一種製造金屬製品的設備和系統的製作方法
2023-07-21 21:32:11 1
一種製造金屬製品的設備和系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種製造金屬製品的設備和系統，該設備包括：3D列印裝置、注漿裝置、成型熔化裝置、金屬熔化裝置、金屬液注入裝置、移動定位機構和液體量檢測器，先將要製造的金屬製品模型用易熔材料列印出來，形成易熔材料陽模，與此同時在易熔材料陽模外圍列印易熔材料陰模；在易熔材料陽模和易熔材料陰模之間的空腔內注入耐高溫材料料漿；使耐高溫材料料漿乾燥成型同時易熔材料熔化後，形成耐高溫材料陰模；在耐高溫材料陰模中注入熔化的金屬液，金屬液冷卻後形成金屬製品的模型。採用本實用新型設備實現了任意形狀金屬製品的生產自動化，生產精度高，生產和設備成本低。
【專利說明】 一種製造金屬製品的設備和系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於製造【技術領域】，具體涉及一種製造金屬製品的設備和系統。
【背景技術】
[0002]在工業製造領域現在多採用3D雷射列印技術。用3D雷射列印金屬，多採用粉末狀金屬，通過高功率雷射/電子束燒結堆積，逐層列印的方式來構造物體。這種方式存在如下缺陷:
[0003]I)由於採用逐層列印的方式，列印速度慢；
[0004]2)金屬粉末在燒結過程中存在微觀孔隙，填充率低，列印出來的製品密度低、強度差，有損金屬產品的機械性能；
[0005]3)金屬在燒結成型過程中容易氧化；
[0006]4)印表機結構複雜、價格昂貴。
[0007]這些嚴重影響了金屬3D列印生產技術的運用和普及。
實用新型內容
[0008]針對現有技術的缺陷，本實用新型的目的是提供一種全新的製造金屬製品的設備和系統。本實用新型完全摒棄了傳統的金屬粉末燒結-逐層列印技術，製品強度高，成本低。
[0009]本實用新型提供的金屬製品的製造設備，該設備用於先將要製造的金屬製品模型用易熔材料列印出來，形成易熔材料陽模，與此同時在易熔材料陽模外圍列印易熔材料陰模；在易熔材料陽模和易熔材料陰模之間的空腔內注入耐高溫材料料漿；使耐高溫材料料漿乾燥成型同時易熔材料熔化後，形成耐高溫材料陰模；在耐高溫材料陰模中注入熔化的金屬液，金屬液冷卻後形成金屬製品的模型。該製造設備包括機架I和用於列印易熔材料模型的3D列印裝置，所述3D列印裝置包括升降平臺3，升降平臺3能夠上下移動定位，該製造設備還包括:
[0010]注漿裝置，用於將耐高溫材料料漿注入易熔材料陽模和易熔材料陽模之間的空腔；
[0011]成型熔化裝置，用於使耐高溫材料料漿乾燥成型同時使易熔材料熔化；
[0012]金屬熔化裝置，用於熔化金屬；
[0013]金屬液注入裝置，用於將熔化的金屬液注入耐高溫材料陰模；
[0014]移動定位機構，用於將耐高溫材料料漿或熔化的金屬液的出口分別與所述易熔材料陰模或耐高溫材料陰模的開口定位，以便準確注入相應位置；和
[0015]液體量檢測器，用於檢測注入的耐高溫材料料漿和熔化的金屬液的量；
[0016]易熔材料模型、耐高溫材料模型和金屬製品模型均在升降平臺3上形成。
[0017]本實用新型採用了與傳統的金屬粉末燒結-逐層列印完全不同的思路，先生產出易熔材料模型，再生成耐高溫材料陰模，將易熔材料熔掉，最後在耐高溫材料陰模中注入金屬液，除掉耐高溫材料陰模即可。具體來說本實用新型具有如下優點:
[0018]I)採用本實用新型設備和方法實現了任意形狀金屬製品的自動化生產，且生產效率高，該設備仍可以列印塑料等易熔材料製品；
[0019]2)採用移動定位機構和液體量檢測器，生產精度高；
[0020]3)採用金屬熔化注入的方式，不易被氧化，填充率高，列印出來的製品強度不受影響；
[0021]4)可以使用常見金屬材料，不需要製成金屬粉末，生產成本低，同時不需要價格高昂的雷射燒結，設備成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]附圖1為本實用新型一個【具體實施方式】正面結構示意圖。
[0023]附圖2為圖2背面結構示意圖。
[0024]附圖3為圖1 Z-Z方向視圖。
[0025]附圖4為本實用新型另一個【具體實施方式】的局部視圖。
[0026]附圖5為步驟I 3D列印的易熔材料模型。
[0027]附圖6為步驟3的耐高溫材料模型。
[0028]附圖7為利用電磁感應線圈加熱的優選方式。
[0029]圖中:機架1、第一水平移動定位機構2、升降平臺3、第二水平移動定位機構4、冷卻氣體噴嘴5、儲液罐6、隔熱板7、高溫氣體噴嘴8、出氣口 9、支撐杆10、升降座11、擠壓輸送滾輪12、傳輸管13、電磁感應加熱線圈14、絲杆15、豎直導軌16、金屬熔煉爐17、金屬液保溫爐18、金屬液出口 19、耐火平臺20、滑動座41、前後導向杆401、左右固定座402、左右導向杆403、易熔材料陽模A、易熔材料陰模B、耐高溫材料空腔C、注入耐高溫材料的開口 D、金屬液注入口堵塊E、易熔材料出口堵塊F、耐高溫材料模C』、注入金屬的開口 E』、易熔材料熔化流出口 F』。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本實用新型製造金屬製品的設備包括機架I和用於列印易熔材料模型的3D列印裝置，該製造設備還包括:注漿裝置，用於將耐高溫材料料漿注入易熔材料陽模和易熔材料陽模之間的空腔；成型熔化裝置，用於使耐高溫材料料漿乾燥成型同時使易熔材料熔化；金屬熔化裝置，用於熔化金屬；金屬液注入裝置，用於將熔化的金屬液注入耐高溫材料陰模；移動定位機構，用於將耐高溫材料料漿或熔化的金屬液的出口分別與所述易熔材料陰模或耐高溫材料陰模的開口定位，以便準確注入相應位置；和液體量檢測器，用於檢測注入的耐高溫材料料漿和熔化的金屬液的量。
[0031]本實用新型可在現有3D印表機基礎上進行改裝實現。3D列印裝置採用升降機構和升降平臺3在垂直方向移動定位。升降機構包括Z軸移動組件和升降驅動組件。如圖2，Z軸移動組件包括豎直導軌16和絲杆15。升降驅動組件為Z軸電機。升降平臺3與設於機架I上的兩條豎直導軌16滑動連接，升降平臺3與設於機架I上的絲杆15相連接，絲杆15下端與設於機架I上的Z軸電機的轉軸相連接，用於升降平臺3的升降。
[0032]3D列印裝置通過第一水平移動定位機構2在水平方向移動定位。第一水平移動定位機構2可採用現有技術(未在附圖詳細標明)，其上設有滑動座即列印頭，列印頭上設有易熔材料(如熱塑性塑料或紫外線光固化樹脂)擠出裝置和擠壓電機，擠出裝置與易熔材料儲藏罐連接，擠出裝置設有噴頭。採用現有的控制方法進行易熔材料的列印。
[0033]注漿裝置包括用於儲存耐高溫材料料漿的儲液罐6和導液管。注漿裝置上設有液體輸送裝置(包括輸液電機)，盛放耐高溫材料料漿的儲液罐6通過導液管與液體輸送裝置連通，液體輸送裝置下設出液口。儲液罐6開口可設有距離傳感器，監測儲液罐6內剩餘液體量。
[0034]成型熔化裝置，例如使用熱風槍，產生高溫氣體，在機架I上設置高溫氣體噴嘴8。
[0035]金屬熔化裝置可以採用多種加熱方式使金屬熔化，如電磁感應加熱、等離子加熱等。可以另外設置惰性氣體保護系統，通入惰性氣體保護，更好的防止金屬氧化。
[0036]作為一個優選的實施方式，如圖1，金屬熔化裝置包括電磁感應加熱線圈14。金屬液注入裝置包括支撐杆10、升降座11、擠壓輸送滾輪12和傳輸管13 ;支撐杆10固定在機架I上，升降座11能夠沿支撐杆10上下移動，兩個擠壓輸送滾輪12設置在升降座11上，用於擠壓輸送金屬絲，傳輸管13穿過電磁感應加熱線圈14，用於輸送金屬絲和熔化的金屬液。更優選的，如圖7所示，在升降平臺3上設置耐火平臺20，模型放置在耐火平臺20上，注入金屬液時，使模型處於電磁感應加熱線圈14中間位置。
[0037]作為另外一個優選的實施方式，如圖4，金屬熔化裝置包括金屬熔煉爐17。金屬液注入裝置包括金屬液保溫爐18，其設金屬液出口 19。熔化的金屬從金屬熔煉爐17流入金屬液保溫爐18，金屬液出口 19處可設置電磁閥(高溫閥芯)，控制開閉和金屬液流量。
[0038]金屬熔化裝置還可以採用馬弗爐加熱，馬弗爐底部可開啟，供將升降平臺3送入。
[0039]移動定位機構可以直接設置在升降平臺3上，使升降平臺3不僅能夠沿豎直方向的Z軸移動定位，而且能夠沿水平方向的X軸和Y軸方向移動定位。
[0040]移動定位機構還可以分開設置。例如，通過升降平臺3在垂直方向移動定位，通過設置第二水平移動定位機構4使得注漿裝置的出液口能夠沿水平方向更精確、更自由的移動定位。如圖1和3，此時，注漿裝置的出液口在滑動座41上，滑動座41設置在第二水平移動定位機構4上，第二水平移動定位機構4包括X軸移動組件、Y軸移動組件及水平驅動組件。
[0041]第二水平移動定位機構4可以與第一水平移動定位機構2採用相同結構。下面以一個優選實施例進行詳細的說明。X軸移動組件包括前後導向杆401和傳動鏈條。Y軸移動組件包括左右導向杆403、左右固定座402和左右傳動帶。水平驅動組件包括X軸電機和Y軸電機。
[0042]通過皮帶和鏈條傳動可帶動固定座402橫向及縱向移動,左右傳動帶上分別設有左右固定座402，固定座402與設於機架I上的縱向延伸的左右導向杆403滑動連接，左、右固定座402之間設有前後導向杆401和傳動鏈條，滑動座41與前後導向杆401滑動連接。第二水平移動定位機構4上設有X軸電機和Y軸電機，驅動滑動座41在前後導向杆401和左右導向杆403上沿X軸和Y軸移動。
[0043]移動定位機構(包括各電機)、液體量檢測器(如距離傳感器)和電磁閥分別與控制單元連接。控制單元用於:控制3D列印裝置進行3D列印；控制移動定位機構，使相應部件在水平和/或垂直方向移動及定位；接收液體量檢測器的信號，當液體量達到預定值時，控制注漿裝置或金屬液注入裝置由開啟狀態進入關閉狀態，以便定量注入耐高溫材料料漿或熔化的金屬液。
[0044]採用本實用新型製造金屬製品，易熔材料模型、耐高溫材料模型和金屬製品模型均在升降平臺3上形成，包括如下步驟:
[0045]步驟1，3D列印裝置使用易熔材料將易熔材料陽模A和易熔材料陰模B列印出來，易熔材料陽模A與所要製造的金屬製品的模型相同；易熔材料陰模B為任意形狀，其將易熔材料陽模A包圍在內，並在易熔材料陽模A和易熔材料陰模B之間留下空腔C，空腔C任一處的厚度均不為O ;在易熔材料陰模B上留出開口、在空腔C內設堵塊，作為後序注入耐高溫材料的開口、注入金屬液的開口和易熔材料熔化流出口 ；
[0046]以列印一個金屬球為例，如圖5所示，易熔材料陽模A與此球相同，易熔材料陰模B採用正方體形狀；在易熔材料陰模B頂部留開口 D貫通空腔C用於注入耐高溫材料；在空腔C頂部設一空心管狀堵塊E用於之後注入金屬液，意即開一與開口 D相同的開口，用空心管狀堵塊E堵上，使堵塊E與易熔材料陽模A相交，以便後序隔離耐高溫材料料漿形成開口E』 ；在空腔C底部設一實心堵塊F用於後序易熔材料熔化流出；(堵塊E和F用易熔材料列印);
[0047]步驟2，移動定位機構調整注漿裝置的耐高溫材料料漿出口和注入耐高溫材料的開口(開口 D)相對位置，注漿裝置將耐高溫材料料漿從開口注入，並恰好填滿空腔C ；
[0048]步驟3，移動定位機構調整模型和成型熔化裝置相對位置，通過成型熔化裝置加熱使耐高溫材料料漿乾燥成型，易熔材料熔化從易熔材料熔化流出口流出，留下耐高溫材料陰模C』 ；
[0049]如圖6所示，此時堵塊E和堵塊F都熔化，留下開口 E』和F』，開口 E』用於注入金屬液，將開口 F』用一防漏堵塊堵上,防止後序金屬液漏出；
[0050]步驟4，金屬熔化裝置將金屬熔化，移動定位機構調整金屬液出口和注入金屬液的開口 E』相對位置，金屬液注入裝置將熔化的金屬液從注入金屬液的開口注入，並恰好填滿耐高溫材料陰模C』的內部空腔；
[0051]步驟5，將金屬液冷卻成型後，採用物理或化學方法除去耐高溫材料陰模C』，得金屬製品的模型。
[0052]如果要製造球體等易滾動的金屬製品，可以在步驟3將金屬製品固定在升降平臺3上，或者採用在步驟I易熔材料陽模A下面、易熔材料陰模B中形成一水平空腔，注入耐高溫材料並成型後，生成一平底，就不會在平臺上滾落。
[0053]所述耐高溫材料熔點 > 金屬熔點 > 易熔材料熔點,耐高溫材料和易熔材料均可選用現有的材料，例如耐高溫材料可以採用石膏等，易熔材料可以採用塑料等。
【權利要求】
1.一種製造金屬製品的設備，該設備包括機架(I)和用於列印易熔材料模型的3D列印裝置，所述3D列印裝置包括升降平臺(3)，升降平臺(3)能夠上下移動定位，其特徵在於該設備還包括: 注漿裝置，用於將耐高溫材料料漿注入易熔材料陽模和易熔材料陰模之間的空腔； 成型熔化裝置，用於使耐高溫材料料漿乾燥成型同時使易熔材料熔化； 金屬熔化裝置，用於熔化金屬； 金屬液注入裝置，用於將熔化的金屬液注入耐高溫材料陰模； 移動定位機構，用於將耐高溫材料料漿或熔化的金屬液的出口分別與所述易熔材料陰模或耐高溫材料陰模的開口定位，以便準確注入相應位置；和 液體量檢測器，用於檢測注入的耐高溫材料料漿和熔化的金屬液的量； 易熔材料模型、耐高溫材料模型和金屬製品模型均在升降平臺(3)上形成。
2.根據權利要求1所述的製造金屬製品的設備，其特徵在於所述移動定位機構設置在升降平臺(3)上，使升降平臺(3)不僅能夠沿豎直方向的Z軸移動定位，而且能夠沿水平方向的X軸和Y軸方向移動定位。
3.根據權利要求1所述的製造金屬製品的設備，其特徵在於: 所述注漿裝置包括用於儲存耐高溫材料料漿的儲液罐(6)和導液管，導液管末端設出液口 ； 所述出液口在滑動座(41)上，滑動座(41)設置在第二水平移動定位機構(4)上，第二水平移動定位機構(4)包括X軸移動組件、Y軸移動組件及水平驅動組件。
4.根據權利要求1所述的製造金屬製品的設備，其特徵在於所述成型熔化裝置產生高溫氣體，在機架(I)上設置高溫氣體噴嘴(8)。
5.根據權利要求f4之一所述的製造金屬製品的設備，其特徵在於: 所述金屬熔化裝置包括電磁感應加熱線圈(14)； 所述金屬液注入裝置包括支撐杆(10)、升降座(11)、擠壓輸送滾輪(12)和傳輸管(13)； 支撐杆(10 )固定在機架(I)上，升降座(11)能夠沿支撐杆(10 )上下移動，兩個擠壓輸送滾輪(12)設置在升降座(11)上，用於擠壓輸送金屬絲，傳輸管(13)穿過電磁感應加熱線圈(14)，用於輸送金屬絲和熔化的金屬液。
6.根據權利要求f4之一所述的製造金屬製品的設備，其特徵在於: 所述金屬熔化裝置包括金屬熔煉爐(17)； 所述金屬液注入裝置包括金屬液保溫爐(18)，其設金屬液出口( 19)。
7.一種製造金屬製品的系統，包括權利要求f 6之一所述的金屬製品的製造設備和控制單元，所述移動定位機構和液體量檢測器與控制單元連接，控制單元用於:控制3D列印裝置進行3D列印；控制移動定位機構，使相應部件在水平和/或垂直方向移動及定位；接收液體量檢測器的信號，當液體量達到預定值時，控制注漿裝置或金屬液注入裝置由開啟狀態進入關閉狀態，以便定量注入耐高溫材料料漿或熔化的金屬液。
【文檔編號】B22C9/04GK204159819SQ201420582733
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】陳鋒 申請人:陳鋒