一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法技术

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，公开了一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法，包括供料系统、制浆系统和成型系统，供料系统被配置为储存由混合固体颗粒制成的棒材并向制浆系统提供棒材；制浆系统包括制浆料筒和能够伸入制浆料筒内并相对制浆料筒移动和转动的挤出推杆，制浆料筒底部设置有加热装置，用于将制浆料筒内的棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，挤出推杆沿制浆料筒的轴线方向移动抵压棒材以将半固态浆料挤出并成型到成型系统上。以混合固体颗粒形成的棒材为原料，通过局部加热的方式形成半固态浆料，组织可控，该成型设备结构简单，成本低，成型件组织均匀。该成型方法便于对半固态浆料的流动行为进行有效控制。

A Bar Remelting Direct Writing Molding Equipment and a Bar Remelting Molding Method

【技术实现步骤摘要】
一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法
本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法。
技术介绍
增材制造技术是以一种数字模型文件为基础，运用粉末状、丝状的金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来成型零件的技术。基于高能束流的金属增材制造工艺通常以高能束流为热源，该打印装备构造复杂且设备、材料成本高昂；同时，在高能束流扫描成型过程中成型件温度梯度较大，易使组织产生缺陷和较大的内应力。专利号为CN106925783A的专利公布了一种高效金属3D打印设备和方法，将液态金属浆料的制备过程和增材制造成形过程结合，其方案是采用金属熔体直接供料，使其以液流的形式连续喷出，打印时利用冷却介质进行快速冷却，并通过打印头和成形基板的运动，完成打印过程。然而在成形过同程中，直接使金属从液态变为固态会产生较大的凝固收缩，导致成型件尺寸精度不高，组织不能得到很好地控制，成型件将会产生较大的内应力。专利号为CN106623840A的专利公开了一种合金半固态旋压增材制备装置，将制备半固态浆料的过程和增材制造成形过程结合，省去浆料转移，直接在成形基板上实现成形过程。其方案是将金属液注入制浆装置，通过激冷形核作用获得半固态浆料，并通过旋压管将浆料逐层地堆积到按预定程序运动地成型平台上，进而实现半固态旋压增材制备。该方法虽然有意识地通过旋压管制造形核过程，但是半固态浆料的制备要求大量均匀的形核核心，且需要对保温温度及保温时间进行精确控制，以实现对初生颗粒长大行为的控制，只通过旋压管光滑区域的激冷作用将难以制备流动行为可控的高粘性半固态浆料。基于上述问题，提出一种棒材重熔直写成型设备，结构简单，成型件内应力小，凝固收缩量小，提高了成型件的成型质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法，结构简单，形成的半固态浆料，组织可控，成型件内应力小，凝固收缩量小，提高了成型件的成型质量。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种棒材重熔直写成型设备，包括供料系统、制浆系统和成型系统，所述供料系统被配置为储存由混合固体颗粒制成的棒材并向所述制浆系统提供所述棒材；所述制浆系统包括制浆料筒和能够伸入所述制浆料筒内并相对所述制浆料筒移动和转动的挤出推杆，所述制浆料筒底部设置有加热装置，用于将所述制浆料筒内的所述棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，所述挤出推杆沿所述制浆料筒的轴线方向移动抵压所述棒材以将所述半固态浆料挤出；所述成型系统，所述成型系统能够与所述制浆系统相对移动，以将所述半固态浆料成型在所述成型系统上。通过供料系统存储由混合固体颗粒形成的棒材并向制浆系统提供该棒材，加热装置对棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，挤出推杆沿制浆料筒的周向方向移动抵压未融化的棒材以将半固态浆料挤出成型到成型平台上，该设备以混合固体颗粒形成的棒材为原料，通过局部加热的方式形成半固态浆料，组织可控，成型过程更加清洁，该成型设备结构简单，降低了成本，能够使成型件组织均匀，减少组织缺陷及内应力，提高成型件的力学性能，显著改善成型件的质量，制浆系统与成型系统的配合使成型过程更加简易。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，所述供料系统包括原料盒、输送装置和储料装置，所述原料盒用于暂存所述棒材，所述输送装置设置在所述原料盒的下方，用于将所述原料盒内的所述棒材输送到所述储料装置内，所述储料装置被配置为将所述棒材调整为沿竖直方向设置并输出。通过原料盒能够对棒材进行暂存，通过输送装置将原料盒内的棒材输送到储料装置内，通过储料装置将棒材沿竖直方向设置并输出，便于棒材进入到制浆系统中。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，所述储料装置包括同步转动设置的内桶和外桶，所述内桶和外桶之间形成有间隙，所述间隙用于容纳所述棒材，所述内桶和外桶之间的底板设置有出料口，所述棒材由所述出料口输出。通过内桶和外桶之间的间隙使得棒材能够沿竖直方向排列，通过内桶和外桶的转动当棒材和出料口对准后，由出料口输出棒材。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，所述制浆料筒底部设置有打印喷嘴，所述打印喷嘴上设置有所述加热装置。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，所述挤出推杆的底端设置有温度检测装置，用于检测所述棒材的温度。温度检测装置设置在挤出推杆的底部，棒材具有传热的性质，通过温度检测装置检测棒材的温度，进而得出制备的半固态浆料的温度。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，包括驱动装置和成型平台，所述驱动装置与所述制浆系统相连，并带动所述制浆系统沿设定路线运动。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，所述驱动装置为三轴机械臂，所述三轴机械臂的自由端与所述制浆系统相连，并带动所述制浆系统沿三维方向移动。通过三轴机械臂的自由端与制浆系统相连，以带动制浆系统沿三维方向移动，进而能够成型复杂图形的成型件。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，还包括成型辅助系统，所述成型辅助系统包括寻位控制系统与外场发射系统，所述寻位控制系统被配置为根据所述半固态浆料的成型路径调整所述外场发射系统的位置，所述外场发射系统被配置对所述半固态浆料进行锻打。成型辅助系统的设置使成型件获得更为致密的层间结合，完成半固态浆料逐层地沉积成型。作为上述棒材重熔直写成型设备的一种优选方案，所述棒材由至少两种固体颗粒混合后压制而成。通过将至少两种固体颗粒混合后压制形成棒材，能够通过该棒材重熔直写成型设备对棒材的局部进行加热，不需要直接对固体颗粒进行操作，成型过程更加清洁。本专利技术提供一种棒材重熔成型方法，采用上述的棒材重熔直写成型设备进行制备，包括步骤：S1、将由混合固体颗粒制成的棒材添加到供料系统内；S2、将所述供料系统中的所述棒材输送到所述制浆系统中，通过控制所述加热装置的加热条件以使所述棒材的局部形成半固态浆料，并通过控制所述挤出推杆的挤出条件以将所述半固态浆料挤出；S3、通过所述成型系统与所述制浆系统的相对运动，以将所述半固态浆料成型到所述成型系统上。该棒材重熔成型方法，通过控制加热装置的加热条件以使棒材的局部形成半固态浆料，并通过控制挤出推杆的挤出条件以将半固态浆料挤出并成型到成型系统上，便于对半固态浆料的流动行为进行有效控制，半固态浆料在沉积和凝固过程中收缩量小，成型精度高，形成的成型件组织均匀，减少组织缺陷及内应力，提高成型件的力学性能，显著改善成型件的质量。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的棒材重熔直写成型设备，通过供料系统存储由混合固体颗粒形成的棒材并向制浆系统提供该棒材，加热装置对棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，挤出推杆沿制浆料筒的周向方向移动抵压未融化的棒材以将半固态浆料挤出成型到成型平台上，该设备以混合固体颗粒形成的棒材为原料，通过局部加热的方式形成半固态浆料，组织可控，成型过程更加清洁，该成型设备结构简单，降低了成本，能够使成型件组织均匀，减少组织缺陷及内应力，提高成型件的力学性能，显著改善成型件的质量，制浆系统与成型系统的配合使成型过程更加简易。本专利技术提出的棒材重熔成型方法，通过控制加热装置的加热条件以使棒材的局部形成半固态浆料，并通过控制挤出推杆的挤出条件以将半固态浆料挤出并成型到成型系统上，便于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棒材重熔直写成型设备，其特征在于，包括供料系统(1)、制浆系统(2)和成型系统(3)，所述供料系统(1)被配置为储存由混合固体颗粒制成的棒材(100)并向所述制浆系统(2)提供所述棒材(100)；所述制浆系统(2)包括制浆料筒(21)和能够伸入所述制浆料筒(21)内并相对所述制浆料筒(21)移动和转动的挤出推杆(22)，所述制浆料筒(21)底部设置有加热装置(24)，用于将所述制浆料筒(21)内的所述棒材(100)的局部进行加热以形成半固态浆料，所述挤出推杆(22)沿所述制浆料筒(21)的轴线方向移动抵压所述棒材(100)以将所述半固态浆料挤出；所述成型系统(3)能够与所述制浆系统(2)相对移动，以将所述半固态浆料成型在所述成型系统(3)上。

【技术特征摘要】
1.一种棒材重熔直写成型设备，其特征在于，包括供料系统(1)、制浆系统(2)和成型系统(3)，所述供料系统(1)被配置为储存由混合固体颗粒制成的棒材(100)并向所述制浆系统(2)提供所述棒材(100)；所述制浆系统(2)包括制浆料筒(21)和能够伸入所述制浆料筒(21)内并相对所述制浆料筒(21)移动和转动的挤出推杆(22)，所述制浆料筒(21)底部设置有加热装置(24)，用于将所述制浆料筒(21)内的所述棒材(100)的局部进行加热以形成半固态浆料，所述挤出推杆(22)沿所述制浆料筒(21)的轴线方向移动抵压所述棒材(100)以将所述半固态浆料挤出；所述成型系统(3)能够与所述制浆系统(2)相对移动，以将所述半固态浆料成型在所述成型系统(3)上。2.根据权利要求1所述的棒材重熔直写成型设备，其特征在于，所述供料系统(1)包括原料盒(11)、输送装置(12)和储料装置(13)，所述原料盒(11)用于暂存所述棒材(100)，所述输送装置(12)设置在所述原料盒(11)的下方，用于将所述原料盒(11)内的所述棒材(100)输送到所述储料装置(13)内，所述储料装置(13)被配置为将所述棒材(100)调整为沿竖直方向设置并输出。3.根据权利要求2所述的棒材重熔直写成型设备，其特征在于，所述储料装置(13)包括同步转动设置的内桶(131)和外桶(132)，所述内桶(131)和外桶(132)之间形成有间隙，所述间隙用于容纳所述棒材(100)，所述内桶(131)和外桶(132)之间的底板(133)设置有出料口(1331)，所述棒材(100)由所述出料口(1331)输出。4.根据权利要求1所述的棒材重熔直写成型设备，其特征在于，所述制浆料筒(21)底部设置有打印喷嘴(23)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小刚，朱强，周阳，李忠，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44