[发明专利]借助挤压法—复合挤出成型（CEM）增材制造金属部件的设备的挤出机

说明书

本发明涉及一种挤出机(7)，其用于借助于挤压法由复合材料增材制造可自由成形的金属部件的设备，所述金属部件具有或不具有支撑结构，所述复合材料设置在可三维地移动的运动机构(18)上，所述运动机构具有构造平台(11)，其中挤出机(7)由壳体(2)和设置在壳体(2)中的蜗杆(4)构成，并且其中挤出机(7)设有用于待挤压的复合材料的机械的驱动器(1)，设有设置在壳体(2)上的、可替换的喷嘴(3)，并且壳体(2)经由适合于运输复合材料的机构与机械的驱动器(1)连接。壳体(2)划分为：加料区(5)，所述加料区设有有源冷却装置(9)，其中壳体(2)构成为漏斗(22)，并且壳体(2)的材料由具有良好导热性的材料构成，其中蜗杆(4)具有小的轴直径；分离区(6)，其中壳体(2)由具有差的导热性的材料构成并且将被冷却的加料区(5)与被加热的塑化和均匀化区(8)热分离；塑化和均匀化区(8)，其中所述壳体(2)由具有良好导热性的材料构成并且设有有源加热装置(10)，其中蜗杆(4)具有比在上部的区(5，6)中更大的轴直径；和排出区(12)，所述排出区由耐磨材料制成的可替换的喷嘴(3)构成。

技术领域

本发明涉及一种挤出机，其用于增材制造金属部件的设备，所谓的复合挤出成型。然而，挤出机也能够普遍地用于塑料加工。

背景技术

增材制造金属部件仍然是对于常规制造(成形、切削等)的成本高的且复杂的替选方案。尽管如此，其应用于航空航天、汽车工业和医学技术领域的较大型的运营中。这尤其取决于，增材制造能够实现前所未有的设计自由度：

-具有底切的复杂形状，

-高达一比一复制比例的人体骨骼结构的生物结构，

-具有栅格和蜂窝结构的轻质构件，承受热负荷的、导流的部件(例如火箭发动机部件)。

在增材制造法的领域中，在过去30年中创建了不同的方法，这些方法尤其可在产生层的方式和方法方面结合原材料有所不同：

将UV(紫外线)敏感的树脂硬化，

通过粘合剂将粉末床固化，

通过激光束或电子束将粉末床熔化和凝固，

通过被加热的喷嘴将塑料丝熔化和凝固。

最重要的增材制造法是立体石板印刷术(STL)、3D打印(3DP)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(EBM)和熔融沉积成型(FDM)。

立体石板印刷术首先在US 45 75 330 A中公开。在该方法中，构造平台以特定的层厚度浸入由液态的可UV硬化的树脂构成的池中。借助于UV激光器，构件的第一层在构造平台上固化。随后重复构件的下沉和固化步骤，进而构件在构造平台上从下向上“生长”。所述方法具有非常良好的细节和表面质量，然而由于所使用的树脂，其主要适合于直观模型和样品。

原本的3D打印描述如下方法：在该方法中将粉末状的原材料(聚合物、陶瓷、金属、型砂)的层用刮刀涂布在构造平台上。接着在粉末上移动打印头，类似于喷墨打印机的打印头，并且选择性地将粘合剂喷射到粉末中以便固化构件的轮廓和填充物。重复这两个过程，直至构件制成。

其他粉末加工的方法是烧结法和熔化法，其或者借助于激光器(SLS、SLM)固化在粉末床中的构件的轮廓，但或者借助于电子束(EBM)进行固化。金属粉末的层涂覆在此与在3D打印中类似地在封闭的结构空间中进行，所述结构空间被抽真空并且处于保护气体中。高能的射束或者经由镜面机械机构或者通过电磁体在粉末床上沿着运动。在此，粉末床局部被熔化并且接着再固化。在SLM和EBM法中，能量输入在此高至，使得产生具有直至99％的实心材料密度非常致密的构件。在SLS法中，仅烧结各个粉末颗粒，这造成多孔的构件。