一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置的制作方法

本發明涉及增材制造技術領域，具體而言，涉及一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置。

背景技術：

3D打印技術是通過CAD設計數據，采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的切削加工技術，是一種自下而上的材料累加制造方法。常用于模具制造、工業設計等領域的原型或模型制造。零件直接打印成形已成為快速制造領域的重要方法，而金屬零件直接3D打印技術是其中最重要的發展方向。

現有成熟的金屬3D打印技術主要有激光選區燒結（Selective Laser Sintering，SLS）、選區激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、激光近凈成形（Laser Engineering Net Shaping，LENS）和電子束選區熔化技術（Electron Beam Selective Melting，EBSM）等，雖然國內外在相關技術研究及設備開發方面取得了較多的成果，但仍然存在成形效率低下、技術及設備成本高、可加工材料有限等問題，目前僅航空航天及軍工領域有部分應用。相關技術及設備的規模化應用亟待解決。

技術實現要素：

本發明的目的是針對熔融金屬由噴嘴噴出的過程中，由于熔融金屬粘度較低，常出現 “流涎”現象，從而影響成形精度的問題，提出一種適用于多種金屬材料的高精、高效熔融擠出成形裝置。

為實現上述目的，本發明采用的方案為：一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置，該裝置包括：包括送料系統（Ⅰ）、動力系統（Ⅱ）、熔煉系統（Ⅲ）、熔料擠出控制系統（Ⅳ）；送料系統（Ⅰ）包括料斗（1）、摩擦送料帶（3）、帶輪（4）、殘料回收箱（5）和進料筒（6）；熔料擠出控制系統（Ⅳ）由電磁鐵（12）、彈簧（13）、推桿（14）、噴嘴（15）、導流塊（16）構成；熔煉系統（Ⅲ）由一級感應加熱線圈（7）、坩堝（9）、二級感應加熱線圈（10）和螺桿（11）構成，并通過螺紋連接安裝在熔料擠出控制系統（Ⅳ）上；動力系統（Ⅱ）位于熔煉系統（Ⅲ）正上方，并由控制電機（17）、傳動軸（18）、蝸輪（19）以及蝸桿（20）組成。

進一步地，可以根據不同的工件制造要求，在導流塊（16）上安裝多個熔煉系統（Ⅲ），從而實現多種金屬材料的獨立或按比例混合熔融擠出成形。

進一步地，所述控制電機（17）通過聯軸器（21）帶動螺桿（11）轉動，以實現熔煉系統（Ⅲ）的可控出料。同時利用蝸輪蝸桿機構來帶動與蝸桿（20）為同一軸系的帶輪（4）轉動，從而實現送料系統（Ⅰ）的同步補料。

進一步地，所述的一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置，其特征在于，所述加熱裝置由一級感應加熱線圈（7）、二級感應加熱線圈（10）構成，通過對兩級加熱線圈的加熱溫度和加熱順序進行不同的組合，來達到不同材料所需的加熱條件。

進一步地，所述的一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置，其特征在于，所述電磁鐵（12）與控制電機（17）的同步控制，可以實現不同金屬材料熔融擠出時的實時切換，以及成形過程的啟停控制。當二者同時通電時，控制電機（16）帶動送料系統（Ⅰ）和螺桿（11）工作，電磁鐵（12）通過磁力將推桿（14）拉回，使熔化材料（8）從坩堝（9）內擠出并流入導流塊（16）中，然后熔化材料（8）由噴嘴（15）中擠出進而成形。當二者同時斷電時，控制電機（17）停止工作，因此送料系統（Ⅰ）停止送料和螺桿（11）停止轉動；電磁鐵（12）失去磁力，推桿被彈簧（13）推回原位置，使熔化材料（8）無法被擠出坩堝（9），從而實現成形動作的停止。

進一步地，所述的一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置，其特征在于，所述熔煉系統（Ⅲ）包括殘料回收箱（5），可以防止因熔煉系統（Ⅲ）中殘料過多而引起的設備損壞，同時還可以對殘余物料進行回收再利用。

附圖說明

圖1 是本發明具體實施方式中一種適用于多種金屬材料的熔融擠出成形裝置的結構示意圖。

圖2是熔融擠出裝置中動力部分的結構示意圖。

圖中：Ⅰ、送料系統，Ⅱ、動力系統，Ⅲ、熔煉系統，Ⅳ、熔料擠出控制系統，1、料斗，2、顆粒（粉）類熱塑性材料，3、摩擦送料帶，4、帶輪，5、殘料回收箱，6、進料筒，7、一級感應加熱線圈，8、熔化材料，9、坩堝，10、二級感應加熱線圈，11、螺桿，12、電磁鐵，13、彈簧，14、推桿，15、噴嘴，16、導流塊，17、控制電機，18、傳動軸，19、蝸輪，20、蝸桿，21聯軸器。

具體實施方式

以下結合附圖對采用本發明進行工件制造的過程進行詳細說明。

本發明方法具體實施步驟如下。

工作開始前在料斗（1）中加入足夠的顆粒（粉）類熱塑性材料（2）。

根據顆粒（粉）類熱塑性材料（2）的性質以及欲得熔化材料（8）的性質，對一級感應加熱線圈（7）和二級感應加熱線圈（10）的加熱溫度和加熱效率進行設置，以獲得所需要的熔化材料（8）。

工作時，控制電機（17）轉動，利用蝸輪蝸桿裝置帶動帶輪（4）轉動。顆粒（粉）類熱塑性材料（2）在自重的作用下沉積在摩擦送料帶（3）上，通過帶輪（4）的轉動帶動摩擦送料帶（3）將顆粒（粉）類熱塑性材料（2）送入進料筒（6）中，顆粒（粉）類熱塑性材料（2）在自重的作用下進入坩堝（9）內。殘料回收箱（5）可以將在送料系統（Ⅰ）中的殘料進行儲存并進行進一步回收。

控制電機（17）帶動螺桿（11）旋轉，進入坩堝（9）內腔的顆粒（粉）類熱塑性材料在加熱線圈的加熱下熔化成熔融態，同時電磁鐵（12）通電，將推桿（14）拉出，打開熔體的流道，熔化材料（8）通過螺桿的旋轉擠壓被壓入導流塊（16）中，進而從噴嘴（15）中擠出。

當要更換成形材料時，可以使當前成形材料部分的控制電機（17）和電磁鐵（12）斷電，從而使送料系統（Ⅰ）和螺桿（11）停止工作，推桿（14）通過彈簧（13）被推回原位置，關閉了熔體的流道，是坩堝（9）內的熔化材料（8）無法流入導流塊（16），避免了熔化材料（8）的“流涎”現象。同時對更換的成形材料部分的控制電機（17）和電磁鐵（12）進行通電，其工作原理與第四步相同。由此達到了更換成形材料的目的。

熔化材料（8）從噴嘴（15）中擠出后，沉積在成形平臺上，并最終成形出所需要的工件結構。

待成形金屬件完全冷卻后，從成形平臺取下，清理噴頭。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。