[实用新型]一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属三维打印成型技术领域，更具体地，涉及一种基于五轴联动的半固态金属挤出沉积成型的装置。

背景技术

三维打印快速成型技术最早由美国麻省理工学院EmanuelSachs等人研制，是目前快速成型领域最具生命力的技术之一，有广阔的应用前景。该技术是一种基于“离散/堆积”思想的增长型制造技术，利用计算机技术将三维CAD模型沿一个方向离散成一系列二维截面图，然后根据截面图信息，逐层打印堆积成型。如此循环，逐层粘结堆积，直到整个CAD模型的所有截面图全部打印完成，就形成了实体三维模型。

半固态金属成型技术诞生于20世纪70年代。该技术自问世以来，因其优良的力学性能和巨大的工业应用价值而成为研究热点，经过多年发展，半固态金属成型理论日趋完善，工艺也越来越成熟。然而，(1)截止到目前，半固态金属成型的应用领域大多局限于汽车零部件的大规模铸造生产。(2)现有的金属3DP技术，如激光、电子束、微弧焊、焊接三维成型等都是利用高能束将金属粉材或金属丝材熔化形成熔池，与已成型表面形成冶金结合。由于熔池的形成复杂不可控、易流淌，且高能束造成的局部高温使零件产生较大内应力和裂纹，限制了该技术的应用。(3)以熔融沉积(FDM)和激光烧结(SLS)等为代表的3D打印技术也只能实现小批量个性化零件的制造。而且，熔融沉积只能制造塑料件，而激光烧结等技术制造的金属件存在组织疏松，强度达不到使用要求，且设备复杂昂贵等缺点。(4)针对传统的熔融沉积工艺无法直接成型具有悬臂结构零件的缺点，其解决方案是先打印支撑材料，在支撑材料上成型实体材料，后期再将支撑材料剥离。该方案不仅存在支撑材料浪费，且增加了复杂的后期剥离工序。

因此，存在开发一种结构简单设备成本低的金属快速成型技术、并能一次性完成熔融沉积工艺中悬臂结构无需支撑的装置需求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置，其目的在于，通过设置成型平台单元、送丝单元、喷头单元，并通过送丝单元将金属丝材送至喷头单元，进一步通过喷头单元加热融化金属丝材，以在成型平台单元进行半固体金属挤出沉积成型，由此解决现有金属3D打印成型中工艺过程不可控、设备昂贵，并且该装置攻克了传统熔融沉积工艺不便于成型悬臂结构零件的技术问题，且该装置不仅适用于本实用新型的半固态金属，也可应用于任何熔融沉积成型工艺所适用的成型材料上。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置，其包括机架单元、成型平台单元、送丝单元、喷头单元以及Z向滑动单元，其中，

所述机架单元包括竖直板和与竖直板相垂直的平板；

所述成型平台单元设置在所述机架单元的平板上；

所述Z向滑动单元设置在所述机架单元的竖直板上，其包括支架板和导轨，所述支架板能沿所述导轨在Z向往复移动；

所述送丝单元和喷头单元均固定在所述支架板上，以能沿Z向往复移动，所述送丝单元和喷头单元还同时位于所述成型平台单元上方。

通过以上发明构思，设置机架单元用于起支撑作用，成型平台单元设置在所述机架单元的平板上，送丝单元和喷头单元均固定在所述Z向滑动单元的支架板上，并位于成型平台单元上方，送丝单元将成型所用的金属丝材送至喷头单元，并进一步经喷头单元在成型平台单元上进行半固态金属的挤出沉积成型。

进一步的，所述成型平台单元包括U型支架框，连接在该U型支架框底部的X轴导轨和Y轴导轨，所述X轴导轨和Y轴导轨分别连接有X轴导轨电机和Y轴导轨电机，横跨所述U型支架框的顶部设置有A翻转平台，所述A轴翻转平台一端连接有A轴翻转平台电机，并其另一端通过轴承连接在所述U型支架框上，所述A轴翻转平台上垂直设置有B向旋转轴，该B向旋转轴一端连接有B向旋转轴电机并其另一端固定有成型基板。

以上发明构思中，成型平台单元实质上为以五轴联动的工作平台。所述五轴联动成型平台的五轴联动即X、Y、Z三个轴的平动以及A轴翻转和B轴旋转。成型基板初始位置平行于XY水平面，成型基板在A轴翻转平台电机作用下可最大翻转90度角，与此同时，成型基板在B向旋转轴电机驱动下能够以B向旋转轴为中心旋转最大360度角。成型基板与始终保持垂直方向运动的喷头机构协同，可将水平悬伸部件成型转换为竖直部件成型，实现悬臂结构零件的成型。与X、Y轴的平动配合，可实现相对于喷头单元任意位置任意角度的运动，从而完成复杂结构的半固态金属挤出成型。