)、基板(1)、XY二维运动平台、竖向运动装置(10)、激光烧结装置及静电纺丝装置，其中激光烧结装置包括激光器(12)、喷嘴(2)及金属原料料筒(6)，静电纺丝装置包括高压电源(17)、针头(14)及碳纤维溶液料筒(7)；基板(1)通过XY二维运动平台固定于机架(3)的底部，竖向运动装置(10)固定于机架(3)的侧面，激光器(12)设置于竖向运动装置(10)的侧面，针头(14)及喷嘴(2)固定于竖向运动装置(10)的底部，且针头(14)的出口、喷嘴(2)的出口及激光器(12)均正对基板(1)，高压电源(17)的正极及负极分别与针头(14)及基板(1)相连接，碳纤维溶液料筒(7)及金属原料料筒(6)均固定于机架(3)的顶部，且碳纤维溶液料筒(7)的出口与针头(14)的入口相连通，金属原料料...

【专利技术属性】
技术研发人员：董贵荣，杨来侠，徐超，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61