[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

说明书

本发明涉及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，轴承，喷头。本发明是利用等离子炬在挤出熔融打印材料前将已经冷却固化层快速加热至接近熔化状态，从而消除由于已经打印层和挤出材料间的温差过大，而导致结合不牢，从而形成致密实体。惰性气体从阴极进料管和喷头上端的结合处的孔流出，这样气体可以冷却耗材上端，而出口处保持熔融状态，从而解决熔融液态金属的热传递过快将金属丝耗材软化而挤不出来的问题。并解决打印喷头结构复杂，需要专门的冷却系统的不足，从而提高了打印精度，更节能，并降低了对材料的要求。

技术领域

本发明涉及的是一种金属3D打印喷头，特别是涉及一种采用等离子体炬熔融金属丝耗材沉积挤3D打印出喷头。

背景技术

3D打印又称三维打印，是基于构件的三维数学模型通过使用激光束，电子束，电弧等热源逐层扫描熔化金属粉末并使之快速凝固从而堆积形成三维物体的新技术，这一技术几乎可以做出任何形状的模型，不再受传统制造方法限制，该技术可以用于珠宝，鞋类，工业设计，汽车，航空航天，医疗等许多领域。

目前比较成熟的金属3D打印技术包括选区激光烧结技术，直接金属粉末激光烧结技术，选区激光熔化技术，激光近镜成型技术和电子束选区熔化技术。现在3D打印技术发展取得了较多成果，但是存在成型效率低，设备成本高和可选用的材料有限，使其不能在更广泛的领域应用，目前多应用于航天，军工等一些特殊领域。

目前市面上的金属3D打印设备主要都是采用激光器作为熔化材料的热源，不仅价格昂贵(200W光纤激光器售价为22万元左右，1000W售价在85万元左右)、维护复杂(光纤十分脆弱，极易损坏，对工作环境的要求苛刻)。热源偏转目前主要有两种方式，一种是由扫描振镜驱动光路偏转，另一种是由机械导轨驱动喷头逐点逐线扫描，完成平面扫描。前者受限于光学系统，单振镜最大成型区域250×250mm。成型大型零件则需要多激光多扫描振镜复合。以上的原因导致金属3D打印设备价格昂贵，操作维护复杂，不利于3D打印技术的推广，因此亟需开发一种低成本、高效率的金属3D打印设备

基于FDM原理的3D打印方法，使金属丝耗材在喷头内熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料或前一层的材料凝结，通过逐层打印的方法实现材料的成型，这种加工方法能够很大的程度上降低金属3D打印的成本，提高了成型效率，挤出喷是打印机的核心部件，目前基于FDM的3D打印机大多采用电阻丝和电磁感应加热的方式，但是电阻丝加热的问题有：1、电阻丝的加热方式加热的效率低，热量散失大且能耗较高；2、电阻丝加热的加热能力不足，由于电阻丝加热装置受到挤出喷头的尺寸限制，其结构尺寸有限，对于一些高熔点金属其提供的热量不足以使金属熔化，这会导致出丝效率低下，喷头易被堵住，耗材挤出困难；3、电阻丝加热的预热时间长，影响打印效率；4、在喷头的液态金属热传导作用，使得金属丝在送料端过早软化，导致出丝效率低下，喷头容易被堵住，耗材挤出困难。电磁感觉加热方式的问题：1、打印喷头的需要大的加热线圈；2、需要专门的金属耗材冷却系统；3、结构过于复杂和重量太重加大了控制难度，也降低了打印精度；

最大的问题是挤的熔融材料和已经打印的前一层材料由于快速冷却固化很难有效结合。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种加热效率高，能量损耗小，出丝效率高，结构简单，低成本、高效率的并能使已经打印冷却固化层与熔融金属有效牢固结合的等离子体炬熔融金属丝耗材沉积挤出3D打印喷头。

本发明通过下述技术方案实现：