[发明专利]等离子体炬熔融金属丝耗材沉积挤出3D打印喷头

权利要求书

1.一种等离子体炬熔融金属丝耗材沉积挤出3D打印喷头，包括送料装置，等离子体炬方向调整装置，阳极，阴极进料管，密封件，碳刷，喷头，轴承，高温绝缘环。

其特征是：

所述阴极进料管(4)和金属丝耗材(2)，两者间用具有耐高温及密封特性的密封件(3)结合以防气体泄漏；

所述轴承(6)，阳极(8)，阴极进料管(4)之间具有耐高温密封特性密封件(7)以防止气体泄漏；

所述轴承(6)，是连接阳极(8)和阴极进料管(4)，并使阳极(8)可以以阴极进料管(4)和喷头(10)中心轴旋转；

所述高温绝缘环(11)是耐高温且有良好高温绝缘特性，其与阳极(8)固定，其内孔与喷头(10)紧密贴合，以防止气体泄漏，在内孔上有一个方孔，用作等离子体炬的喷射通道，此方孔处于等离子体炬的阴阳极之间，阴极进料管(4)与电源负极相连；

所述等离子体炬方向调整装置(2)，由软件根据每两个相邻点的X、Y座标值计算出要旋转的角度，并发出相应的控制信号，再由电机驱动电路驱动电机旋转来驱动阳极(8)转动以达到旋转调向的功能，等离子体炬始终以喷头(10)的轴线为中心轴转动，使得等离子体炬的落点始终处在熔融金属填充轨迹的正前方，在熔融金属挤出前把冷却固化的打印层迅速加热到接近熔化状态，从而熔融金属和已打印冷却固化层能有效结合成致密实体；

所述碳刷(9)与电源正极相连，并与阳极(8)接触，在阳极(8)转动时可以为其提供电力。

2.根据权利要求1所述的气体，其特征为惰性气体，从阴极进料管(4)的进气口进入流经阴极进料管(4)，并从阴极进料管(4)下端的的孔流出，孔在阴极进料管(4)和喷头(10)上端面的结合处，再从高温绝缘环(11)的方孔流出。

3.根据权利要求1所述的等离子体炬，其特征在于从阴极进料管(4)的孔流出的气体在喷头(10)和阳极(8)间由高压高频电路引弧并形成等离子体，并利用在喷头(10)上电弧阴极斑形成的高温来熔化打印头里的耗材，等离子体气流由喷头(10)和阳极(8)间的小孔喷射出来形成等离子体炬。

4.根据权利要求1所述熔融金属和已打印固化层能有效结合成致密实体，其特征为等离子体炬的温度和气流速度会随打印速度变化而实时变化，当打印速度快时等离子体炬温度变高，更高温度的等离子体炬会更快速的加热已经打印冷却固化层。

5.根据权利要求2所述的阴极进料管(4)孔，其特征为处于阴极进料管(4)的下端，是气体从阴极进料管(4)出来的出口，并且喷头(10)的上端面处于孔中，当气体流过时能对金属丝耗材(2)进行冷却，并能冷却喷头(10)上端面，使得喷头(10)下端耗材保持熔融状态而上端的金属丝耗材(2)会保持足够的硬度，从而解决熔融液态金属的热量传递过快将金属耗材(2)软化而挤不出来。

6.根据权利要求4所述喷头(10)的下端金属保持熔融状态，其特征为等离子体炬的温度和气流速度会随打印速度变化而实时变化，当打印速度快时等离子体炬温度变高，从而阴极斑的温度也变高，加快熔融速度从而保持有足够的熔融金属。

7.权利1的结构只是本专利中的一种形式，还有另外形式利用等离体炬熔化打印金属丝耗材和用等离子体炬来加热已经打印冷却层的形式都在本专利保护范围内，如更简单的结构，只要送料装置，阳极，阴极进料管，密封件，喷头，其特征为处于阴极进料管(4)的下端，是气体从阴极进料管(4)出来的出口，但这个出口方向不是径向方向，与径向成一定角度，并且喷头(10)的上端面处于孔中，当气体流出阳极(8)和喷头(10)时形成旋转高温等离子体，并以打印喷头挤出点为中心，并将其周围的已打印冷却层快速加热，使得打印层与已打印层能结合成致密的实体，同时当气体流过时能对金属丝耗材(2)进行冷却，并能冷却喷头(10)上端面，使得喷头(10)下端耗材保持熔融状态而上端的金属丝耗材(2)会保持足够的硬度，从而解决熔融液态金属的热量传递过快将金属耗材(2)软化而挤不出来。