[发明专利]一种增材制造装置及方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，公开了一种增材制造装置及方法。该增材制造装置包括螺旋挤出机构，其中：第一料筒内设有熔体进料口，且第一料筒的外部周设有第一保温层；第二料筒外部周设有第二保温层；螺杆位于第一料筒和第二料筒内，位于第一料筒内的螺杆的周身上设有叶片，位于第二料筒内的螺杆的周身上设有螺纹；第一料筒的容积大于第二料筒的容积，叶片的直径大于螺纹的直径，螺杆的顶部连接有扭矩传感器。本发明对熔体或半固体浆料进行保温并通过扭矩传感器来表征半固体的黏度状态及流动状态，从而解决了现有技术中无法对半固体流动行为进行有效控制的问题。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造装置及方法。

背景技术

增材制造技术是以一种数字模型文件为基础，运用粉末状或丝状的金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来成型零件的技术。

专利号为ZL103878370B的专利公开了一种金属丝状原材料熔融挤出束流浇注、三维堆积成型产品的3D打印设备，其方案是金属丝状原材料在通过由耐高温材料等组成的打印头模块时，打印头模块中高频感应器加热熔化金属丝材，使金属丝材变成具有流动性的液态或半液态状从打印头模块中挤出。该方法使用高频感应加热替代激光器，可大大降低设备成本；然而在成形过程中，该装置无法对金属凝固组织的初生相形貌进行控制，进而无法对液态或半液态(或半固态)金属打印原料的流动行为进行控制，严重影响打印均匀性。

专利号为ZL106623840A的专利公开了一种合金半固态旋压增材制备装置，其方案是将金属液注入制浆装置，通过激冷形核作用获得半固态浆料，并通过旋压管将浆料逐层地堆积到按预定程序运动地成型平台上，进而实现半固态旋压增材制备。该方法使用陶瓷加热圈作为热源，大大降低设备成本，然而在成形过程中，虽然有意识地通过旋压管制造形核过程，但是半固态浆料的制备要求形成大量均匀的形核核心，且需要对保温温度及保温时间进行精确控制，以实现对初生颗粒长大行为的控制，只通过所述旋压管光滑区域的激冷作用将难以制备流动行为可控的高粘性半固态浆料。

专利号为ZL106925783A的专利公布了一种高效金属3D打印设备和方法，其方案是采用金属熔体直接供料，使其以液流的形式连续喷出打印，同时利用冷却介质进行快速冷却，并通过打印头和成形基板的运动，完成打印过程。然而在成形过程中，直接使金属从液态变为固态会产生较大的凝固收缩，导致成形件尺寸精度不高，组织不能得到很好地控制，成形件将会产生较大的内应力。

因此，亟待需要提供一种新型增材制造装置及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增材制造装置及方法，以解决现有技术中无法对半固体流动行为进行有效控制的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种增材制造装置，包括螺旋挤出机构，螺旋挤出机构包括：

第一料筒，其内设有熔体进料口，且第一料筒的外部周设有第一保温层；

第二料筒，其与第一料筒连通且位于第一料筒下方，第二料筒由上至下依次设有熔体建压区、熔体计量挤出区和半固体出料口，且其外部周设有第二保温层；

螺杆，其位于第一料筒和第二料筒内，位于第一料筒内的螺杆的周身上设有叶片，位于第二料筒内的螺杆的周身上设有螺纹；

第一料筒的容积大于第二料筒的容积，叶片的直径大于螺纹的直径，螺杆的顶部连接有扭矩传感器。

作为优选，位于熔体建压区的螺纹的螺距或槽深逐渐缩小，位于熔体计量挤出区的螺纹的螺距或槽深相等。

作为优选，第二保温层与模温机连接，以使第二保温层的温度可控。

作为优选，第一料筒的顶部与真空泵连通，且二者之间通过中间室连通。