[发明专利]3D打印设备及其复合喷头

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印设备，更具体地，涉及用金属料浆3D打印型坯制备金属零部件的设备及直接用于3D打印成型复杂形状陶瓷型坯的3D打印设备，属于3D打印技术领域及粉末成型领域。

背景技术

3D打印是直接从数字模型通过材料堆积来生产三维实体的技术，从理论上来说，任何形状的三维物体都能被分层切片成二维片层结构，3D打印技术被认为在任意复杂形状金属零部件的直接成形上有极大的潜力。

对众多粉末冶金工作者而言，一直期望能够采取与陶瓷生产工艺类似的方法来制备金属零部件，即把金属粉末配制成金属料浆，堆积或堆塑成三维立体的型坯，经烧结后制得金属零部件。近年来3D打印技术发展迅速，因此我们提出将料浆浇注技术和3D打印技术结合起来，利用金属料浆的流动性、可固化性和3D打印技术成型任意复杂空间结构的能力，一体化、近净成型金属零部件坯体，进而制备复杂形状的金属零部件。但在研究过程中发现，实施该技术时存在一些难点，在实质上可将这些难点归为两大关键问题：

(1)制备性能适用于3D快速打印的金属料浆，其技术要求包括：ⅰ)金属粉末与其他组分能很好的相容(包括物理相容和化学相容)，金属粉末颗粒均匀稳定地分散，不易沉淀；ⅱ)流动性良好，粘度值小于1Pa·s，易于通过管道输送；ⅲ)固化反应可控制，要求金属料浆固化时间小于3秒，以解决打印过程中的固化问题。

(2)从设备上要解决金属料浆储存及定向定量快速输送、按截面形状定量喷射金属料浆等数字化控制问题和打印过程中控制金属料浆固化的问题。

对于制备性能合格金属料浆的问题，料浆浇注技术针对大多数金属粉末和陶瓷粉末均已开发出成熟的料浆体系，通过添加分散剂和采取特殊的分散手段，可控制金属料浆中金属粉末固相含量高于55％，粘度值低于1Pa·s，可以说以往研发的有关金属料浆的性能和特性已经满足3D快速打印的要求。但这些料浆并不能直接用于现有3D打印机上，需要对现有3D打印机进行设计和改造。

上述两个关键问题是不可分割的，在我们前期有关金属料浆的大量研究成果基础上，通过本发明在设备功能和结构设计和实际装备试验后，完成了本发明的设备研究。

检索近30年文献，尚未检索到通过3D打印金属料浆来成型金属零部件坯体的3D打印设备专利及其相关报导。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型3D打印设备，其通过使用金属料浆，并借助复合喷头，以化学引发或热引发的方式快速引发金属料浆固化，从而获得金属零部件坯体。

为达到上述目的，本发明提供一种3D打印设备，所述设备包括：3D打印机主体，具有打印室和位于所述打印室内的打印平台；

料浆压力储存与定量供料系统100，用于储存金属料浆，并能在气体压力下供应所述金属料浆；

料浆3D打印复合喷头200，其与所述料浆压力储存与定量供料系统100连通，将输送来的金属料浆喷射到所述打印平台上；

化学固化剂压力储存与定量供料系统31，其与所述料浆3D打印复合喷头200连通，用于储存化学固化剂，并能将所述化学固化剂经所述料浆3D打印复合喷头200喷入所述金属料浆中，使喷出的金属料浆固化；

热引发系统32，用于加热喷出的金属料浆以固化。

优选地，所述料浆3D打印复合喷头200包含主料浆喷口21和环绕所述主料浆喷口21设置的多个化学固化剂喷孔22；所述主料浆喷口21连通所述料浆压力储存与定量供料系统100，所述化学固化剂喷孔22连通所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31。

优选地，所述料浆压力储存与定量供料系统100包括料浆压力储存箱11、料浆流量控制装置12和料浆输送管13；所述料浆压力储存箱11安装有压力表111和一高压气体引入管112，以控制引入的高压气体对金属料浆施加预定压力；所述料浆输送管13与所述复合喷头200的主料浆喷口21相连通。

优选地，所述料浆流量控制装置12具有流量控制阀，设置在所述料浆压力储存箱11与所述料浆输送管13之间，或设置在所述料浆输送管13与所述复合喷头200之间，或设置在所述料浆输送管13上。

优选地，所述化学固化剂压力储存与定量供料系统31包括化学固化剂压力储存箱、化学固化剂流量控制装置和化学固化剂输送管；所述化学固化剂压力储存箱安装有压力表和高压气体引入管，以控制引入的高压气体对化学固化剂施加预定压力；所述化学固化剂输送管与所述复合喷头200的化学固化剂喷孔22相连通。