一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，包括感應(yīng)加熱線圈、三相直線感應(yīng)加熱線圈和噴嘴，三相直線感應(yīng)加熱線圈設(shè)置在感應(yīng)加熱線圈的正下方，感應(yīng)加熱線圈的外圍設(shè)置有支撐筒，支撐筒的下端連接噴嘴，感應(yīng)加熱線圈的兩個端頭連接在交變電源上，三相直線感應(yīng)加熱線圈設(shè)置成三相四線制回路結(jié)構(gòu)，三相直線感應(yīng)加熱線圈的四個端頭分別連接在三相脈沖交變電源上。該電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置所采用的懸浮熔煉技術(shù)和直線感應(yīng)電動機原理技術(shù)均為傳統(tǒng)工業(yè)中常用電磁感應(yīng)技術(shù)，工藝成熟，制造成本和耐用性優(yōu)于使用大功率激光器的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS），更適合于傳統(tǒng)工業(yè)的應(yīng)用。
【專利說明】一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維成型制造技術(shù)，更具體地說是涉及一種熔融沉積快速制造中的電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有三維成型制造技術(shù)中，應(yīng)用最為廣泛的是選擇性激光燒結(jié)(SLS)與熔融沉積成型(FDM)。其中選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，是先由軟件把零件的3D數(shù)字模型，“切”成若干個平面，這就形成了很多個剖面，把3D模型薄片化之后，在一個容器內(nèi)，有一個可以下降的平臺，先讓材料輥在其表面鋪滿一層待燒結(jié)的材料粉末，這些粉末可以做的很細，然后由大功率的激光，通過軟件控制，選擇最底層的3D切片形狀數(shù)據(jù)開始燒結(jié)，然后平臺下移，材料輥在已經(jīng)燒結(jié)部分的基礎(chǔ)之上，再鋪上薄薄的一層材料粉末繼續(xù)燒結(jié)，如此往復(fù)，直到整體成型。它的優(yōu)點是:成型材料的強度非常高，可選材料從金屬到聚苯乙烯等，范圍非常廣泛。缺點是:成型零件有時會因粉末熔化不充分，形成微孔缺陷，所需要的粉狀材料價格較高，材料的使用存在粉塵污染問題，而且使用的大功率激光器價格昂貴、不夠耐用。使用熔融沉積成型技術(shù)，同樣是需要把3D的模型薄片化，但是成型的原理不一樣。熔融沉積成型技術(shù)，就是把材料用高溫熔化成液態(tài)，然后通過噴嘴擠壓出細絲或一個個很小的球狀顆粒，這些細絲或顆粒在噴出后立即固化，在立體空間通過逐線、逐層的排列組合形成實物。它的優(yōu)點是:材料大多為絲材，材料成本比粉狀材料低，操作簡單，污染小，不使用激光。缺點是:材料使用電阻絲加熱，使用的成型材料一般為熔點不太高的熱塑性塑料、蠟或人造橡膠等，成型材料主要是非金屬，強度不高，難以直接成型金屬零件。其次還有立體光刻造型技術(shù)(SLA)等。在這些三維打印成型制造技術(shù)中，現(xiàn)在只有選擇性激光燒結(jié)，能夠直接實現(xiàn)金屬零件的三維成型制造，但因其使用的粉狀材料制備困難、成本高的影響，一直以來也只在一些航空航天和高端制造領(lǐng)域得到使用，卻不能夠在傳統(tǒng)工業(yè)上普及應(yīng)用，限制了三維成型制造技術(shù)的發(fā)展，同時零件制成后清除多余粉末的工作也給工人健康帶來了不利的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種不使用粉末材料和激光，而用線材原料進行金屬三維成型制造的電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，包括感應(yīng)加熱線圈、三相直線感應(yīng)加熱線圈和噴嘴，所述感應(yīng)加熱線圈設(shè)置成中間大兩端小形狀，所述三相直線感應(yīng)加熱線圈設(shè)置在感應(yīng)加熱線圈的正下方，感應(yīng)加熱線圈的外圍設(shè)置有支撐筒，支撐筒的下端連接所述噴嘴，支撐筒的上端設(shè)置有耐磨襯套，耐磨襯套的下端內(nèi)孔中固定有導(dǎo)料管，導(dǎo)料管的下端伸入到所述感應(yīng)加熱線圈的孔中；所述感應(yīng)加熱線圈的兩個端頭連接在交變電源上，所述三相直線感應(yīng)加熱線圈設(shè)置成三相四線制回路結(jié)構(gòu)，三相直線感應(yīng)加熱線圈的四個端頭分別連接在三相脈沖交變電源上。
[0005]上述方案中，為了保證材料在高溫時不和周圍空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而保證材料成分的穩(wěn)定性，所述支撐筒的內(nèi)腔中設(shè)置有保護氣體，所述支撐筒的側(cè)面設(shè)置有保護氣體外直接頭。
[0006]上述方案中，為了使由噴嘴中流出的材料迅速冷卻固化，所述噴嘴的側(cè)壁設(shè)置成中空結(jié)構(gòu)，形成冷卻腔，噴嘴的側(cè)壁上設(shè)置有進出冷卻液的管接頭。
[0007]上述方案中，為了使被熔化線性材料準確連續(xù)的進入感應(yīng)加熱線圈的孔中，所述支撐筒的上方設(shè)置有送絲機構(gòu)。
[0008]上述方案中，所述感應(yīng)加熱線圈和三相直線感應(yīng)加熱線圈均采用紫銅管制作。
[0009]本發(fā)明一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置的有益效果是:
[0010]1、本發(fā)明實現(xiàn)了熔融沉積成型(FDM)技術(shù)在高熔點高硬度材料上的應(yīng)用。
[0011]2、使用線型材料，比使用粉末材料取材容易，價格低廉，粉塵污染少，還節(jié)省了零件成型后的粉末清理過程。
[0012]3、所采用的懸浮熔煉技術(shù)和直線感應(yīng)電動機原理均為傳統(tǒng)工業(yè)中常用電磁感應(yīng)技術(shù)，工藝成熟，制造成本和耐用性優(yōu)于使用大功率激光器的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)，更適合于傳統(tǒng)工業(yè)的應(yīng)用。
[0013]4、材料在通有保護氣體的裝置中懸浮熔煉，熔煉溫度可以達到2000°C，射出后被噴嘴下邊緣擠壓、扎制、展平和迅速冷卻固化，涂覆層致密，不產(chǎn)生雜質(zhì)和污染，不會向粉末燒結(jié)時出現(xiàn)殘余微孔缺陷，可精確控制材料成分，還可在成型時分別涂覆不同的材料，形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，改善零件的結(jié)構(gòu)性能。
[0014]5、本裝置適用的材料領(lǐng)域廣泛，包括:活潑金屬和合金、超純金屬和合金、太陽能級多晶硅，超純級的濺射靶材、成分和組織要求精確的合金、金屬間化合物、金屬功能材料、貴金屬及其合金，稀有金屬和合金、半導(dǎo)體、人造晶體、金屬陶瓷等材料。
[0015]6、熔融的液態(tài)材料在三相線圈產(chǎn)生的直線交變磁場中的下降移動受3D數(shù)據(jù)脈沖控制，比較容易實現(xiàn)以材料特性來選擇合適的熔融材料發(fā)射速度、工作臺的移動速度，從而滿足涂覆過程中對材料使用量的控制要求，增加了對復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)成型的適用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017]圖2是本發(fā)明電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置中材料熔融射出原理圖。
[0018]圖中:1、線形金屬材料，2、送絲機構(gòu)，3、耐磨襯套，4、支撐筒，5、感應(yīng)加熱線圈，6、感應(yīng)加熱線圈管接頭，7、交變電源，8、感應(yīng)加熱線圈管接頭，9、三相直線感應(yīng)加熱線圈，10、出水管接頭，11、噴嘴，12、成型零件，13、工作臺，14、進水管接頭，15、三相直線感應(yīng)加熱線圈管接頭，16、三相脈沖交變電源，17、材料熔球，18、保護氣體外置接頭，19、導(dǎo)料管，20、a線圈，21、b線圈，22、c線圈，23、小液滴。
[0019]A、B、C、D是材料熔融射出原理圖的四個工作過程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與具體實施例對本發(fā)明電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置作進一步的描述:
[0021]圖1是本發(fā)明電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)原理圖，圖2是本發(fā)明電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置中材料熔融射出原理圖。圖中，該電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，包括感應(yīng)加熱線圈5、三相直線感應(yīng)加熱線圈9和噴嘴11，感應(yīng)加熱線圈5設(shè)置成中間大兩端小形狀，三相直線感應(yīng)加熱線圈9設(shè)置在感應(yīng)加熱線圈5的正下方，感應(yīng)加熱線圈5的外圍設(shè)置有支撐筒4，支撐筒4的下端連接噴嘴11，支撐筒4的上端設(shè)置有耐磨襯套3，耐磨襯套3的下端內(nèi)孔中固定有導(dǎo)料管19，導(dǎo)料管19的下端伸入到感應(yīng)加熱線圈5的孔中；感應(yīng)加熱線圈5的兩個端頭通過感應(yīng)加熱線圈管接頭6和感應(yīng)加熱線圈管接頭8連接在交變電源7上，三相直線感應(yīng)加熱線圈9設(shè)置成三相四線制回路結(jié)構(gòu)，三相直線感應(yīng)加熱線圈9的四個端頭分別通過三相直線感應(yīng)加熱線圈管接頭15連接在三相脈沖交變電源16上。為了保證材料在高溫時不和周圍空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而保證材料成分的穩(wěn)定性，支撐筒4的內(nèi)腔中設(shè)置有保護氣體，支撐筒4的側(cè)面設(shè)置有保護氣體外置接頭18，為了使被熔化線形金屬材料I準確連續(xù)的進入感應(yīng)加熱線圈5的孔中，在支撐筒4的上方設(shè)置有送絲機構(gòu)2。為了使由噴嘴11中流出的材料迅速冷卻固化，噴嘴11的側(cè)壁設(shè)置成中空結(jié)構(gòu)，形成冷卻腔，噴嘴11的側(cè)壁上設(shè)置有進出冷卻液的進水管接頭14和出水管接頭10。
[0022]本發(fā)明電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置首先利用以電磁感應(yīng)加熱為基礎(chǔ)的懸浮熔煉技術(shù)，將線形金屬材料I由送絲機構(gòu)2送入感應(yīng)加熱線圈5后，給感應(yīng)加熱線圈5通入交變電流，感應(yīng)加熱線圈5周圍會產(chǎn)生一個交變磁場，被加熱線形金屬材料I放置在感應(yīng)加熱線圈5內(nèi)，磁束就會貫通線形金屬材料1，在線形金屬材料I內(nèi)部與加熱電流相反的方向，便會產(chǎn)生相對應(yīng)的很大渦電流。由于線形金屬材料I內(nèi)存在著電阻，所以會產(chǎn)生很多的焦耳熱，使物體自身的溫度迅速上升，從而達到材料加熱熔化的目的。同時該渦流也會產(chǎn)生磁場，其方向與感應(yīng)加熱線圈5產(chǎn)生的磁場方向相反，從而產(chǎn)生一個排斥力，當這個排斥力的垂直分力大于材料重量時，就可以把熔融的液態(tài)材料懸浮在空中，形成一個上大下小的倒立水滴形熔球。
[0023]然后利用直線感應(yīng)電動機原理，在感應(yīng)加熱線圈5的下面耦合一個三相直線感應(yīng)加熱線圈9，這三相直線感應(yīng)加熱線圈9分別通入可被脈沖調(diào)制的交變電流，調(diào)制脈沖按照3D切片形狀數(shù)據(jù)改變交變電流的大小，使三相直線感應(yīng)加熱線圈9產(chǎn)生的直線交變磁場改變?nèi)矍蛳虏康拇帕鰪娙酰T導(dǎo)熔球下端出現(xiàn)滴流，使熔滴落入三相直線交變磁場中，從而汲取一個個小液滴在三相脈沖調(diào)制的控制速度下發(fā)射到底部的噴嘴11，小液滴在重力和保護氣體正壓的作用下通過噴嘴11匯聚成流，并被噴嘴下邊緣擠壓、扎制、展平和迅速冷卻固化，在運動的工作臺13上將涂覆材料層層疊加堆積形成所需要的3D立體成型零件12。
[0024]該電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置的工作原理如下:當線型金屬材料I由送絲機構(gòu)2通過耐磨襯套3、導(dǎo)料管19進入感應(yīng)加熱線圈5，首先耐磨襯套3、導(dǎo)料管19對線性金屬材料I具有引導(dǎo)作用，避免了材料與感應(yīng)加熱線圈5接觸造成短路，然后，交變電源7輸出的交變電流通過感應(yīng)加熱線圈管接頭6、感應(yīng)加熱線圈5和感應(yīng)加熱線圈管接頭8，在線形金屬材料I周圍形成交變磁場。線形金屬材料I內(nèi)部因感應(yīng)渦流而被加熱熔化，并感應(yīng)出與交變磁場相反的感應(yīng)磁場，兩個磁場相互排斥。感應(yīng)加熱線圈5繞制成中間大兩端小的漏斗形的螺旋管會增強這種排斥效果，當排斥力足夠大時，熔融的材料就會懸浮起來不和周圍發(fā)生接觸。
[0025]調(diào)整交變電源7輸出的交變電流大小和感應(yīng)加熱線圈5的漏斗形螺旋管底孔口徑，把漏斗的底孔口部分形成弱磁場區(qū)域，熔化的材料在這里因得不到足夠大的排斥力而存在漏液現(xiàn)象。[0026]接著在計算機3D模型數(shù)據(jù)的控制下，改變?nèi)嗝}沖交變電源16對三相直線感應(yīng)加熱線圈9中的a線圈20、b線圈21、c線圈22的電流輸出，來實現(xiàn)材料漏液的通斷過程:
[0027]A、讓三相脈沖交變電源16，通過三相直線感應(yīng)加熱線圈管接頭15，給三相直線感應(yīng)加熱線圈9的a線圈20輸入與交變電源7頻率相同的交變電流。a線圈20產(chǎn)生與感應(yīng)加熱線圈5相同的磁場，兩個磁場耦合，增強了漏斗底孔口區(qū)域的磁場，熔融材料漏液現(xiàn)象不會產(chǎn)生。
[0028]B、減小a線圈20的交變電流。并給b線圈21輸入交變電流，漏斗底孔口區(qū)域的磁場因a線圈20磁場減小而減弱,漏斗里的材料從漏斗底孔口漏入a線圈20內(nèi)，并被b線圈21產(chǎn)生的磁場托舉，懸停在a線圈20的內(nèi)部。
[0029]C、減小b線圈21的交變電流，并給a線圈20、c線圈22輸入交變電流。漏斗底孔口區(qū)域的磁場因a線圈20磁場增大而增強，漏斗停止漏液，原來被b線圈21磁場托舉的材料小液滴23，在b線圈21磁場減弱后漏入b線圈21內(nèi)部，并被c線圈22產(chǎn)生的磁場托舉，懸停在b線圈21的內(nèi)部。
[0030]D、減小a線圈20、c線圈22的交變電流，并給b線圈21線圈輸入交變電流。懸停在b線圈21內(nèi)部的材料小液滴23會因c線圈22磁場的減弱在重力作用下而下落，而a線圈20磁場減小又引起了下一個材料小液滴23的下落過程。
[0031]這樣周而復(fù)始的重復(fù)上面的過程后，一個個下落的小液滴23通過噴嘴11流出，完成材料的電磁熔融和發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)射過程。
[0032]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾，為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，其特征在于:包括感應(yīng)加熱線圈、三相直線感應(yīng)加熱線圈和噴嘴，所述感應(yīng)加熱線圈設(shè)置成中間大兩端小形狀，所述三相直線感應(yīng)加熱線圈設(shè)置在所述感應(yīng)加熱線圈的正下方，感應(yīng)加熱線圈的外圍設(shè)置有支撐筒，支撐筒的下端連接所述噴嘴，支撐筒的上端設(shè)置有耐磨襯套，耐磨襯套的下端內(nèi)孔中固定有導(dǎo)料管，導(dǎo)料管的下端伸入到所述感應(yīng)加熱線圈的孔中；所述感應(yīng)加熱線圈的兩個端頭連接在交變電源上，所述三相直線感應(yīng)加熱線圈設(shè)置成三相四線制回路結(jié)構(gòu)，三相直線感應(yīng)加熱線圈的四個端頭分別連接在三相脈沖交變電源上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，其特征在于:所述支撐筒的內(nèi)腔中設(shè)置有保護氣體，所述支撐筒的側(cè)面設(shè)置有保護氣體外置接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，其特征在于:所述噴嘴的側(cè)壁設(shè)置成中空結(jié)構(gòu)，形成冷卻腔，噴嘴的側(cè)壁上設(shè)置有進出冷卻液的管接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，其特征在于:所述支撐筒的上方設(shè)置有送絲機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁調(diào)制熔融發(fā)射裝置，其特征在于:所述感應(yīng)加熱線圈和三相直線感應(yīng)加熱線圈均采用紫銅管制作。
【文檔編號】B22F3/115GK103862046SQ201410093525
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】曹煒喜 申請人:曹煒喜