一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备制造技术

一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，包括基座，基座上方连接有机架，机架内部的基座上连接有真空箱，真空箱的底部连接三坐标工作平台，三坐标工作平台的上方设有挤压弯头，挤压弯头的侧方设有伺服压辊，伺服压辊连接在旋转圆盘上，旋转圆盘与真空箱上部形成具有气密性的旋转副连接；挤压弯头的上端通过螺纹和下挤压筒的底端连接，下挤压筒的上端和上挤压筒的下端连接，上挤压筒的顶端和液压缸连接，下挤压筒通过深沟推力球轴承与机架连接，下挤压筒中部法兰与旋转圆盘连接；通过挤压半固态金属实现3D打印，提高了作业效率，提高了组织的均匀与致密性，避免二次氧化的产生，减少了氧化物对于组织带来的负面影响。

A metal 3D printing equipment based on Semi-solid Forming Technology

A metal 3D printing equipment based on semi-solid forming technology includes a base, an organic frame is connected above the base, a vacuum box is connected on the base inside the frame, a three-coordinate working platform is connected at the bottom of the vacuum box, an extrusion elbow is arranged above the three-coordinate working platform, a servo roller is arranged on the side of the extrusion elbow, and a servo pressure is arranged on the bottom of the vacuum box. The roller is connected to the rotating disc, and the rotating disc is connected with the upper part of the vacuum box to form an air-tight rotating pair; the upper end of the extrusion elbow is connected with the bottom end of the lower extrusion cylinder through a thread; the upper end of the lower extrusion cylinder is connected with the lower end of the upper extrusion cylinder; the top of the upper extrusion cylinder is connected with the hydraulic cylinder; and the lower extrusion cylinder is connected with the The bearing is connected with the frame, the flange in the middle of the lower extrusion cylinder is connected with the rotating disk, and the 3D printing is realized by extruding semi-solid metal, which improves the work efficiency, improves the uniformity and compactness of the organization, avoids the secondary oxidation and reduces the negative influence of oxide on the organization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备
本专利技术涉及金属3D打印
，具体涉及一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备。
技术介绍
目前，金属3D打印设备由激光发生器、送粉机构、冷却机构与工作平台组成，主要通过激光照射金属粉末，将金属粉末熔化，按照预定路线一层一层的堆积起来的方法制造零件。但是该种方法制造效率低、成本高，一般只适用于产品的试制，无法应用在大体积零件的批量生产当中；由于要将金属粉末熔化，必须通过激光发生器产生的高能激光加热才可实现，增加了设备能耗；同时打印出的金属微观组织分布不均匀，降低了零件疲劳性能。另一种金属3D打印设备通过熔化金属细丝再将熔融态金属粘接在一起的方式实现增材制造，这种设备缺点也十分明显，将金属加热至熔融态将消耗大量的能量，另一方面，熔融金属表面接触空气将会产生氧化皮，掺杂进打印的零件内部将影响成形零件性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，通过挤压半固态金属实现3D打印，大大提高了作业效率；由于只需将坯料加热至半固态温度区间，相较于激光烧结节约了能源；坯料出口附近安放超声波振动辊轮，提高了组织的均匀与致密性；在真空箱内成形零件结合自带的脱皮系统可以使坯料在进入挤压筒下部时就已经脱去氧化皮同时避免二次氧化的产生，减少了氧化物对于组织带来的负面影响。为达到上述目的，本专利技术所采用技术方案为：一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，包括基座8，基座8上方连接有机架6，基座8上连接有真空箱5，真空箱5的底部连接三坐标工作平台7，三坐标工作平台7的一侧设有挤压废料堆放台13，三坐标工作平台7的上方设有挤压弯头12，挤压弯头12的侧方设有伺服压辊9，伺服压辊9连接在旋转圆盘10上，旋转圆盘10与真空箱5上部形成具有气密性的旋转副连接；所述的挤压弯头12的上端通过螺纹和下挤压筒4的底端连接，下挤压筒4的上端和上挤压筒2的下端连接，上挤压筒2的顶端和液压缸1连接，液压缸1的液压活塞在上挤压筒2、下挤压筒4的内腔做上下垂直运动；所述的下挤压筒4通过深沟推力球轴承15与机架6连接，下挤压筒4中部法兰与旋转圆盘10连接。所述的上挤压筒2通过连接片2-3与下挤压筒4上端相连，上下挤压筒连接处为径缩圆周槽2-2，在上挤压筒2的一侧开有连续进料口2-1；下挤压筒4靠近径缩圆周槽2-2处外侧连接有带轮4-2，带轮4-2通过传动带14与伺服电机11相连，伺服电机11固定在机架6上；带轮4-2下端与深沟推力球轴承15的上圈固接在一起，推力轴承15下圈与机架6固接在一起。所述的下挤压筒4下部与挤压弯头12的夹层中设有中频加热线圈4-1。所述的伺服压辊9包括压辊9-3，压辊9-3通过旋转副与超声波变幅杆9-2下端连接，可沿超声波变幅杆9-2高度方向自由滚动；超声波变幅杆上9-2上端与超声波发生器9-1下端固接在一起；超声波发生器9-1上端设有调节螺母9-4，超声波发生器9-1中部法兰与旋转圆盘10连接。一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备的打印方法，包括以下步骤：步骤1，将变形应变为0.2～0.6铝合金棒料利用电磁感应加热炉加热至半固态温度区间，保温5-20min，获得半固态坯料3，并将其迅速放入具有中频加热线圈4-1的上挤压筒2的连续进料口2-1内，挤压筒温度与半固态热处理温度一致，使半固态坯料3与上挤压筒2同心；步骤2，液压缸1液压活塞带动半固态坯料3向下移动，半固态坯料3通过径缩圆周槽2-2时，由于直径大于下端圆周直径，在挤压的过程中表面氧化皮被槽切去；步骤3，半固态坯料3去皮完成后立即在上挤压筒2的连续进料口放入新的半固态坯料3，实现连续挤压；步骤4，半固态坯料3在下挤压筒4中部由中频加热线圈4-1加热至半固态，最终由挤压弯头12挤出；步骤5，挤压弯头12挤出的半固态坯料3附着在三坐标工作平台7或者前一层成形坯料上，再由压辊9压实半固态坯料3，同时利用超声波细化晶粒；步骤6，通过三坐标工作平台7的移动与上挤压筒2、下挤压筒4自身的旋转实现复杂零件的成形，协调液压缸1活塞的进给速度与压辊9的压下量，调节3D打印的单层厚度与宽度；步骤7，零件成形完毕后，打开真空箱5，将零件取出。所述的半固态坯料3为铝合金或镁合金。本专利技术的有益效果是通过使用半固态金属材料进行挤压与超声波振动相结合的方式，避免了传统金属3D打印技术的加热效率低、设备成本高、微观组织不均匀的缺点，其优点概括如下：通过挤压半固态金属实现3D打印，大大提高了作业效率；由于只需将坯料加热至半固态温度区间，相较于激光烧结节约了能源；坯料出口附近安放超声波振动辊轮，大大提高了组织的均匀与致密性；在真空箱内成形零件结合自带的脱皮系统可以使坯料在进入挤压筒下部时就已经脱去氧化皮同时避免二次氧化的产生，减少了氧化物对于组织带来的负面影响。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术挤压筒局部结构示意图。图3为本专利技术超声波振动压辊局部结构示意图。图4为本专利技术径缩圆周槽2-2结构示意图。图5为本专利技术控制打印厚度与宽度示意图。图6为本专利技术实施例的6061铝合金半固态坯料的微观组织。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。参照图1，一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，包括基座8，基座8上方连接有机架6，机架6为C形机架，机架6通过4根螺钉与基座8相连；机架6内部的基座8上连接有真空箱5，真空箱5通过螺钉与基座8连接，真空箱5的底部通过螺栓连接三坐标工作平台7，三坐标工作平台7的一侧设有挤压废料堆放台13，三坐标工作平台7的上方设有挤压弯头12，挤压弯头12的侧方设有伺服压辊9，伺服压辊9连接在旋转圆盘10上，旋转圆盘10与真空箱5上部形成具有气密性的旋转副连接；所述的挤压弯头12的上端通过螺纹和下挤压筒4的底端连接，下挤压筒4的上端和上挤压筒2的下端连接，上挤压筒2的顶端和液压缸1连接，液压缸1的液压活塞在上挤压筒2、下挤压筒4的内腔做上下垂直运动；所述的下挤压筒4通过深沟推力球轴承15与机架6连接，下挤压筒4中部法兰与旋转圆盘10通过螺栓连接。参照图2和图4，所述的上挤压筒2通过连接片2-3与下挤压筒4上端相连，上下挤压筒连接处为径缩圆周槽2-2，在上挤压筒2的一侧开有连续进料口2-1；下挤压筒4靠近径缩圆周槽2-2处外侧连接有带轮4-2，带轮4-2通过传动带14与伺服电机11相连，伺服电机11通过螺栓固定在机架6上；带轮4-2下端与深沟推力球轴承15的上圈固接在一起，推力轴承15下圈与机架6固接在一起。所述的下挤压筒4下部与挤压弯头12的夹层中设有中频加热线圈4-1。参照图3，所述的伺服压辊9包括压辊9-3，压辊9-3通过旋转副与超声波变幅杆9-2下端连接，可沿超声波变幅杆9-2高度方向自由滚动；超声波变幅杆上9-2上端与超声波发生器9-1下端固接在一起；超声波发生器9-1上端设有调节螺母9-4，超声波发生器9-1中部法兰与旋转圆盘10通过螺钉连接。下面结合实施例对本专利技术的打印方法作详细描述。一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备的打印方法，包括以下步骤：步骤1，将变形应变为0.2～0.6的6061铝合金棒料利用电磁感应加热炉加热至579～6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，包括基座(8)，基座(8)上方连接有机架(6)，其特征在于：机架(6)内部的基座(8)上连接有真空箱(5)，真空箱(5)的底部连接三坐标工作平台(7)，三坐标工作平台(7)的一侧设有挤压废料堆放台(13)，三坐标工作平台(7)的上方设有挤压弯头(12)，挤压弯头(12)的侧方设有伺服压辊(9)，伺服压辊(9)连接在旋转圆盘(10)上，旋转圆盘(10)与真空箱(5)上部形成具有气密性的旋转副连接；所述的挤压弯头(12)的上端通过螺纹和下挤压筒(4)的底端连接，下挤压筒(4)的上端和上挤压筒(2)的下端连接，上挤压筒(2)的顶端和液压缸(1)连接，液压缸(1)的液压活塞在上挤压筒(2)、下挤压筒(4)的内腔做上下垂直运动；所述的下挤压筒(4)通过深沟推力球轴承(15)与机架(6)连接，下挤压筒(4)中部法兰与旋转圆盘(10)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，包括基座(8)，基座(8)上方连接有机架(6)，其特征在于：机架(6)内部的基座(8)上连接有真空箱(5)，真空箱(5)的底部连接三坐标工作平台(7)，三坐标工作平台(7)的一侧设有挤压废料堆放台(13)，三坐标工作平台(7)的上方设有挤压弯头(12)，挤压弯头(12)的侧方设有伺服压辊(9)，伺服压辊(9)连接在旋转圆盘(10)上，旋转圆盘(10)与真空箱(5)上部形成具有气密性的旋转副连接；所述的挤压弯头(12)的上端通过螺纹和下挤压筒(4)的底端连接，下挤压筒(4)的上端和上挤压筒(2)的下端连接，上挤压筒(2)的顶端和液压缸(1)连接，液压缸(1)的液压活塞在上挤压筒(2)、下挤压筒(4)的内腔做上下垂直运动；所述的下挤压筒(4)通过深沟推力球轴承(15)与机架(6)连接，下挤压筒(4)中部法兰与旋转圆盘(10)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，其特征在于：所述的上挤压筒(2)通过连接片(2-3)与下挤压筒(4)上端相连，上下挤压筒连接处为径缩圆周槽(2-2)，在上挤压筒(2)的一侧开有连续进料口(2-1)；下挤压筒(4)靠近径缩圆周槽(2-2)处外侧连接有带轮(4-2)，带轮(4-2)通过传动带(14)与伺服电机(11)相连，伺服电机(11)固定在机架(6)上；带轮(4-2)下端与深沟推力球轴承(15)的上圈固接在一起，推力轴承(15)下圈与机架(6)固接在一起。3.根据权利要求1所述的一种基于半固态成形技术的金属3D打印设备，其特征在于：所述的下挤压筒(4)下部与挤压弯头(12)的夹层中设有中频加热线圈(4-1)。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，李浩，曹苗，黄科，张冲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61