CN206276911U - 一种熔融沉积成型的金属三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种熔融沉积成型的金属三维打印机，打印机包括打印头组件、成型座、移动组件和耗材供给组件，耗材供给组件用于驱动第一成型材料和第二成型材料输送到打印头组件中，第一成型材料和第二成像材中的至少一个包括金属材料和粘结剂，打印头组件用于在成型座上挤出第一成型材料和/或第二成型材料。通过耗材供给组件和打印头组件利用FDM的成型方式分别打印具有不同金属材料的成型材料，其成型效率高成本低，继而能够实现多金属材料的三维模型打印,其能够形成具有新金属性能的三维模型。

Description

一种熔融沉积成型的金属三维打印机

技术领域

本实用新型涉及金属三维打印领域，尤其涉及一种熔融沉积成型的金属三维打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材（即成型材料）和介质等组成，打印原理也基本类似。

现有的一种常用打印方式是熔融沉积成型(FDM)，其是通过在水平移动的打印头挤出加热熔融后的成型材料，并在成型座逐层叠堆形成三维模型。另外一种打印方式是激光烧结(SLM)，其利用粉末激光烧结成型，基本原理是用粉末铺设一层后用激光烧结，然后再用粉末铺设一层，再激光烧结一次，循环打印出三维立体实物。

然而上述两种打印方法都存在一定的局限性，如需要大功率的激光头或者高温熔化，才能够实现金属打印，这就需要三维打印设备非常专业的保护，而且能源消耗较多，成本非常高。

发明内容

针对上述的背景技术，本实用新型的目的是提供一种采用熔融沉积成型方式实现快速多种金属材料三维打印成型的金属三维打印机。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种熔融沉积成型的金属三维打印机，金属三维打印机包括打印头组件、成型座、移动组件和耗材供给组件，移动组件用于移动打印头组件，耗材供给组件用于驱动第一成型材料和第二成型材料输送到打印头组件中，第一成型材料和第二成型材料中的至少一个包括金属材料和粘结剂，打印头组件用于在成型座上挤出第一成型材料和/或第二成型材料。

由上述方案可见，通过耗材供给组件和打印头组件分别打印具有不同金属材料的成型材料，同时采用打印头挤出成像的原理，利用FDM的成型方式进行三维打印，其成型效率高成本低，继而能够实现多金属材料的三维模型打印, 其能够形成具有新金属性能的三维模型。

更进一步的方案是，金属打印机还包括连接在耗材供给组件和打印头组件之间的引导装置，引导装置设置有第一输入端、第二输入端和输出端，第一成型材料输入至第一输入端，第二成型材料输入至第二输入端，输出端与打印头组件连接，第一输入端和输出端之间连通设置有第一通道，第二输入端和输出端之间连通设置有第二通道。

更进一步的方案是，打印头组件包括第一打印头和第二打印头，第一打印头用于挤出第一成型材料，第二打印头用于挤出第二成型材料。

由上可见，通过引导装置的设置或多打印头的设置，继而实现多种成型材料的挤出，其结构简单，控制方便。

更进一步的方案是，第一成型材料包括第一金属材料和第一粘结剂，第二成型材料包括第二金属材料和第二粘结剂，第一金属材料为锌基合金，第二金属材料为铝基合金或不锈钢合金。

由上可见，锌基合金和铝基合金的熔点相接近，其两金属材料融合打印后能够形成金属性能良好的金属三维模型，而锌基合金的熔点小于不锈钢合金的熔点，故不锈钢合金可以作为支撑部位进行打印，烧结后可简易去除。

更进一步的方案是，第一成型材料包括第一金属材料和第一粘结剂，第二成型材料为支撑材料，第一金属材料为锌基合金，支撑材料为树脂或聚乳酸。

由上可见，利用支撑材料作为支撑部位打印，在高温烧结后，支撑材料将会气化排出，清洁和清除多余部位工作量减少，继而实现更全面的金属三维打印功能。

附图说明

图1是本实用新型金属三维打印机第一实施例的结构图。

图2是本实用新型金属三维打印机第一实施例线中材轮、耗材供给组件和引导装置的连接示意图。

图3是是本实用新型金属三维打印机的打印方法第一实施例的原理示意图。

图4是本实用新型金属三维打印机第二实施例中引导装置的结构图。

图5是是本实用新型金属三维打印机的打印方法第二实施例的原理示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

金属三维打印机第一实施例：

参照图1，三维打印机1包括壳体11，壳体11围成用于三维成像的空腔，在该空腔内安装有X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机(未标示)，X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机构成本实施例的移动组件，Z轴移动电机安装在空腔的底部，在Z轴移动电机上连接有螺杆，在空腔的底壁还安装有导杆，在导杆上安装有Z轴移动支架131，在该Z轴移动支架131上设置有成型座132，由于Z轴移动支架131与螺杆螺纹啮合，所以当Z轴移动电机工作时，将带动螺杆旋转，继而使得成型座132在Z轴移动电机的驱动下在Z轴方向上移动。

成型座包括加热板、钢板和玻璃板，钢板设置在加热板上，钢板上的外缘设置有加强筋，加强筋围成凹槽，玻璃板设置在凹槽中，玻璃板朝向打印头的端面和凹槽的底壁之间的距离大于或等于加强筋朝向打印头的端面和凹槽的底壁之间的距离，钢板上设置有弹性抵接在加强筋朝内的端面与玻璃板侧壁之间的固定件。由于金属打印机的温度较高，故成型座需要加热设置处理，有利于防止模型翘起。

Y轴移动电机122安装在空腔的侧壁上，在侧壁上固定设置有导杆，在导杆上设置有Y轴移动支架，Y轴移动电机通过皮带与Y轴移动支架连接，当Y轴移动电机122转动时，将通过皮带带动Y轴移动支架沿着导杆滑动，即Y轴移动支架在Y轴移动电机122的驱动下在Y轴方向上移动。

在Y轴移动支架上安装有X轴移动电机121和两根导杆，两根导杆分别设置在X轴移动电机121的两侧，在两根导杆上设置有打印头组件14、耗材供给组件和引导装置2。当X轴移动电机121转动时，将通过皮带带动打印头组件14沿着导杆滑动，即打印头组件14在X轴移动电机121的驱动下在X轴方向上移动。X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机组成了本实施例的移动电机组件。

参照图2，壳体11在空腔的背侧上设置有线材轮161和线材轮162，线材轮161上卷绕有丝状的成型材料151，线材轮162上卷绕有丝状的成型材料152，在本实施例中，成型材料151和成型材料152均包括金属材料和粘结剂，且成型材料151的熔点低于成型材料152的沸点，这样使得成型材料151和成型材料152的熔点相接近，在加热至熔融状态下，其内含的金属材料能够相互融合，不会发生一种金属材料加热至沸点继而气化，或不会发生一种金属材料处于熔融状态另外一种金属材料仍然处于固态，导致金属材料无法融合。

耗材供给组件、引导装置2和打印头组件14均安装在X轴上的两根导杆上并一体地沿该X轴导杆和Y轴导杆所形成的平面上移动。耗材供给组件包括电机171和电机172，由于电机171和电机172结构相同，所以下面以电机171为例进行说明。电机171包括驱动轮181和从动轮191，驱动轮181之间从动轮191夹持有丝状的成型材料151，当驱动轮181逆时针转动时，可将丝状的成型材料151自上而下地移动，当驱动轮182顺时针旋转时，可将丝状的成型材料151自下而上地移动。同理，在电机172的驱动轮的逆时针或顺时针旋转时，可将丝状的成型材料152往上或往下地输送。经过耗材供给组件驱动丝状的成型材料151和丝状的成型材料152后，可将丝状的成型材料151和丝状的成型材料152输入到引导装置2。

参照图3并结合图2，引导装置2连接在耗材供给组件和打印头组件14之间的，引导装置2包括壳体21，在壳体21的上端部设置有输入端23和输入端24，在壳体21的下端部设置有输出端215。在输入端23和输出端215之间连通地开设有通道213，在输入端23和输出端215之间连通地开设有通道214，通道213和通道214均为第一壳体21和第二壳体22在中部分别开设的圆槽所围成。通道213和通道214在其各自的下端部相互连通地设置，使得通道213和通道214呈Y型树杈状地分布。在通道213和通道214靠近上端部的位置上分别安装有位置检测装置(未表示)，位置检测装置可采用激光检测等常用的位置检测器，通过位置检测装置可对成型材料的位置进行检测，并将位置检测的结果反馈至三维打印机中。

打印头组件14包括喷嘴142和加热器141，加热器141套在喷嘴142外，加热器141可对喷嘴142内的成型材料进行加热并使成型材料加热至熔融状态，具体温度大致在150-200摄氏度，其能够将粘结剂加热至熔融状态。打印头组件的输入端与输出端215连通设置。

金属三维打印机的打印方法第一实施例：

应用上述金属三维打印机第一实施例，即成型材料151和成型材料152均包括金属材料和粘结剂，且成型材料151的熔点低于成型材料152的沸点，以及成型材料151和成型材料152的熔点相接近。

打印头组件14在成型座上挤出成型材料151和成型材料152的步骤包括：

首先，耗材供给组件驱动成型材料151进入至引导装置并驱动，并驱动至打印头组件14中，继而加热，然后打印头组件14在成型座上挤出一层成型材料151，

随后，成型座下降预设距离后，打印头组件14在成型材料151上挤出一层成型材料152。继而实现不同层采用不同金属材料进行三维模型打印。

打印完毕后，从成型座取出，将进行高温烧结，两种金属材料相互熔融混合，形成具有新的金属性能的金属三维模型。

将两种金属材料相互融合打印，还可以先在打印头内进行混合，具体为，成型材料151和成型材料152在打印头组件内混合后形成混合成型材料，在一并从打印头挤出继而形成混合金属三维打印。

金属三维打印机的打印方法第二实施例：

在打印方法第一实施例的应用基础上，参照图3，在打印一层模型时，可以根据实际模型设计随时切换打印的成型材料，即一层模型同时采用成型材料151和成型材料152进行打印。

上述打印方法第一实施例和第二实施例，其优选的金属材料为，成型材料151的金属材料为锌基合金，锌基合金的熔点在450-480摄氏度，成型材料152的金属材料为铝基合金，锌基合金的熔点温度在580-650摄氏度。

金属三维打印机的打印方法第三实施例：

又或者只采用一种成型材料，即打印头组件14在成型座上打印一种成型材料并使其成三维模型。

金属三维打印机的打印方法第四实施例：

应用上述金属三维打印机第一实施例，并对成型材料的性质做出调整，具体为，成型材料151和成型材料152均包括金属材料和粘结剂，且成型材料151的熔点高于成型材料152的沸点。其优选的金属材料为，成型材料152的金属材料为锌基合金，锌基合金的熔点在450-480摄氏度，成型材料151的金属材料为不锈钢合金，不锈钢合金的熔点温度在1200-1300摄氏度。

打印头组件14在成型座上挤出成型材料151和成型材料152的步骤包括：

在需要打印一些需要支撑结构的三维模型时，首先先进行支撑部位的打印，耗材供给组件驱动成型材料151进入至引导装置并驱动，并驱动至打印头组件14中，继而加热，然后打印头组件14在成型座上挤出成型材料151，将成型材料151作为支撑部位，来支撑成型材料152的打印。

随后执行实体部位的打印，成型座下降预设距离后，打印头组件14在成型材料151上挤出成型材料152，继而实现支撑部位和实体部位的配合打印。

打印完毕后，从成型座取出，将进行高温烧结，由于实体部位是成型材料152，故加热至成型材料152熔融温度即可，而成型材料151由于温度低还处于未固化或还处于粉末状态，所以清理和去除成型材料151是较为容易的。

金属三维打印机的打印方法第五实施例：

上述实施例的成型材料均含有金属材料，本实施例采用的方案是，成型材料151包括金属材料和粘结剂，金属材料可采用锌基合金，成型材料152为支撑材料，支撑材料可采用ABS树脂或PLA聚乳酸，成型材料151的熔点高于所述成型材料152的熔点。

打印头组件14在成型座上挤出成型材料151和成型材料152的步骤包括：

在需要打印一些需要支撑结构的三维模型时，首先先进行支撑部位的打印，耗材供给组件驱动成型材料152进入至引导装置并驱动，并驱动至打印头组件14中，继而加热，然后打印头组件14在成型座上挤出成型材料152，将成型材料152作为支撑部位，来支撑成型材料151的打印。

随后执行实体部位的打印，成型座下降预设距离后，打印头组件14在成型材料152上挤出成型材料151，继而实现支撑部位和实体部位的配合打印。

打印完毕后，从成型座取出，将进行高温烧结，由于实体部位是成型材料151，故需加热至成型材料151熔融温度，而为ABS树脂或PLA聚乳酸的支撑材料将会气化排出，所以清理和去除成型材料152是较为容易的。

金属三维打印机的打印方法第六实施例：

除了不同金属材料的混合打印外，还可以采用金属材料与非金属材料之间的混合打印，具体为，第一成型材料包括第一金属材料和第一粘结剂，第二成型材料采用非金属材料，如可采用陶瓷墨水，其用于色彩的成像，或者可采用永磁材料、陶瓷粉末或稀土粉末等，用于改良金属特性。

金属三维打印机第二实施例：

参照图4，图4是引导装置3从输入端口朝向输出端口视角下的结构图。引导装置3在上端部设置有五个输入端口31，引导装置3在下端部设置有输出端口32，其中四个输入端口31分布在靠外侧，另外一个输入端口31设置在中部，每一个输入端口31和输出端口32之间连通地开设有通道33，多个通道33在其各自的下端部相互连通地设置，使得通道33呈立体树杈状地分布在引导装置3中，再通过耗材供给组件设置多个电机，多个电机分别输送成型材料进入引导装置中，利用引导装置3是同样可实现本实用新型的目的。

金属三维打印机第三实施例：

参照图5，本实施例的打印头组件可采用多打印设计方案进行多材料三维成像，具体为，打印头组件包括打印头41和第二打印头42，打印头41用于挤出所述成型材料151，打印头42用于挤出成型材料152，在本实施例中可采用耗材供给组件直接将成型材料输入至打印头中，并应用上述打印方法实施例，便可实现本实用新型的目的。

由上可见，通过耗材供给组件和打印头组件分别打印具有不同金属材料的成型材料，同时采用打印头挤出成像的原理，利用FDM的成型方式进行三维打印，其成型效率高成本低，继而能够实现多金属材料的三维模型打印, 其能够形成具有新金属性能的三维模型。

Claims (5)

1.一种熔融沉积成型的金属三维打印机，其特征在于：

所述金属三维打印机包括打印头组件、成型座、移动组件和耗材供给组件，所述移动组件用于移动所述打印头组件，所述耗材供给组件用于驱动第一成型材料和第二成型材料输送到所述打印头组件中，所述第一成型材料和所述第二成型材料中的至少一个包括金属材料和粘结剂，所述打印头组件用于在所述成型座上挤出所述第一成型材料和/或所述第二成型材料。

2.根据权利要求1所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述金属打印机还包括连接在所述耗材供给组件和所述打印头组件之间的引导装置，所述引导装置设置有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一成型材料输入至所述第一输入端，所述第二成型材料输入至所述第二输入端，所述输出端与所述打印头组件连接，所述第一输入端和所述输出端之间连通设置有第一通道，所述第二输入端和所述输出端之间连通设置有第二通道。

3.根据权利要求1所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述打印头组件包括第一打印头和第二打印头，所述第一打印头用于挤出所述第一成型材料，所述第二打印头用于挤出所述第二成型材料。

4.根据权利要求1至3任一项所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述第一成型材料包括第一金属材料和第一粘结剂，所述第二成型材料包括第二金属材料和第二粘结剂，所述第一金属材料为锌基合金，所述第二金属材料为铝基合金或不锈钢合金。

5.根据权利要求1至3任一项所述的金属三维打印机，其特征在于：

所述第一成型材料包括第一金属材料和第一粘结剂，所述第二成型材料为支撑材料，所述第一金属材料为锌基合金，所述支撑材料为树脂或聚乳酸。