一種金屬熔融快速成型極坐標3d打印設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于三維增材制造技術領域，特別涉及一種金屬熔融快速成型極坐標3D打印設備。
【背景技術】
[0002]在工業領域里，鑄造是最基本的專業，為機械制造業提供毛坯或半成品，傳統鑄件的生產模式是先制作木模、型芯或蠟模(精密澆鑄用)，然后造型(砂型)、烘干砂型、刷涂料、澆注、冷卻，然后對鑄件進行清理，去冒口、打磨、噴沙等后續處理;眾所周知鑄造業目前存在最大問題是:1.工人的勞動強度大;2.工作環境惡劣:臟亂差、粉塵大(打磨的金屬粉末和造型砂塵粉末)；3.產品內部質量難控制和廢品率高，雖然近些年來鑄造有了一定的發展，但受本專業特殊性的限制及中國勞動力的匱乏，鑄造業也陷入了艱難的境地。機械零部件要是能直接打印出來，不用加工或少加工，這便是未來工業4.0革命的目標。
[0003]目前快速成型制造技術發展比較塊，具體工藝很多，但金屬材料快速成型目前有兩種方法:直接法和間接法。I.間接法選域激光燒結:是將有機粘結劑粉末和有金屬粉末按一定比例組成機械混合物，或有機粘結劑覆膜和金屬粉末所得到的物質作；由于有機粘結劑或有機粘結劑覆膜的熔點比金屬低很多，因此在激光掃描時粘結劑先熔化，將金屬粉末顆粒粘結起來，形成金屬零件的坯體制件。間接法燒結工藝還需要復雜的后續處理工藝才能作為金屬制件，這種方法配料復雜，工藝操作麻煩，制件易變形，所以僅適應小件和少量生產，零件力學性能(強度)和精度都比較差，尤其是制件成本高。2.直接選域激光燒結法:采用單一純金屬粉末或由高熔點金屬粉末和低熔點金屬粉末混合而成的粉末作為燒結用的材料，利用高能量激光燒結直接獲得金屬零件，直接燒結法也需要復雜的后續處理工藝，所得制件的密度及力學性能很難滿足零件的功能要求，表面質量也差，目前在鈦合金、不銹鋼等特殊材料中進行試驗者較多。綜上金屬粉末SLS技術在工業領域里現在只是開始(試驗嘗試階段)，燒結的三維制件普遍存在力學性能、表面質量、密度、精度比較差，還不能作為功能性機械零部件直接使用，有待于新材料、新工藝和新智能裝備的開發和運用。
【實用新型內容】
[0004]基于此，本實用新型公開了一種金屬熔融快速成型極坐標3D打印設備，所述打印設備包括:
[0005]所述打印設備包括:第一電機、第一絲杠、橫梁及絲杠螺母、第二電機、第二絲杠、滑塊和打印頭、輸送管、熔化爐、工作臺、第三電機、第三絲杠、第四電機、搖臂、第五電機和極坐標滑塊；
[0006]所述第一電機與第一絲杠的一端可操作耦合，第一絲杠的另一端穿過橫梁及絲杠螺母；
[0007]所述第二電機與滑塊和打印頭安裝在所述橫梁及絲杠螺母上；
[0008]所述第二絲杠的一端與第二電機可操作耦合，另一端通過滑塊和打印頭與橫梁及絲杠螺母可操作耦合；
[0009]所述輸送管一端與熔化爐可操作耦合，另一端與打印頭可操作的耦合；
[0010]所述工作臺位于滑塊和打印頭的下方，所述工作臺和第四電機安裝在極坐標滑塊上；
[0011 ]所述第三絲杠穿過極坐標滑塊與第三電機可操作耦合；
[0012]所述第三電機安裝在搖臂上；
[0013]所述第五電機與搖臂可操作耦合。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型一個實施例中金屬熔融快速成型極坐標3D打印設備的示意圖；其中:1.底板;2.立板;3.第一電機;4.第一絲杠;5.橫梁及絲杠螺母;6.第二電機;7.第二絲杠;8.滑塊和打印頭;9.輸送管；10.熔化爐；11工作臺；12.第四電機；13.第三絲杠；14.第三電機;15.搖臂；16.第五電機;17.極坐標滑塊18.支撐滾輪。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖及具體的實施例對本實用新型進行進一步的說明；
[0016]在一個實施例中，本實用新型公開了一種金屬熔融快速成型極坐標3D打印設備，所述打印設備包括:
[0017]所述打印設備包括:第一電機、第一絲杠、橫梁及絲杠螺母、第二電機、第二絲杠、滑塊和打印頭、輸送管、熔化爐、工作臺、第三電機、第三絲杠、第四電機、搖臂、第五電機和極坐標滑塊；
[0018]所述第一電機與第一絲杠的一端可操作耦合，第一絲杠的另一端穿過橫梁及絲杠螺母；
[0019]所述第二電機與滑塊和打印頭安裝在所述橫梁及絲杠螺母上；
[0020]所述第二絲杠的一端與第二電機可操作耦合，另一端通過滑塊和打印頭與橫梁及絲杠螺母可操作耦合；
[0021]所述輸送管一端與熔化爐可操作耦合，另一端與打印頭可操作的耦合；
[0022]所述工作臺位于滑塊和打印頭的下方，所述工作臺和第四電機安裝在極坐標滑塊上；
[0023]所述第三絲杠穿過極坐標滑塊與第三電機可操作耦合；
[0024]所述第三電機安裝在搖臂上；
[0025]所述第五電機與搖臂可操作耦合。
[0026]本實施例所述的輸送管用于輸送熔化爐內的打印材料，定量栗用于對打印材料進行定量輸出；本實施例所述的裝置能夠滿足不同金屬材料的打印需求，熔化爐能夠將不同的熔融狀態下的金屬材料進行保溫，定量栗根據打印需求定量的通過輸送管輸出打印材料，打印頭將打印材料送到待打印處。
[0027]本實用新型所述的設備用于鋁及鋁合金的熔融精密成型，在此基礎上也可發展其它材料的精密鑄造，所述設備利用極坐標3D打印機作為成型操作平臺，以熔融狀態的鋁及鋁合金為耗材，快速創建金屬模型，并且在此基礎上提出鋁及鋁合金熔融快速成型的3D打印技術。熔融快速成型3D極坐標打印機將是鑄造業轉型升級的起點，也是未來工業的發展方向。
[0028]本實用新型熔融快速成型3D打印設備的實用新型和問世將為實現鑄造業的轉型升級和開啟中國機器人及智能裝備2.0增添光輝的一頁，實現高效、節材和節能環保的少無切削加工，也將徹底改變落后的鑄造行業。
[0029]在一個實施例中，所述第三絲杠在第三電機的帶動下使工作臺整體沿第三絲杠方向直線移動，實現工作臺在公轉半徑內的經線方向運動；同時工作臺在第四電機的帶動下作旋轉運動，實現了工作臺的回轉曲線運動。
[0030]更優的，本實施例所述的工作臺為圓形工作臺；如圖1所示:圓形工作臺和電機4安裝在極坐標滑塊上，極坐標滑塊在絲杠3帶動下使工作臺沿極軸(絲杠3)做徑向移動P;同時工作臺在電機4帶動下做旋轉運動，實現工作臺的自轉，自轉角度O?360，工作臺自轉實現了回轉曲線的打印。
[0031]在一個實施例中，在一個實施例中，所述第一絲杠在第一電機的帶動下做旋轉運動，并使得所述橫梁帶動滑塊和打印頭沿第一絲杠做Z向整體移動，實現逐層堆積打印制造的過程；
[0032]更優的，所述滑塊和打印頭在第二電機及第二絲杠的帶動下做與Z向垂直的X向運動，并與極坐標配合使打印頭做經線方向和Z向的運動。
[0033]在本實施例中，如附圖1所示:打印頭安裝在上橫梁滑塊上，滑塊隨第二絲杠在橫梁導軌上左右運動，實現平面上的直線打印；同時電機I帶動第一絲杠使橫梁沿Z軸方向上下移動。
[0034]通過這套裝置打印頭在極坐標系下理論上可以完成工作行程內任意曲線及直線的打印，屬于結構簡單的5軸聯動裝置，每打印一層打印頭沿Z軸方向移動一層;本實用新型所述設備的層厚、液態金屬凝固狀況和精度、速度要求在三維數據專用分層軟件中設定。
[0035]在一個實施例中，所述打印設備裝置還包括支撐滾輪；
[0036]所述工作臺在第五電機的帶動下，通過搖臂在支撐滾輪的配合下，實現極角Θ轉動。
[0037]更優的，如圖1所示:件號11、12、17、13、14安裝固定在搖臂(件號15)上，搖臂圍繞著電機5做旋轉運動，即公轉，公轉角度O?360度，這樣在電機5帶動下通過搖臂實現了工作臺的極角Θ轉動。
[0038]在一個實施例中，所述打印頭打印出材料的直徑由打印時的送料壓力、打印的材質及其半熔融狀態下的表面張力決定。
[0039]在本實施例中，常規FDM 3 D打印機所用材料多為塑料之類，打印頭直徑一般為
0.4mm，而壓力鑄造3D打印機打印頭直徑大小取決于壓力和材質，目前常規壓力鑄造最小壁厚為2mm，鑒于鋁及鋁合金熔融狀態的流動性和材料能夠順利噴出，本實用新型暫定打印頭直徑為2_(也有壓力增大最小壁厚可做到0.8_的特例)，當然打印頭直徑越小打印精度越高，隨著實際應用和深度發展，可以通過研究打印頭噴出半熔融狀態表面張力、凝固性能、打印頭結構的配合關系及其它高溫微噴技術的研究逐步實現更小直徑的打印頭，以提高鑄件精度和應用范圍。
[0040]在一個實施例中，所述第一絲杠、第二絲杠、第三絲杠均采用滾珠絲杠。[0041 ]在本實施例中，由于鋁及鋁合金鑄造溫度在660?760度之間，而現有3D打印機的傳動機構基本采用高精度單齒面或雙齒面同步帶帶傳動，已不能勝任高溫環境的傳動，因此在3D