CN114888310A - 一种基于金属微滴喷射的打印平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于金属微滴喷射的打印平台，属于3D打印技术领域，包括龙门架、金属微滴喷射装置以及XYZ三维运动平台，金属微滴喷射装置包括带有喷嘴的坩埚、加热组件、喷射控制系统以及固定环，坩埚上设有用于密封坩埚的坩埚盖，固定环一端环绕设置在所述坩埚盖上，另一端连接龙门架，以实现金属微滴喷射装置的固定，喷射控制系统包括气路三通和气动脉冲装置，气路三通的一端与坩埚盖相连，并与坩埚相通，另外两端分别为排气口和进气口，进气口连接气动脉冲装置，气动脉冲装置连接外部进气通道。本发明为金属微滴喷射的3D打印技术的发展提供平台设计基础，加速了金属微滴喷射的3D打印技术的发展并使其在实际生产中得到运用。

Description

一种基于金属微滴喷射的打印平台

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种基于金属微滴喷射的打印平台。

背景技术

基于金属微滴喷射的3D打印技术是一种有别于传统金属3D打印的新兴技术，它是通过控制脉冲压力和波形等参数，使熔融态金属喷射形成微米～亚毫米级的均匀微滴，再精确控制沉积基板三维运动与微滴按需喷射间的协调匹配，按照预设扫描轨迹实现金属微滴的逐点、逐线、逐层打印，最终成形出目标三维结构。金属微滴喷射3D打印技术在微小型复杂件、功能器件等的快速制造方面具有独特优势。

现阶段基于金属微滴喷射的3D打印技术为一项新型技术，且对于整体金属微滴喷射3D打印平台设计的研究较少。现有大部分的3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等原材料，通过热熔层压、粉末石膏成型、喷墨、粉末烧结成型等方法将原材料堆积叠加，从而将实物打印，但是缺乏针对基于金属微滴喷射的3D打印平台构建，这使得基于金属微滴喷射的3D打印技术发展缓慢，难以得到生产运用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于金属微滴喷射的打印平台，为基于金属微滴喷射的3D打印技术提供平台设计基础，加快了基于金属微滴喷射的3D打印技术的发展并使其在实际生产中得到运用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于金属微滴喷射的打印平台，包括龙门架、连接在所述龙门架上的金属微滴喷射装置以及用于承载金属微滴的XYZ三维运动平台；

所述金属微滴喷射装置包括带有喷嘴的坩埚、加热组件、喷射控制系统以及固定环，所述加热组件设置在所述坩埚上以加热所述坩埚；

所述坩埚上设有用于密封所述坩埚的坩埚盖，所述坩埚盖连接在所述坩埚远离所述喷嘴的一端，所述固定环一端环绕设置在所述坩埚盖上，另一端连接所述龙门架，以实现所述金属微滴喷射装置的固定；

所述喷射控制系统包括气路三通和气动脉冲装置，所述气路三通的一端与所述坩埚盖固定相连，并与所述坩埚相通，另外两端分别为排气口和进气口，所述进气口连接气动脉冲装置，所述气动脉冲装置连接外部进气通道。

本公开的一些实施例中，所述龙门架包括框架横梁、框架纵梁以及框架立柱，所述框架横梁、框架纵梁以及框架立组合形成方型框架。

本公开的一些实施例中，所述框架纵梁与框架立柱之间设有角件，以提升龙门架的稳定性。

本公开的一些实施例中，所述框架横梁、框架纵梁、框架立柱以及角件均采用40系列工业铝型材。

本公开的一些实施例中，所述加热组件为感应加热炉，整体结构为空心铜管外环绕多匝线圈。

本公开的一些实施例中，所述金属微滴喷射装置还包括热电偶，所述热电偶设置在所述坩埚盖上，并贯穿所述坩埚盖，用于测量和控制所述坩埚内金属微滴的温度。

本公开的一些实施例中，所述XYZ三维运动平台包括用于承载金属微滴的总基板和连接在所述总基板远离所述金属微滴喷射装置一侧的三维运动平台。

本公开的一些实施例中，所述总基板包括沿远离所述金属微滴喷射装置的方向依次设置的沉积基板、加热基板、隔热基板以及底座。

本公开的一些实施例中，所述三维运动平台包括X轴位移台、Y轴位移台以及Z轴位移台，所述X轴位移台、Y轴位移台以及Z轴位移台依次顺序相连以实现所述XYZ三维运动平台的三维运动。

本公开的一些实施例中，还包括立式滑座和充电环，所述立式滑座连接在所述龙门架上，所述充电环一端连接在所述立式滑座，以实现所述充电环的上下滑动，另一端为圆环，该圆环位于所述金属微滴喷射装置与所述XYZ三维运动平台之间，使得所述金属微滴喷射装置喷射出的金属微滴产生极性带电。

本公开的一些实施例中，所述坩埚和加热组件由内向外同轴设置，即所述加热组件包覆在所述坩埚的外侧，用于加热所述坩埚。

本发明的有益效果在于：

1、本发明基于金属微滴喷射的3D打印技术设计了一种基于金属微滴喷射的打印平台，围绕着满足打印所需的平台活动的范围以及结构的强度条件进行，最终展现出从理论上可行的金属微滴喷射3D打印平台模型，为金属微滴喷射的3D打印技术的发展提供平台设计基础，加快了基于金属微滴喷射的3D打印技术的发展并使其在实际生产中得到运用。

2、本发明通过喷射控制系统中的气动脉冲装置控制气体压力和通进气，以控制金属微滴的均匀喷射，保证打印质量和速度，并且通过位于所述金属微滴喷射装置与所述XYZ三维运动平台之间的充电环可以使得所述金属微滴喷射装置喷射出的金属微滴产生极性带电。

3、本发明通过设置在所述坩埚盖上的热电偶，能够准确的测量坩埚内金属微滴的温度，并且通过与加热组件的配合，能够实现对坩埚内金属微滴的温度控制，保证金属微滴的温度始终保持在最佳的喷射温度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为金属微滴喷射装置的结构示意图；

图3为XYZ三维运动平台的结构示意图。

附图标记：11-龙门架、101-框架横梁、102-框架纵梁、103-框架立柱、104-角件、105-立式滑座、106-充电环、21-金属微滴喷射装置、201-气路三通、202-气路外连接件、203-气路内连接件、204-气动脉冲装置、205-热电偶、206-固定支架、207-固定环、208-顶盖、209-坩埚盖、210-加热组件、211-坩埚、31-XYZ三维运动平台、301-沉积基板、302-加热基板、303-隔热基板、304-底座、305-X轴位移台、306-Y轴位移台、307-Z轴位移台。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种基于金属微滴喷射的打印平台，包括龙门架11、金属微滴喷射装置21以及XYZ三维运动平台31，所述金属微滴喷射装置21连接在所述龙门架11上，用于按需产生金属微滴，所述XYZ三维运动平台31位于所述金属微滴喷射装置21的正下方，用于承载从所述金属微滴喷射装置21中喷射出的金属微滴。

重点参阅图1，所述龙门架11包括4根框架横梁101、4根框架纵梁102以及4根框架立柱103，将所述框架横梁101、框架纵梁102以及框架立柱103进行组合，形成长方体型框架，并且在所述框架纵梁102与框架立柱103之间设有角件104，以提升龙门架11的连接稳定性，角件104通过40系列T形螺母(M6)、规格尺寸为6的平垫圈与标准型短头内六角螺栓(M6)与所述框架纵梁102和框架立柱103相固连。所述框架横梁101、框架纵梁102、框架立柱103以及角件104均采用40系列工业铝型材，并设有开槽，以保障装置整体的轻量化。

所述金属微滴喷射装置21安装在远离所述XYZ三维运动平台31的所述框架横梁101上的中部，并在远离所述XYZ三维运动平台31的另一根所述框架横梁101的中部设有立式滑座105，所述立式滑座105上设有充电环106，所述充电环106位于所述金属微滴喷射装置21与所述XYZ三维运动平台31之间，所述充电环106用于使从所述金属微滴喷射装置21喷射的金属微滴穿过所述充电环106后，金属微滴产生极性带电。

重点参阅图2，所述金属微滴喷射装置21包括带喷嘴的坩埚211、加热组件210、固定环207、顶盖208、坩埚盖209以及喷射控制系统，所述坩埚211与坩埚盖209通过设置在坩埚内的螺纹密封形式，达到紧密装配的效果，加热组件210包覆在所述坩埚211外侧，所述顶盖208通过螺纹连接安装在所述坩埚盖209上作为适应性连接，以保障装配空间。所述固定环207环绕设置在所述顶盖208上，通过螺栓连接使得所述固定环207收紧以固定顶盖208，所述固定环207连接固定支架206，所述固定支架206连接在所述龙门架11的框架横梁101上，以实现所述金属微滴喷射装置21的安装。

所述喷射控制系统包括气路三通201和气动脉冲装置204，在所述顶盖208和坩埚盖209上均设有通孔，所述顶盖208和坩埚盖209的通孔为同轴孔，所述气路三通201的一端连接所述顶盖208上的通孔，另外两端分别为上排气孔和右进气口，所述右进气口连接气动脉冲装置204，所述气动脉冲装置204连接外部进气管道；所述气路三通201与所述顶盖208上的通孔之间为螺纹连接，所述右进气口和所述气动脉冲装置204之间设有气路外连接件202与气路内连接件203，作为适应性连接。

在所述顶盖208上还设有贯穿所述顶盖208和坩埚盖209直至所述坩埚211内的热电偶205，用于测量和控制金属微滴的温度。

具体的，所述加热组件210为感应加热炉，整体结构为空心铜管外环绕多匝线圈，采用电磁感应原理加热坩埚211内的锡铅合金溶液，工作时通入中频或高频交流电后，在锡铅合金内形成同频率感应电流，将合金迅速加热，所述热电偶205和加热组件210均匀外部控制系统相连，通过热电偶205测量温度，并反馈至控制系统，由控制系统调节加热组件210，以实现对坩埚211中的锡铅合金溶液的温度控制。

重点参阅图3，所述XYZ三维运动平台31上通过螺栓连接沉积基板301、加热基板302、隔热基板303以及底座304形成一个总基板，从上到下的顺序依次为沉积基板301、加热基板302、隔热基板303、底座304，所述沉积基板301是金属微滴从喷射装置喷射出后的载体，加热基板302的作用是调节温度在一定的范围之内，以防金属微滴凝固速度太快反而铺展不充分，隔热基板303的作用是防止高温对运动平台造成影响。

总基板通过螺栓固连在X轴位移台305的移动台上，同样X轴位移台305中间底部通过螺栓固连在Y轴位移台306的移动台上，Y轴位移台306的中间底部通过螺栓固连在Z轴位移台307的垂直运动平台上，最终实现三维运动的效果。

本实施例提供的一种基于金属微滴喷射的打印平台的具体工作流程如下：

首先将金属块料加入到坩埚211内，组装好装置各部件并对连接处做密封处理。将加热组件7加热温度设定到指定温度并保温，使内部金属块料完全熔化为金属熔液。在打印工作开始时，调节三维运动平台与坩埚211的喷嘴的距离小于7mm。打印过程中，调打开气动脉冲装置204产生脉冲信号，均匀金属微滴在坩埚211的喷嘴处形成金属微滴，金属微滴沉积到所述XYZ三维运动平台31上，配合所述XYZ三维运动平台31的不断运动，如此反复，从而完成金属微滴的逐点、逐层堆积成型，形成3D打印结构件。

本实施例基于金属微滴喷射的3D打印技术设计了一种基于金属微滴喷射的打印平台，围绕着满足打印所需的平台活动的范围以及结构的强度条件进行，最终展现出从理论上可行的金属微滴喷射3D打印平台模型，为金属微滴喷射的3D打印技术的发展提供平台设计基础，速基于金属微滴喷射的3D打印技术的发展并使其在实际生产中得到运用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：包括龙门架(11)、连接在所述龙门架(11)上的金属微滴喷射装置(21)以及用于承载金属微滴的XYZ三维运动平台(31)；

所述金属微滴喷射装置(21)包括带有喷嘴的坩埚(211)、加热组件(210)、喷射控制系统以及固定环(207)，所述加热组件(210)设置在所述坩埚(211)上以加热所述坩埚(211)；

所述坩埚(211)上设有用于密封所述坩埚(211)的坩埚盖(209)，所述坩埚盖(209)连接在所述坩埚(211)远离所述喷嘴的一端，所述固定环(207)一端环绕设置在所述坩埚盖(209)上，另一端连接所述龙门架(11)，以实现所述金属微滴喷射装置(21)的固定；

所述喷射控制系统包括气路三通(201)和气动脉冲装置(204)，所述气路三通(201)的一端与所述坩埚盖(209)固定相连，并与所述坩埚(211)相通，另外两端分别为排气口和进气口，所述进气口连接气动脉冲装置(204)，所述气动脉冲装置(204)连接外部进气通道。

2.根据权利要求1所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述龙门架(11)包括框架横梁(101)、框架纵梁(102)以及框架立柱(103)，所述框架横梁(101)、框架纵梁(102)以及框架立(103)组合形成方型框架。

3.根据权利要求2所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述框架纵梁(102)与框架立柱(103)之间设有角件(104)，以提升龙门架(11)的稳定性。

4.根据权利要求3所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述框架横梁(101)、框架纵梁(102)、框架立柱(103)以及角件(104)均采用40系列工业铝型材。

5.根据权利要求1所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述加热组件(210)为感应加热炉，整体结构为空心铜管外环绕多匝线圈。

6.根据权利要求1所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述金属微滴喷射装置(21)还包括热电偶(205)，所述热电偶(205)设置在所述坩埚盖(209)上，并贯穿所述坩埚盖(209)，用于测量和控制所述坩埚(211)内金属微滴的温度。

7.根据权利要求1所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述XYZ三维运动平台(31)包括用于承载金属微滴的总基板和连接在所述总基板远离所述金属微滴喷射装置(21)一侧的三维运动平台。

8.根据权利要求7所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述总基板包括沿远离所述金属微滴喷射装置的方向依次设置的沉积基板(301)、加热基板(302)、隔热基板(303)以及底座(304)。

9.根据权利要求8所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：所述三维运动平台包括X轴位移台(305)、Y轴位移台(306)以及Z轴位移台(307)，所述X轴位移台(305)、Y轴位移台(306)以及Z轴位移台(307)依次顺序相连以实现所述XYZ三维运动平台(31)的三维运动。

10.根据权利要求1所述的一种基于金属微滴喷射的打印平台，其特征在于：还包括立式滑座(105)和充电环(106)，所述立式滑座(105)连接在所述龙门架(11)上；

所述充电环(106)一端连接在所述立式滑座(105)，以实现所述充电环(106)的上下滑动，另一端为圆环，该圆环位于所述金属微滴喷射装置(21)与所述XYZ三维运动平台(31)之间，使得所述金属微滴喷射装置(21)喷射出的金属微滴产生极性带电。

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