[发明专利]一种高频感应熔化装置、3D打印系统及3D打印工艺

说明书

本发明提供了一种高频感应熔化装置、3D打印系统，涉及增材制造技术领域。该高频感应熔化装置包括送料机构和感应线圈；将金属棒材固定在送料机构上，送料机构能够将金属棒材移动到感应线圈内。该3D打印系统包括工作平台以及上述高频感应熔化装置；工作平台水平放置时，熔炼仓、换料仓和送料机构从下往上依次设置于工作平台上。本发明的高频感应熔化装置，利用电极感应线圈直接熔化金属棒材，工艺成本低廉、生产效率高。本发明的3D打印系统，利用工作平台与高频感应熔化装置的组合结构，适用于采用多种金属棒材高效率地生产超大尺寸的结构件。在此基础上，本发明还提供了一种3D打印系统及3D打印工艺。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种高频感应熔化装置、3D打印系统及3D打印工艺。

背景技术

增材制造(俗称3D打印)技术被誉为将引领“第三次工业革命”的关键技术之一，近年来得到各国高度重视和国内外学者的广泛研究。作为新一轮工业革命的重要标志之一，增材制造技术已成为加快制造业转变发展方式和提质增效升级的重要手段。

由于金属3D打印技术经历的发展时间整体较短，即使目前处于国际领先水平的主流设备仍存在打印速度偏低、尺寸小、稳定性差及可操作性不足等问题，尤其是目前现有的3D打印技术的成型速度相比传统铸锻工艺来说要慢几十倍甚至几百倍，目前最快的3D打印工艺如同轴送粉打印工艺成型速度也不过1kg-10kg/小时，要打印几米长的大型结构件时仍然需要十几天到几个月时间，难以满足高端制造业批量化生产的成本控制及交付周期的要求。对于轨道交通、航空航天、石油化工、核电新能源等领域大型结构件的应用，往往一个构件尺寸长达几米到十几米，重量达几百公斤至几吨，甚至几十吨，现今的3D打印工艺(粉末床、同轴送粉、送丝熔融、激光烧结等)相比起传统的铸锻工艺，无论从加工效率、制件成本、加工尺寸来说，都存在着一条无法逾越的鸿沟，这将大大地限制3D打印走向真正的批量化生产应用。

因此，亟需寻求一种可以满足大型结构件生产、具有高效率低成本优势的3D打印装置和工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频感应熔化装置，其能够提高3D打印效率、降低3D打印工艺成本、满足大型结构件生产的需要。

本发明的另一目的在于提供一种3D打印系统和3D打印工艺，其能够在一套生产设备上直接利用金属棒材高效地生产超大尺寸结构件。

本发明的实施例是这样实现的：

一种高频感应熔化装置，其包括送料机构和感应线圈；将金属棒材固定在所述送料机构上，所述送料机构能够将金属棒材移动到所述感应线圈内。

在本发明较佳的实施例中，还包括熔炼仓；所述感应线圈内置于所述熔炼仓，所述送料机构位于所述熔炼仓之外，能够驱动金属棒材进出所述熔炼仓的内腔。其技术效果在于：熔炼仓用于充入惰性气体，以保证金属棒材在可靠的环境中依靠感应线圈的热源，实现无坩埚接触熔化。

在本发明较佳的实施例中，还包括换料仓；所述送料机构通过所述换料仓与所述熔炼仓密封连通，金属棒材固定于所述送料机构时，位于所述换料仓内。其技术效果在于：换料仓用于储备金属棒材，在工艺过程中，当一个换料仓内的金属棒材熔化结束后，可迅速更换另一个换料仓，无间隙地继续进行金属棒材的熔化堆积工作。

在本发明较佳的实施例中，所述送料机构设置有相互连接的送料导杆和驱动电机；所述送料导杆的中心线与所述感应线圈的中心线重合；所述送料导杆靠近所述感应线圈的一端用于固定金属棒材，所述送料导杆在驱动电机的推动下，能够带动金属棒材从所述感应线圈的中心穿过。其技术效果在于：送料机构优选采用齿轮和齿条机构，利用齿轮转动带动齿条平移，进而推动金属棒材沿自身的轴线方向移动进入感应线圈中实现熔化。

一种3D打印系统，其包括工作平台以及上述的高频感应熔化装置；所述工作平台水平放置时，位于所述感应线圈的下方，所述送料机构位于所述感应线圈的上方。