一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，将送丝装置与热辊压轮位置相对固定，使送丝装置的送丝口位于热辊压轮一侧，热辊压轮和成型基板连分别接于焦耳热电源负极和正极，送丝装置与成型基板能够相对运动，利用送丝装置将打印丝材输送至成型基板，然后通过热辊压轮将待打印丝材压紧至成型基板上，热辊压轮和成型基板构成回路，导电丝材在热辊压轮与基板接触端瞬间软化材料，本装置结构简单，能实现高利用率、高质量、低成本、绿色环保的金属零件增材制造，是一种将材料、机械、测控技术和信息处理集为一体的金属增材制造方法，且通过热辊压轮对待打印丝材融化瞬间进行碾压实现成形样件内部良好的致密性。

A 3D printing system of thermoplastic alloy based on Joule heat

【技术实现步骤摘要】
一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统
本专利技术涉及金属增材制造领域，具体涉及一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统。
技术介绍
增材制造技术俗称3D打印技术，其优势在于三维结构的快速和自由制造，被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造，其中金属直接成型是增材制造技术中的难点和热点。非晶合金由于其独特的非晶态结构，具有明显优于传统晶态合金的力学、物理和化学性能，如高强度，良好的耐磨性和耐腐蚀性等性能，而且在过冷液相区还表现出超塑性，可以进行热塑性成形，因此又称热塑性合金。在航空航天、精密器械、军事化工等诸多领域，非晶合金均具有广阔的潜在前景。目前非晶合金零件的制备方法主要有热塑性成形法、粉末烧结法、焊接组装法和增材制造法等。热塑性成形法(如模压、吹塑等)难以制造形状复杂的大尺寸零件；后三种方法虽然突破了尺寸限制问题，但粉末烧结法制备需要模具和烧结炉，成形过程比较繁琐；焊接组装时焊接部位与基体的性能差异限制了制件的应用范围；增材制造(如非晶粉末选区激光熔化)成形过程中，以激光为代表的高能束流增材制造方法具有设备造价高、设备复杂、体积比较庞大、辐射污染、同等功率下成型速度慢等问题。因此，新的非晶合金大尺寸复杂零件低成本高效成形方法显得尤为重要。如专利文献CN108080638A公开了一种非晶合金箔材的激光3D打印成形系统及成形方法，并具体公开了通过激光器裁剪非晶合金箔材多余样料，再利用非晶合金加热到过冷液相区的超塑性状态，然后再利用预热的辊碾压，结合超声振动作用，使上下两层非晶合金箔材产生原子间联系，并急速降温冷却，从而形成大尺寸复杂形状、具有空洞结构的非晶合金零件。其克服了传统非晶合金制备方法对合金件尺寸和形状的限制，但是该专利公开的非晶合金3D打印成形系统工艺较为复杂，由于激光装置需要较大的能量，而且装置占用体积空间比较大，系统造价高。如专利文献CN109434112A.pdf公开了一种基于非晶合金超塑性焊接的空间3D打印系统，该系统适合空间环境，制备的非金合金零件内部结构不够致密，会出现分层翘曲等现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，包括焦耳热电源、送丝装置、热辊压轮和成型基板；送丝装置与热辊压轮位置相对固定，送丝装置的送丝口位于热辊压轮一侧，热辊压轮连接于焦耳热电源正极或负极，成型基板连接于焦耳热电源负极或正极，送丝装置与成型基板能够相对运动。进一步的，送丝装置包括送丝机架以及设置于送丝机架上的送丝盘，送丝盘一侧设有送丝主动轮，送丝盘表面与送丝主动轮表面接触，送丝机架下端设有导丝头，导丝头的出丝口靠近热辊压轮。进一步的，热辊压轮包括碾压轮体和碾压轮体架，碾压轮体通过转轴固定于碾压轮体架上，碾压轮体架一侧设有电刷盒，电刷盒内设有电刷，电刷与碾压轮体表面接触。进一步的，电刷与电刷盒之间设有弹簧，碾压轮体架的电刷盒一侧设有用于与焦耳热电源电连接的电源接口。进一步的，碾压轮体架通过预压伸缩杆固定于移动机架上，碾压轮体架固定于预压伸缩杆下端，预压伸缩杆上端与移动机架通过螺栓连接，预压伸缩杆长度可调，预压伸缩杆与移动机架之间设有压簧。进一步的，送丝盘通过送丝调节架固定于送丝机架上，送丝调节架与送丝盘分别位于送丝调节架两侧，送丝调节架上设有调节杆孔，调节杆孔内设有调节杆，调节杆上套设有压簧，调节杆孔端部固定有从动轮轴，送丝盘安装于从动轮轴上，送丝机架上开设有用于从动轮轴移动的滑槽。进一步的，送丝盘一侧还设有固定于送丝机架上的压紧轮，压紧轮通过压紧支架固定于送丝机架上。进一步的，压紧支架上设有压紧弹簧，压紧支架一侧设有阻挡部，压紧支架在压簧的作用下使压紧轮始终与送丝盘表面接触，压紧支架另一侧设有调节螺栓，用于调整压紧支架预紧力。进一步的，送丝装置、热辊压轮和成型基板均置于密封腔体内。进一步的，成型基板固定于运动平台上，运动平台上端设有散热器，散热器上端通过散热支架固定有加热板，成型基板固定于加热板上；加热板连接有加热电源。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，利用焦耳热电源、送丝装置、热辊压轮和成型基板组成焦耳热打印系统，将送丝装置与热辊压轮位置相对固定，使送丝装置的送丝口位于热辊压轮一侧，热辊压轮和成型基板连分别接于焦耳热电源负极和正极，送丝装置与成型基板能够相对运动，利用送丝装置将打印丝材输送至成型基板，然后通过热辊压轮将待打印丝材压紧至成型基板上，使热辊压轮和成型基板构成回路，导电丝材在热辊压轮与基板接触端瞬间软化材料，基于焦耳热对热塑性合金实现增材制造，本装置结构简单，能实现高利用率、高质量、低成本、绿色环保的金属零件增材制造，是一种将材料、机械、测控技术和信息处理集为一体的金属增材制造方法，且通过热辊压轮对待打印丝材融化瞬间进行碾压实现成形样件内部良好的致密性，有利于层与层之间、层与基板之间的结合，实现高质量的金属3D成形；焦耳热电源无需经过热传导，直接加热材料和基板，能量利用率高。进一步的，送丝装置包括送丝机架以及设置于送丝机架上的送丝盘，送丝盘一侧设有送丝主动轮，送丝盘表面与送丝主动轮表面接触，送丝机架下端设有导丝头，导丝头的出丝口靠近热辊压轮，结构简单，待打印丝材更换方便。进一步的，热辊压轮包括碾压轮体和碾压轮体架，碾压轮体通过转轴固定于碾压轮体架上，碾压轮体架一侧设有电刷盒，电刷盒内设有电刷，电刷与碾压轮体表面接触，确保打印过程中碾压轮体导电良好。进一步的，送丝盘一侧还设有固定于送丝机架上的压紧轮，压紧轮通过压紧支架固定于送丝机架上，防止待打印丝材松散，提高打印稳定性。进一步的，送丝装置、热辊压轮和成型基板均置于密封腔体内。进一步的，成型基板固定于运动平台上，运动平台上端设有散热器，散热器上端通过散热支架固定有加热板，成型基板固定于加热板上；加热板连接有加热电源，能实现成型基板温控，解决了金属3D打印过程中温度梯度过大导致的热应力产生开裂、翘曲、变形等问题。附图说明图1为本专利技术送丝装置结构示意图。图2为本专利技术结构示意图。图3为本专利技术送丝调节架结构示意图。图4为碾压轮体架剖视图。其中，1、焦耳热电源；2、送丝装置；3、热辊压轮；4、成型基板；5、运动平台；6、散热器；7、加热板；8、加热电源；9、送丝机架；10、送丝盘；11、送丝主动轮；12、压紧轮；13、压紧支架；14、压紧弹簧；15、送丝调节架；16、调节杆孔；17、压簧；18、从动轮轴；19、导丝头；20、碾压轮体；21、碾压轮体架；22、电刷；23、弹簧；24、电源接口；25、移动机架；26、预压伸缩杆；27、密封腔体；28、防氧化装置；29、控制系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，其特征在于，包括焦耳热电源(1)、送丝装置(2)、热辊压轮(3)和成型基板(4)；/n送丝装置(2)与热辊压轮(3)位置相对固定，送丝装置(2)的送丝口位于热辊压轮(3)一侧，热辊压轮(3)连接于焦耳热电源(1)正极或负极，成型基板(4)连接于焦耳热电源(1)负极或正极，送丝装置(2)与成型基板(4)能够相对运动，热辊压轮(3)能够与成型基板(4)表面滚压接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，其特征在于，包括焦耳热电源(1)、送丝装置(2)、热辊压轮(3)和成型基板(4)；
送丝装置(2)与热辊压轮(3)位置相对固定，送丝装置(2)的送丝口位于热辊压轮(3)一侧，热辊压轮(3)连接于焦耳热电源(1)正极或负极，成型基板(4)连接于焦耳热电源(1)负极或正极，送丝装置(2)与成型基板(4)能够相对运动，热辊压轮(3)能够与成型基板(4)表面滚压接触。


2.根据权利要求1所述的一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，其特征在于，送丝装置(2)包括送丝机架(9)以及设置于送丝机架(9)上的送丝盘(10)，送丝盘(10)一侧设有送丝主动轮(11)，送丝盘(11)表面与送丝主动轮(11)表面接触，送丝机架(9)下端设有导丝头(19)，导丝头(19)的出丝口靠近热辊压轮(3)。


3.根据权利要求1所述的一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，其特征在于，热辊压轮(3)包括碾压轮体(20)和碾压轮体架(21)，碾压轮体(20)通过转轴固定于碾压轮体架(21)上，碾压轮体架(21)一侧设有电刷盒，电刷盒内设有电刷(22)，电刷(22)与碾压轮体(20)表面接触。


4.根据权利要求3所述的一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，其特征在于，电刷(22)与电刷盒之间设有弹簧(23)，碾压轮体架(21)的电刷盒一侧设有用于与焦耳热电源(1)电连接的电源接口(24)。


5.根据权利要求3所述的一种基于焦耳热的热塑性合金3D打印系统，其特征在于，碾压轮体架(21)通过预压伸缩杆(26)固定于移动机架(25)上，碾压轮体架(21)固定于预压伸缩杆(26)下端，预压伸缩杆(26)上端与移动机架(25)通过螺栓...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波波，任晓飞，卢秉恒，王磊，周梦杨，汤永凯，施建旭，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61