一种金属3d打印机喷头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种金属3D打印机喷头。
【背景技术】
[0002]3D打印技术是通过CAD设计数据，采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的切削加工技术，是一种自下而上的材料累加制造方法。常用于模具制造、工业设计等领域的原型或模型制造。零件直接打印成形已成为快速制造领域的重要方法，而金属零件直接3D打印技术是其中最重要的发展方向。
[0003]现有成熟的金属3D打印技术主要有激光选区烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、选区激光恪化(Selective Laser Melting，SLM)、激光近净成形(Laser EngineeringNet Shaping，LENS)和电子束选区恪化技术(Electron Beam Selective Melting，EBSM)等，虽然国内外在相关技术研宄及设备开发方面取得了较多的成果，但仍然存在成形效率低下、技术及设备成本高、可加工材料有限等问题，目前仅航空航天及军工领域有部分应用。相关技术及设备的规模化应用亟待解决。
[0004]基于金属喷射沉积技术和3D打印方法的金属喷射沉积3D打印方法，直接将金属材料通过送料机构在喷嘴中进行熔化并喷射沉积到成形底板上，通过逐层累加成形金属零件。可实现高效、低成本的金属件直接打印。其中打印机喷头是核心部件。目前金属件3D打印机喷头结构，由于喷嘴结构材料单一，加热端的热量会快速传递到送料端，导致送料端的温度较高，金属丝材在送料端中过早软化堆积，送丝无法连续进行，影响成形效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对金属丝材在送料端中过早软化堆积，送丝无法连续进行的问题，提供一种金属3D打印机喷头。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种金属3D打印机喷头，包括内芯和包覆套，包覆套套设于内芯外部。
[0007]进一步地，所述内芯由内芯I段、内芯II段和负载块构成，包覆套由包覆套I段、包覆套II段、冷却装置和加热装置构成。
[0008]进一步地，所述内芯II段位于内芯I段的下端。
[0009]进一步地，所述内芯I段材质导热性高于内芯II段材质，可以有效的将加热装置产生的热量和传导到内芯II段的热量通过冷却装置散播出去。
[0010]进一步地，所述内芯II段材质与金属浸润性较差，可以防止熔融状态的金属液与内芯II段发生粘连现象，避免喷嘴堵塞现象的发生。
[0011]进一步地，所述内芯I段和内芯II段的连接处采用坎合结构进行配合，可以保证内芯I段和内芯II段装配时具有较高的同心度，保证金属丝材顺利通过。
[0012]进一步地，所述内芯II段外周嵌装有负载块，负载块具有较高的导磁性且厚度和长度均可进行调节，可以根据被加热的材料所需热源，采用一个或多个负载块组合的方式进行调节。
[0013]进一步地，所述内芯II段下部喷嘴金属液输出部位采用采用倒圆锥台结构，可以有效减少金属液热量散失，保证丝材喷出时温降控制在一定范围内。
[0014]进一步地，所述内芯II段喷嘴金属液输出部位上方设置有一个或多个气氛保护通道，可有效减少喷出金属液的氧化气体进入熔融液体，保证最终成形金属件的质量。
[0015]进一步地，所述包覆套II段位于包覆套I段的下端。
[0016]进一步地，所述包覆套I段内部设置有冷却装置，冷却方式为循环冷却，可以有效的将加热装置产生的热量和传导到内芯II段的热量快速散播出去，使金属丝材保持物理状态完整实现连续送丝。
[0017]进一步地，所述包覆套II段内部设置有加热装置，加热装置的加热方式是电阻加热或感应加热，可以将金属丝材快速加热至融融状态。
[0018]本发明解决了现有技术能耗高、喷头易堵塞、丝材挤出困难等技术问题。
【附图说明】
[0019]图1是本发明【具体实施方式】中一种金属3D打印机喷头结构示意图。
[0020]图中:1、金属丝材，2、送丝机构，3、包覆套I段，4、冷却装置，5、加热装置，6、包覆套II段，7、内芯I段，8、负载块，9、内芯II段，10、气氛保护通道。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示的一种金属3D打印机喷头，金属丝材I在送丝机构2的驱动下将金属丝材I挤入内芯中心通孔内部，依次经过内芯I段7、内芯II段9。经过内芯I段7时因设置有冷却装置4可将金属丝材I保持完整丝材形态。金属丝材I继续通过设置有加热装置5的内芯II段9被迅速加热至熔融态，通过未熔融金属丝材I挤压及重力作用使金属丝材I通过内芯底部的喷嘴喷出。
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明:
实施例1
所述内芯I段7材料选用铜合金，有效的将加热装置5产生的热量和传导到内芯II段9的热量通过冷却装置4很好的散播出去，避免金属丝材过早软化；所述内芯II段9材料选用石墨制成，石墨与金属浸润性差，可以防止熔融状态的金属液与内芯II段9发生粘连现象，避免喷嘴堵塞现象的发生。所述负载块8选用具有高导磁性的金属合金材料，可配合包覆套II段6内部设置的加热装置5进行加热；所述加热装置5的加热方式为感应加热。所述金属丝材I材料选用锌合金。
[0023]如图1所示的一种金属3D打印机喷头，金属丝材I锌合金在送丝机构2的驱动下首先被挤入内芯中心通孔内部，然后通过铜合金制成的内芯I段7，继续通过冷却装置4和内芯II段9，金属丝材I保持完整丝材形态，直至进入到嵌装有负载块8的内芯II段9，在内芯II段9通过感应加热的加热装置5时被迅速加热至熔融态，在由循环冷却至未熔融固态金属丝材I的挤压及重力作用下将锌合金金属丝材I通过内芯底部的喷嘴喷出。
[0024]实施例2
所述内芯I段7材料选用不锈钢，有效的将加热装置5产生的热量和传导到内芯II段9的热量通过冷却装置4很好的散播到空气中，避免金属丝材过早软化；所述内芯II段9材料选用玻璃制成，玻璃与金属浸润性差，可以防止恪融状态的金属液与内芯II段9发生粘连现象，避免喷嘴堵塞现象的发生。所述负载块8选用具有高导磁性的金属合金材料，可配合包覆套II段6内部设置的加热装置5进行加热；所述加热装置5的加热方式为电阻加热。所述金属丝材I材料选用铝合金。
[0025]如图1所示的一种金属3D打印机喷头，金属丝材I锌合金在送丝机构2的驱动下首先被挤入内芯中心通孔内部，然后通过不锈钢制成的内芯I段7，继续通过冷却装置4和内芯II段9，金属丝材I保持完整丝材形态，直至进入到嵌装有负载块8的内芯II段9，在内芯II段9通过感应加热的加热装置5时被迅速加热至熔融态，在经循环冷却至未熔融的固态金属丝材I的挤压及重力作用下将铝合金金属丝材I通过内芯底部的喷嘴喷出。
[0026]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种金属3D打印机喷头，其特征在于:包括内芯和包覆套，包覆套套设于内芯外部；内芯由内芯I段(7)、内芯II段(9)和负载块(8)构成；包覆套由包覆套I段(3)、包覆套II段(6)、冷却装置(4)和加热装置(5)构成。
2.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述内芯II段(9)位于内芯I段(7)的下端，内芯I段(7)材质导热性高于内芯II段(9)材质，内芯II段(9)材质与金属浸润性较差。
3.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述内芯I段(7)和内芯II段(9)的连接处采用坎合结构进行配合。
4.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述内芯II段(9)上部外周嵌装有一个或多个负载块(8)，负载块(8)具有较高的导磁性且厚度和长度均可进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述内芯II段(9)下端喷嘴金属液输出部位采用倒圆锥台结构。
6.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述内芯II段(9)喷嘴金属液输出部位上方设置有一个或多个气氛保护通道(10)。
7.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述包覆套II段(6)位于包覆套I段(3)的下端。
8.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述包覆套I段(3)内部设置有冷却装置(4 )，冷却方式为循环冷却。
9.根据权利要求1所述的一种金属3D打印机喷头，其特征在于，所述包覆套II段(6)内部设置有加热装置(5 )，加热装置(5 )的加热方式是电阻加热或感应加热。
【专利摘要】本发明属于增材制造技术领域，涉及一种金属3D打印机喷头，其特征在于：包括内芯和包覆套，包覆套套设于内芯外部；内芯由内芯Ⅰ段、内芯Ⅱ段和负载块构成，内芯Ⅱ段外周嵌装有负载块；包覆套由包覆套Ⅰ段、包覆套Ⅱ段、冷却装置和加热装置构成，包覆套Ⅰ段内部设置有冷却装置，包覆套Ⅱ段内部设置有加热装置。本发明解决了基于送丝方式的金属喷射沉积3D打印机喷头易堵、丝材挤出不连续等问题，实现基于金属送丝方式的3D打印高效成形。
【IPC分类】B22F3-115
【公开号】CN104550958
【申请号】CN201410792373
【发明人】单忠德, 戎文娟, 刘丰, 王永威, 刘倩
【申请人】机械科学研究总院先进制造技术研究中心
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月19日