[实用新型]一种基于金属丝熔融沉积成型的四轴3D打印装置

说明书

本实用新型公开了一种基于金属丝熔融沉积成型的四轴3D打印装置和打印方法。包括打印喷头、可升降主轴(Z轴)，X方向导轨/滑台、Y方向导轨/滑台，卡盘，水平轴支架和打印基台。主要创新结构如下：水平轴支架一端与一电机主轴固连，另一端连接打印基台或\卡盘，二者根据需要装/卸。电机轴与X轴平行。于是该水平轴的作为A轴带动工件旋转。在X方向的一端，安装有线圈感应加热器。工件安装在卡盘上以后，可以运动到加热器的位置，对工件进行打印前的预热。根据熔融沉积成型分层堆积的特点，采用本实用新型装置打印时使Z轴和A轴进行阶段性进给。工件被预分割成数个不同的部分，每次的A轴进给完成一个部分的打印。

技术领域

本实用新型涉及一种金属丝熔融沉积成型的3D打印装置和打印方法，属3D打印技术领域。

背景技术

目前的3D打印技术可以分为三大类：熔融沉积成型技术(Fused DepositionModeling，FDM)，数字光处理技术(Digital Light Processing，DLP)和金属粉末烧结结束技术(selecting laser melting，SLM)。其中FDM技术因其原材料制作简单，生产效率高而受到广大用户欢迎。特别是在金属3D打印领域，基于金属丝熔焊方法的3D打印因其原材料成本低、生产效率高，被认为是一种具有很好发展前景的金属FDM技术。不过，目前市场上的FDM打印机主要是三轴打印机，通常是喷头在X方向和Y方向联动，在Z方向阶段性进给。三轴打印装置在打印复杂工件时通常需要添加不属于工件部分的支撑。对于金属工件来说，去除支撑不但费时，而且影响工件质量。因此，对于金属熔融沉积成型技术来说，设计出一种尽可能减少打印支撑的装置是必须的。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种基于熔融沉积成型的四轴3D打印装置，以及一种利用该装置的打印方法。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于金属丝熔融沉积成型的四轴3D打印装置，包括打印喷头，Z向立柱，升降台，打印基台、卡盘，圆柱形水平支架，X方向的导轨和滑台，Y方向的导轨和滑台，伺服电机(4个)，电机数字控制器(4个)。在Z向立柱上安装有金属丝杠，丝杠上套有Z向丝母，Z向丝母与升降台固定连接，升降台与Z向立柱滑动接触配合。Z向立柱顶端带有Z向伺服电机，电机轴与丝杠固连，电机运动带动丝杠旋转，从而使得升降台运动。打印喷头安装在升降台上。在Y方向的导轨上安装有金属丝杠，丝杠上套有丝母，丝母与滑台固定连接，滑台与Y向导轨滑动接触配合。Y向导轨的一端带有卧式伺服电机，电机轴与丝杠固连，电机运动带动丝杠旋转，从而使得滑台运动。X方向的导轨/滑台于Y方向的导轨/滑台结构相同。X方向的导轨安装在Y向滑台上在X方向的滑台上安装有一个卧式伺服电机和水平支架，电机轴与X轴平行。圆柱型水平支架的一端与电机轴固连。水平支架在与电机轴固连端约三分之二的位置，安装有一个垂直支撑，垂直支撑与水平支架通过轴承连接，以便水平支架旋转。水平支架另一端连接打印基台或者卡盘。水平支架与二者通过螺栓连接，根据需要可以将打印基台或者卡盘卸下。打印基台的初始位置水平。为了保证打印顺利进行和打印精度，水平梁的材料为圆柱型碳素钢，其直径确保放置本打印装置能打印的任何工件时，变形误差小于1微米；每个伺服电机由一个数字控制器控制，四个数字控制器在整个装置的中央计算机协调下向各自控制的伺服电机发出运动指令，完成加工零件的统一动作。

为保证加工质量，在打印基台底部安装有线圈预热器以预热基台。在X方向的一侧，也安装有感应预热器，当已经在打印基台上完成的工件主部安装在卡盘上以后，可以根据需要将工件主部送至加热器的位置进行加热。为了使得设备和数控程序简单，两个加热器的开关设置在控制面板上单独操作。工件主部安装在卡盘上后，送至加热器位置进行加热的操作也通过控制面板进行。

按照本实用新型同时提供了一种使用本设备进行复杂零件3D打印的方法，包括以下步骤：