[发明专利]一种金属粉末精细流线3D打印机头及具有该打印机头的打印装置

说明书

一种金属粉末精细流线3D打印机头及具有该3D打印机头的打印装置，3D打印机头包括针管容器、针头管、送粉机构和驱动送粉机构送粉的电机，针管容器和针头管直通连接；送粉机构具有旋转主轴，及由上至下排列设置在旋转主轴上的反向螺旋松粉搅拌拨叉、送粉拨叉和精细送粉弹簧；电机驱动送粉机构搅动针管容器内的金属粉末形成动态的金属粉末精细流线，并将金属粉末精细流线送出；本发明3D打印机头及打印装置可将静止态的粉末自动变成为极细的金属粉末流线，且可连续产生和不断发送精细金属粉末流线；流线直径稳定，粉末颗粒不会飞溅，流速精确可控，在零件图形的有效断面范围内进行精确扫描、铺粉，提高3D打印产品的精度。

技术领域

本发明涉及一种3D打印领域，尤其是指一种金属粉末精细流线3D打印机头及具有该打印机头的打印装置。

背景技术

近年来3D打印技术飞快发展，3D打印技术已在各个制造领域发挥了巨大作用；例如，在航空航天领域：制造整体蜗轮叶片、高温高速喷管等，在医疗领域：制造人工关节、牙齿、胸腔整体筋骨等，在精密制造领域制造各种复杂零件，在艺术领域中：制造人体塑像等等，不胜繁举；在3D打印制造技术使用的增材原材料上主要可分为丝状增材和粉末（如金属粉、陶瓷粉）增材两种；采用丝状材料如塑料丝或低熔点金属丝为增材原料的缺点是制造丝材本身的成本很高，而且有些金属很难制成各种直径很细的丝材；因此目前对于高熔点金属类3D打印，较多的采用金属粉末增材；金属粉末增材的3D打印技术中广泛使用的是粉末床激光选择性烧结（SLS）和粘结剂喷射烧结（BJS）。

其中，粉末床激光选择性烧结的缺点是需要反复层层铺粉再激光束烧结、成型，最后还要扫除未烧结粉末；因此生产效率很低，这也是制约3D打印成本居高不下的根本原因；其次粉床厚度难控制，特别是在激光烧结区剧烈收缩后再铺粉，随着粉床高度增加，还容易出现粉床崩塌、层裂、和与烧结区形成拱桥粘连等问题，直接影响产品质量；还有不易加工精细零件，随着零件的复杂程度增加，零件各部件彼此靠近的细小区域内，粉床中的粉末会相互粘连；在激光烧结时，激光束很难将加热区间按细小的零件间隙分开，难于生产精细的零件；而且金属粉末污染浪费较大，在靠近零件处的大量粉末未能烧结，易污染、脏化，利用率很低；因为激光束烧结的区域很难与粉末床中的周围粉末分开；在烧结过程中，灼热的金属零件表面必然粘接有大量金属粉末，使粉床3D打印激光烧结的产品尺寸精度和表面光洁度很低；而粘结剂喷射烧结是先用金属粉末与有机快凝塑胶液制成金属粉末料浆，装入3D打印机头的料仓内，在气体压力、或螺旋推杆、或活塞推动下，使金属粉末料浆从料仓通过针管小孔挤出，并同时完成零件型坯的扫描堆积和快凝成型工序；这种3D打印头的功能仅仅是连续不断地从针管小孔中推出金属粉末料浆膏线的任务，之后塑性坯的干燥，脱脂、烧结工序实际上与现有的注射成型产品工序完全相同；但是，这种作法的缺点是料浆中金属的体积含量不稳定，尤其是穿过料仓挤出口的针管小孔时，会进一步降低挤出料浆中的金属含量；而且不能制备大型零件，烧结后产品的残留孔隙度较高，导致相对密度低、强度低。

有鉴于此，本发明人针对上述3D 打印机头和打印装置结构设计上未臻完善所导致的诸多缺失及不便，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属粉末精细流线3D打印机头及具有该打印机头的打印装置，能将针管容器内静止态的粉末变成为连续不断流动、流量和流速可控、直径很细的金属粉末流线；金属粉末的体积含量稳定，流线直径稳定，粉末颗粒不会飞溅，流速精确可控，在零件图形的有效断面范围内进行精确扫描、铺粉，同时配合以激光跟踪扫描烧结完成精密零件的3D打印工作，提高3D打印产品的精度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：