一种熔融惯性喷射组件及增材制造系统技术方案

本发明专利技术公开了一种熔融惯性喷射组件及增材制造系统，其中熔融惯性喷射组件包括具有喷口的贮液腔，配置用来将所述贮液腔中的固体打印材料熔化并保持为可流动的液体状态的加热器，以及被配置用来驱动所述贮液腔沿喷口轴向作加速度绝对值变化的运动，以控制贮液腔内贮存的液体打印材料与贮液腔内壁产生相对惯性力，从而使一定量的液体打印材料脱离所述喷口形成喷射液滴的惯性驱动器；与现有技术相比，本发明专利技术具有结构相对简单、材料适用范围广、成形精度较高、成形稳定性好，成型效率高、设备及材料成本低、同时适用于高熔点和低熔点材料快速直接成型的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种熔融惯性喷射组件及增材制造系统
本专利技术涉及一种熔融惯性喷射组件及增材制造系统，属于增材制造领域。
技术介绍
目前通过加热熔化打印材料快速成型零件所采用的增材制造技术主要有：选区激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）技术、选区激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）技术、直接金属粉末激光烧结(DirectMetalLaserSintering，DMLS)、激光近净成形（LaserEngineeredNetShaping，LENS）技术、电子束选区熔化（ElectronBeamSelectiveMelting，EBSM）技术、电弧增材制造（WireArcAdditiveManufacture，WAAM）技术和熔融沉积成型（FusedDepositionModeling，FDM）技术等。采用选区激光烧结技术（SLS）、选区激光熔化技术（SLM）、直接金属粉末激光烧结(DMLS)、激光近净成形（LENS）技术、电子束选区熔化（EBSM）技术的增材制造系统，需使用激光或电子束作为热源加热打印材料来实现零件直接快速成形制造，其设备结构相对复杂、材料要求高、能源消耗大，设备成本普遍较高。采用电弧增材制造技术（WAAM）的增材制造系统，利用电弧加热打印材料来实现金属零件直接快速成形制造，虽有材料适用范围较广、成型效率高、设备及材料成本低的优势，但同时也存在成形精度低、成形稳定性差、设备自动化水平不高等问题。采用熔融沉积成型技术（FDM）技术的增材制造系统，一般利用电阻性热源加热热塑性塑料或类似材料来实现零件直接快速成形制造，虽然也有材料适用范围较广、成型效率高、设备及材料成本低等优势，但所使用的技术原理仅适用于以聚合物为基础材料的熔融温度较低的增材制造系统，并不能适用于类似金属、玻璃等高熔点材料的快速直接成型。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种熔融惯性喷射组件及增材制造系统，具有结构相对简单、材料适用范围广、成形精度较高、成形稳定性好，成型效率高、设备及材料成本低、同时适用于高熔点和低熔点材料快速直接成型的特点，以弥补现有增材制造系统的缺点和不足。本专利技术的技术方案是：一种熔融惯性喷射组件，包括具有喷口的贮液腔，还包括：加热器，配置用来将所述贮液腔中的固体打印材料熔化并保持为可流动的液体状态；惯性驱动器，配置用来驱动所述贮液腔沿喷口轴向作加速度绝对值变化的运动，以控制贮液腔内贮存的液体打印材料与贮液腔内壁产生相对惯性力，从而使一定量的液体打印材料脱离所述喷口形成喷射液滴。所述加热器为电磁感应加热线圈，至少部分围绕在所述贮液腔的外壁面。所述贮液腔上设有用于检测其温度的温度传感器，温度传感器的信号输出端与贮液腔温度控制装置的信号输入端口连接，贮液腔温度控制装置的信号输出端口与加热器的控制端口电性连接。所述惯性驱动器包括固定端、运动端和动作元件，固定端通过动作元件与运动端连接，运动端与贮液腔连接，用于驱动贮液腔沿喷口的轴向作加速度绝对值变化的运动。所述运动端上设有用于检测其加速度的加速度传感器，加速度传感器的信号输出端与惯性驱动控制装置的信号输入端口连接，惯性驱动控制装置的信号输出端口与惯性驱动器的控制端口电性连接，其中，惯性驱动控制装置用于产生一个或多个电压波形施加到惯性驱动器，以控制熔融惯性喷射组件喷射打印材料液滴的大小和速率。本专利技术还提供一种熔融惯性喷射增材制造系统，包括：一间建造室；安装于所述建造室内的至少1个以上权利要求1至5任一所述的熔融惯性喷射组件；安装于所述建造室内的打印床，具有一个表面，配置用来接收熔融惯性喷射组件喷射的打印材料；安装于所述建造室内的机械定位组件，配置用来控制所述熔融惯性喷射组件与打印床的相对位置；安装于所述建造室内的供料装置，配置用来向所述熔融惯性喷射组件中的贮液腔输送固体打印材料；控制器，与所述熔融惯性喷射组件和机械定位组件的控制端口连接，用于驱使所述熔融惯性喷射组件按预定的模型在打印床上制造物体。所述建造室内设有保护气体供应装置，被配置为用于向贮液腔及其喷口周围提供保护气体，以防止高温易氧化打印材料产生氧化反应。所述建造室内设有温度调节装置，用于保持或调节建造室内至少一部分区域的温度。所述熔融惯性喷射组件中设有识别材料供应状态传感器，其信号输出端与材料供应控制装置的信号输入端口连接，材料供应控制装置的信号输出端口与供料装置的控制端口连接，以控制供料装置将打印材料输送到贮液腔内。本专利技术熔融惯性喷射增材制造系统采用惯性喷射技术制造基于数字模型的3D打印物体。将打印材料在设置有喷口的贮液腔内熔化，通过有控制地使用惯性驱动力将贮液腔内熔化的液态打印材料从喷口排出。同时，机械定位组件根据数字模型生成的路径移动喷射装置和/或打印床，喷出的打印材料液滴沉积到打印床并凝固形成3D打印物体。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术采用惯性驱动喷射技术进行快速成形制造，可精确控制熔融液滴材料喷射，结构简单、成形精度高、成形稳定性好、材料利用率高。2、本专利技术可采用电阻或电磁感应加热实现零件直接快速成形制造，适用于各种低熔点和高熔点材料的快速直接成型，结构简单、材料适用范围广、设备及材料成本低。3、按照本专利技术实施的增材制造系统和方法，可实现高熔点材料（包括金属材料）的低成本增材制造。附图说明图1是熔融惯性喷射增材制造系统示意图；图2是其中一种熔融惯性喷射组件示意图；图3是另一种熔融惯性喷射组件示意图；图4熔融惯性喷射组件与控制器连接示意图；附图中：100熔融惯性喷射增材制造系统，101.3D打印机，102构件区，103三维物体，104外部环境，106三维数字模型，108计算机，110建造室，112外壳，114保护气体供应装置，116温度调节装置，118供料装置，120熔融惯性喷射组件，122喷口，124壳体，126温度传感器，140打印床，142表面，144打印床温度控制装置，150机械定位组件，160控制器，162处理器，164存储器，166贮液腔温度控制装置，168材料供应控制装置，170惯性驱动控制装置，180网络接口，182网络，212打印材料，220贮液腔，230加热器，250惯性驱动器，252运动端，254固定端，256动作元件，258加速度传感器，260识别材料供应状态传感器。具体实施方式下面结合附图及具体的实施例对专利技术进行进一步介绍：请参阅图2至图4，根据本专利技术一种熔融惯性喷射组件120，包括贮液腔220、加热器230和惯性驱动器250。贮液腔220可以基本密封，以便熔化的打印材料212可以容纳在贮液腔220的受控环境中。贮液腔220可以由金属制成，金属也可包括金属氧化物（例如氧化铝）、金属碳化物（例如碳化钨）。贮液腔220还可以或由其它材料制成，例如陶瓷材料、石英、石墨等。在贮液腔220的底端设有喷口122，工作时液体从喷口122喷射出来完成打印。喷口122可以是一个孔或开口，其用于从熔融惯性喷射组件120中喷射打印材料212液滴，喷口122可以具有在10μm-1mm范围内的直径，例如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm、200μm、400μm、1mm等等。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔融惯性喷射组件，包括具有喷口（122）的贮液腔（220），其特征在于，还包括：加热器（230），配置用来将所述贮液腔（220）中的固体打印材料（212）熔化并保持为可流动的液体状态；惯性驱动器（250），配置用来驱动所述贮液腔（220）沿喷口（122）轴向作加速度绝对值变化的运动，以控制贮液腔（220）内贮存的液体打印材料（212）与贮液腔（220）内壁产生相对惯性力，从而使一定量的液体打印材料（212）脱离所述喷口（122）形成喷射液滴。

【技术特征摘要】
1.一种熔融惯性喷射组件，包括具有喷口（122）的贮液腔（220），其特征在于，还包括：加热器（230），配置用来将所述贮液腔（220）中的固体打印材料（212）熔化并保持为可流动的液体状态；惯性驱动器（250），配置用来驱动所述贮液腔（220）沿喷口（122）轴向作加速度绝对值变化的运动，以控制贮液腔（220）内贮存的液体打印材料（212）与贮液腔（220）内壁产生相对惯性力，从而使一定量的液体打印材料（212）脱离所述喷口（122）形成喷射液滴。2.根据权利要求1所述的熔融惯性喷射组件，其特征在于：所述加热器（230）为电磁感应加热线圈，至少部分围绕在所述贮液腔（220）的外壁面。3.根据权利要求2所述的熔融惯性喷射组件，其特征在于：所述贮液腔（220）上设有用于检测其温度的温度传感器（126），温度传感器（126）的信号输出端与贮液腔温度控制装置（166）的信号输入端口连接，贮液腔温度控制装置（166）的信号输出端口与加热器（230）的控制端口电性连接。4.根据权利要求1所述的熔融惯性喷射组件，其特征在于：所述惯性驱动器（250）包括固定端（254）、运动端（252）和动作元件（256），固定端（254）通过动作元件（256）与运动端（252）连接，运动端（252）与贮液腔（220）连接，用于驱动贮液腔（220）沿喷口（122）的轴向作加速度绝对值变化的运动。5.根据权利要求4所述的熔融惯性喷射组件，其特征在于：所述运动端（252）上设有用于检测其加速度的加速度传感器（258），加速度传感器（258）的信号输出端与惯性驱动控制装置（170）的信号输入端口连接，惯性驱动控制装置（170）的信号输出端口与惯性驱动器（250）的控制端口电性连接，其中，惯性驱动控制装置（170）用于产生一个或多个电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓宏，杨盛翔，
申请(专利权)人：杨晓宏，
类型：发明
国别省市：贵州,52