[发明专利]一种金属浆料挤出式金属3D打印机

权利要求书

1.一种金属浆料挤出式金属3D打印机，其特征在于：包括两级挤出机构、打印机支架、打印平台、导轨模组、并联臂和LCD操作显示屏；其中两级挤出机构的第一级挤出机构包括挤出气泵、恒压阀、储料仓、挤出活塞、PVC气管，第二级挤出机构包括挤出电机、挤出套筒、挤出螺杆、挤出头；所述第一级挤出机构中气泵提供气源经过PVC气管以及恒压阀调压导入至储料仓，从而推动挤出活塞，挤出活塞推动金属浆料经导料管到达挤第二级挤出机构；第二级挤出机构中的挤出电机带动所述挤出螺杆将金属浆料从挤出套筒中经挤出头将金属浆料挤出，所述第二级挤出机构驱动器设置在并联臂上且与步进电机信号连通，所述打印挤出头设置在第二级挤出机构上，并与三对并联臂相连，三对并联臂通过固定装置与三个垂直走向的直线导轨上的滑块相连，所述滑块由齿形皮带与步进电机相连；所述步进电机由控制器控制运动；所述打印平台位于打印挤出头正下方，所述LCD操作显示屏分别与挤出驱动器、导轨模组信号连通。

2.根据权利要求1所述的一种金属浆料挤出式金属3D打印机，其特征在于：所述打印机支架每隔120°相对的内壁设有导轨滑块模组，与所对应步进电机一起组成移动模组，所述移动模组一共有三组，第一移动模组包括第一电动滑轨、第一滑块，所述移动模组固定连接在打印机支架的内壁上，所述第一滑块设置在第一电动滑轨上，所述第一滑块的两个侧壁均转动连接有第一并联臂组，两个所述第一并联臂组末端之间设有效应器，所述效应器与两个第一并联臂组均为转动连接；其他两组结构相同；所述效应器的下端设有打印挤出头喷嘴，所述打印挤出头与效应器通过自身螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种金属浆料挤出式金属3D打印机，其特征在于，根据挤出量和挤出速率选择螺杆挤出机，给出以下公式：

挤出速率与喷嘴直径及打印移动速度关系：

式中,Q’为实际挤出速率m³/s；D为喷嘴直径，m；v为打印速度，m/s；

(1)螺杆几何参数计算：最佳挤出速率时的计量段螺槽深度

式中，H^*——最佳挤出速率时的计量段螺槽深度，m；

n_r——螺杆转速，r/s；

D——螺杆直径，m；

Φ——螺旋角，°；

L——建立压力P的轴向距离，m；

P——压力，Pa；

h——幂律指数；

m——稠度指数，Pa·sn；

m＝η·γ^1-h

η——浆料粘度，Pa·s；

γ——剪切速率，1/s；

(2)单螺杆挤出机的浆料输送速率计算式

式中，Q—单螺杆挤出机的浆料输送速率，m³/s；Q_d—正流流量，m³/s；

Q_p—逆流流量，m³/s；

Q_l—漏流流量，m³/s；

α—螺杆尺寸参数，m³；

β—螺杆尺寸参数，m³；

γ—螺杆尺寸参数，m³；

以上三个螺杆尺寸参数一般都会直接给出，若没有明确给出则通过以上三个公式计算；

n—螺杆转速，r/s；

△P—螺杆机头压力，Pa；

η—浆料粘度，Pa·s；

D_b—螺杆机筒内直径，m；

H₃—螺杆计量段螺槽深度，m；

—机筒内表面处螺旋角，°；

L₃—螺杆计量段轴向长度，m；

E—螺杆对机筒的轴向偏心系数，对称：E＝1，非完全对称：E＝1.2；

b—螺棱轴向宽度，m；

δ_f—径向间隙，m；

因打印过程中喷头所需挤出速率与计算得到理论挤出速率应当相等，因此，令Q＝Q’,得到打印速度与喷嘴直径，压强，浆料粘度之间关系：

式中，α，β，γ为螺杆参数；

D—为螺杆直径，m；

n—螺杆转速，r/s；

ΔP—浆料在螺杆内压力，Pa；

η—浆料粘度，Pa·s。