用于镁锂合金的快速成型装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于镁锂合金的快速成型装置，包括控制器和密封的外壳，控制器设于外壳的外部，外壳内充满惰性气体、并设有机架，机架设有三维运动装置；三维运动装置上分别安置有挤出组件以及成型平台；挤出组件包括合金桶、环形加热器、保温层、测温电阻、以及施压部件，合金桶底部设有喷嘴，环形加热器设于合金桶的周向，保温层设于环形加热器的周向，测温电阻设于合金桶的桶壁；施压部件伸入合金桶内并与合金桶的桶壁密闭接触。本实用新型专利技术专门针对镁锂合金，能够实现无模具化成型；整个成型过程通过半熔或熔化状态挤出，累积层压强化了镁锂合金的绝对强度；成型过程属于高温挤出，相当于热轧工艺，有效解决镁锂合金时效软化现象。

【技术实现步骤摘要】
用于镁锂合金的快速成型装置
本技术涉及一种用于镁锂合金的快速成型装置，属于金属快速成型

技术介绍
镁锂(Mg-Li)合金是密度最小的合金材料，密度一般为1.35-1.65，比普通镁合金轻1/4-1/3，比铝合金轻1/3-1/2，被称为超轻合金。(注：当锂的含量为6.9％时，镁锂合金密度为1.57g/cm3，当锂的含量为13.0％时，镁锂合金的密度为1.42g/cm3，当锂含量大于31％后，镁锂合金的密度将小于1g/cm3，此时镁锂合金能够浮于水面上。)镁锂合金具有高的比强度和比刚度，从材料刚性来看，若普通钢的刚性为1，则钛的刚性为2.9，铝的刚性为8.19，镁的刚性为18.9，镁锂合金的刚性为22.68；镁锂合金阻尼大，能吸收的冲击能量是铝合金的十几倍，具有优良的抗震性能；镁锂合金具有抗高能粒子穿透能力，在屏蔽电磁干扰方面表现突出；而且镁锂合金密度远远小于新型航空用材——铝锂合金的密度。镁锂合金以上的优点正好可以满足航空、航天、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域的技术要求，使其有着巨大发展潜力。镁锂合金早在1960年代，美国NASA即开发应用于航天工业零件上，在美国、日本、德国、俄罗斯等国都有商业镁锂合金系，而在中国却没有相应的合金系。我国对镁锂合金的研究还处于起步阶段，中铝郑州研究院在2010年成功研制超轻镁锂合金，领头中国镁锂合金发展。中国高端产业技术的提升，令镁锂合金行业市场被看好。《中国镁合金行业市场前瞻与投资预测分析报告前瞻》指出镁锂合金在医药化工和航空航天工业领域的应用将得到长期成长。由于下游终端消费市场的稳步增长，年均复合增长率(CAGR)为20％-25％(其中包含了交通工具、3C、航空航天和医药化工领域镁锂合金的应用)。虽然镁锂合金具有上述的各种优点，并在许多领域具有很好的应用前景，但镁锂合金材料本身仍然存在制约其大规模应用的缺点和问题。其中比较关键的缺点或问题有：(1)、绝对强度偏低：虽然镁锂合金的比强度高，然而作为金属结构材料，其绝对强度目前明显偏低，对于铸态合金，镁锂合金的抗拉强度一般在100MPa左右，对于变形合金，其抗拉强度在200MPa左右，这一强度水平在很多应用场合是无法满足使用要求的。因此，如何在现有材料的基础上，通过改变各种加工方法(如累积叠轧、等径角挤压)以及复合强化等技术手段实现镁锂合金的强化，对于拓展镁锂合金的应用将起到非常重要的作用。(2)、镁锂合金的时效软化现象：镁锂合金中主要的合金强化元素是Al或Zn，这两种元素的存在，使得合金中易出现MgAlLi2相和MgZnLi相，这两种相均是亚稳相，易分解形成软化相，从而导致合金的力学性能下降。因此，如何通过热处理工艺控制实现抑制时效软化也将是一个重要的课题。另外，镁锂合金材料可常温塑性加工成型，如轧延、冲压等技术大量生产，也可铸造成型和半固态注塑成型。但这些生产方式都需要大型设备来制作，这也对镁锂合金的应用带来了极大的限制。快速成型技术是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术。该技术一开始应用于工业领域的模具制造，后用于产品的直接制造。近些年伴随数字技术的飞速发展，快速成型技术又在建筑、医疗、汽车、电子甚至食品、美容、珠宝等领域风生水起，被誉为“21世纪最具潜力的技术”。然而，目前尚未有专门针对镁锂合金材料的快速成型装置或工艺。经检索发现，申请号CN201410376412.5、申请公布号CN104148637A的专利技术专利，公开了一种熔融挤出快速成型金属部件的系统及其实现方法，包括密闭的箱体、抽真空系统及气体流量控制系统，密闭箱体内设有打印机构、基板、用于储存金属丝/带材的线轴及运动控制系统，打印机构包括用于熔融金属的坩埚及挤出喷头，基板上设有加热管、保温装置及隔热罩，隔热罩将打印机构包覆在内，运动控制系统分别与打印机构及基板相连；采取独立加热方式来实现金属的熔融，再将熔融的金属挤出成型。然而，该技术方案的不利之处在于：(1)其适用的金属丝材直径在0.05mm-10mm之间，但是市面上现有的镁锂合金材料主要为直径20mm以上的棒料，如果要使用其装置则必须先加工为丝材或片材，费时费力。(2)多处技术细节的描述比较笼统，很难直接适用于镁锂合金。比如，通过机械挤压或气体加压方式对金属熔体施加压力，使坩埚内金属熔体从喷头中挤出，其中，机械挤压是指，通过进丝系统，利用金属丝/带材自身对金属熔体进行挤压，或单独设置螺杆挤压金属熔体，气体加压则是通过对坩埚上部的气体施加压力从而对金属熔体进行挤压；然而，在具体实践中，不专门设计相关装置根本不能实现以金属丝/带材自身对金属熔体进行挤压，更不要提主要为棒料的镁锂合金材料；由于金属熔体温度很高，机械并不能直接挤压金属熔体，设置螺杆挤压金属熔体的手段实际上是不可行的；气体加压则在实际应用时很难见到。再如，由于并未设置冷却装置，在如此之高的环境温度下，其系统难以持续运行。
技术实现思路
本技术的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种用于镁锂合金的快速成型装置，专门针对镁锂合金的特点而设计，制作成本低，且维护方便，能够将镁锂合金快速成型制成所需的金属零件。本技术解决其技术问题的技术方案如下：一种用于镁锂合金的快速成型装置，包括控制器和密封的外壳，所述控制器设于外壳的外部，所述外壳内充满惰性气体、并设有机架，其特征是，所述机架设有三维运动装置，所述三维运动装置的受控端与控制器的控制端连接；所述三维运动装置上分别安置有挤出组件以及成型平台，所述挤出组件的受控端与控制器的控制端连接；所述挤出组件包括合金桶、环形加热器、保温层、测温电阻、以及施压部件，所述合金桶底部设有喷嘴，所述环形加热器设于合金桶的周向，所述保温层设于环形加热器的周向，所述测温电阻设于合金桶的桶壁；所述测温电阻的信号输出端与控制器的信号输入端连接；所述施压部件伸入合金桶内并与合金桶的桶壁密闭接触。该装置在运行时，一方面，在控制器控制下由三维运动装置执行运动动作；另一方面，在控制器控制下挤出组件将放入桶内的镁锂合金加热至半熔或熔化状态，并将其通过喷嘴挤出，进而堆积在成型平台上。整个过程在惰性气体中进行，可保护镁锂合金避免氧化变质。优选地，在挤出组件中，所述施压部件为陶瓷材质的活塞杆；所述活塞杆的顶部具有板状帽；所述挤出组件还包括支撑于三维运动装置的模组支架，所述模组支架位于合金桶的上方，所述模组支架上安置有竖向电机、联轴器、螺纹杆、以及螺纹座，所述螺纹座设有夹持活塞杆板状帽的夹板，所述竖向电机的输出轴经联轴器与螺纹杆传动连接，所述螺纹杆穿过螺纹座且两者螺纹连接，所述螺纹座与模组支架具有的竖向轨道形成滑移副；所述挤出组件的受控端为竖向电机的受控端；所述竖向电机具有循环冷却部件。采用该优选方案，可进一步优化挤出组件的具体结构，该结构采用的陶瓷活塞杆在竖向电机驱动下进行挤压动作，进而将半熔或熔化的镁锂合金挤出喷嘴。循环冷却部件可降低电机的工作温度，使电机能在300℃以上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于镁锂合金的快速成型装置，包括控制器和密封的外壳，所述控制器设于外壳的外部，所述外壳内充满惰性气体、并设有机架，其特征是，所述机架设有三维运动装置，所述三维运动装置的受控端与控制器的控制端连接；所述三维运动装置上分别安置有挤出组件以及成型平台，所述挤出组件的受控端与控制器的控制端连接；所述挤出组件包括合金桶、环形加热器、保温层、测温电阻、以及施压部件，所述合金桶底部设有喷嘴，所述环形加热器设于合金桶的周向，所述保温层设于环形加热器的周向，所述测温电阻设于合金桶的桶壁；所述测温电阻的信号输出端与控制器的信号输入端连接；所述施压部件伸入合金桶内并与合金桶的桶壁密闭接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于镁锂合金的快速成型装置，包括控制器和密封的外壳，所述控制器设于外壳的外部，所述外壳内充满惰性气体、并设有机架，其特征是，所述机架设有三维运动装置，所述三维运动装置的受控端与控制器的控制端连接；所述三维运动装置上分别安置有挤出组件以及成型平台，所述挤出组件的受控端与控制器的控制端连接；所述挤出组件包括合金桶、环形加热器、保温层、测温电阻、以及施压部件，所述合金桶底部设有喷嘴，所述环形加热器设于合金桶的周向，所述保温层设于环形加热器的周向，所述测温电阻设于合金桶的桶壁；所述测温电阻的信号输出端与控制器的信号输入端连接；所述施压部件伸入合金桶内并与合金桶的桶壁密闭接触。


2.根据权利要求1所述用于镁锂合金的快速成型装置，其特征是，在挤出组件中，所述施压部件为陶瓷材质的活塞杆；所述活塞杆的顶部具有板状帽；所述挤出组件还包括支撑于三维运动装置的模组支架，所述模组支架位于合金桶的上方，所述模组支架上安置有竖向电机、联轴器、螺纹杆、以及螺纹座，所述螺纹座设有夹持活塞杆板状帽的夹板，所述竖向电机的输出轴经联轴器与螺纹杆传动连接，所述螺纹杆穿过螺纹座且两者螺纹连接，所述螺纹座与模组支架具有的竖向轨道形成滑移副；所述挤出组件的受控端为竖向电机的受控端；所述竖向电机具有循环冷却部件。


3.根据权利要求1所述用于镁锂合金的快速成型装置，其特征是，在挤出组件中，所述施压部件为镁锂合金棒；所述挤出组件还包括支撑于三维运动装置的电机安装板，所述电机安装板位于合金桶的上方，所述电机安装板上安置有送丝电机、送丝轮、以及滑板，所述送丝电机的输出轴与送丝轮传动连接，所述滑板与电机安装板具有的轨道形成滑移副，所述滑板与电机安装板之间设有复位弹簧，所述滑板上安置有压轮，所述压轮末端设有压轮轴承；在复位弹簧作用下，所述镁锂合金棒夹持于送丝轮与压轮之间，且位于压轮轴承与电机安装板之间；所述挤出组件的受控端为送丝电机的受控端；所述送丝电机具有循环冷却部件。


4.根据权利要求2或3所述用于镁锂合金的快速成型装置，其特征是，所述三维运动装置由X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件构成，所述三维运动装置的受控端由X轴运动组件的受控端、Y轴运动组件的受控端、Z轴运动组件的受控端构成，所述X轴运动组件的受控端、Y轴运动组件的受控端、Z轴运动组件的受控端分别与控制器的控制端连接；
所述Y轴运动组件支撑于机架，所述X轴运动组件支撑于Y轴运动组件上，所述挤出组件支撑于X轴运动组件；所述Z轴运动组件支撑于机架，所述成型平台支撑于Z轴运动组件；所述挤出组件位于成型平台的上方。


5.根据权利要求4所述用于镁锂合金的快速成型装置，其特征是，所述X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件分别采用运动副组件；
所述运动副组件包括底板、驱动电机、联轴器、以及运动模组，所述运动模组包括外壳、滑块、以及丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅强，王健，
申请(专利权)人：江苏军智增材航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32