[实用新型]超声增材制造装置

说明书

本实用新型公开了一种超声增材制造装置，包括支架和安装于支架内部的超声打印头、材料缸、二维运动模组和竖向运动模组，本实用新型通过超声增材制造装置的换能器和超声波导出装置控制超声波前进方向与范围及声速锥面直径，材料缸内的可被超声波固化的材料在超声波束的焦点处被固化，从而进行超声打印，达到增材制造效果的同时，设备结构简单，超声打印成本更低。

技术领域

本实用新型涉及增材制造技术领域，尤其涉及超声增材制造装置。

背景技术

增材制造技术，又称3D打印，是快速成型技术的一种，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品。因其成型速度快、成型工艺简单和节约原材料等特点，增材制造技术在各领域被广泛研究及应用。

目前用于树脂材料的增材制造技术包括：SLA、SLS、PolyJet、DLP、FDM等，这些技术存在一些问题：

(1)SLA、SLS、PolyJet等精度较高的设备成本高，需要使用激光器等价格高昂的配件，或者对于喷头的加工要求高，而且设备的存放和使用环境要求高；

(2)FDM的精度低，加热源外露，容易造成安全隐患。

在增材制造中，常使用超声波作为辅助手段来检测或调整产品的内在结构，其主要的固化手段还是光固化和热固化，可看作是在常规的3D打印设备上添加产生超声波的设备。而目前存在着可通过超声波固化的材料，如专利号为 CN200580014019.0的专利文件《超声固化牙齿填充材料》中提及通过采用超声或者通过化学引发物来引发填料成分的马丁转变，申请号为CN90105864.5的专利申请一种超声波固化牙体修复树脂也是通过超声波来固化树脂，在期刊《石油工程建设》中曾刊登《超声波加速环氧树脂固化》一文，从上述材料可见将超声波应用于增材制造的固化手段是可行的，但是目前的增材制造技术和相应的设备并不适合超声增材制造(即超声打印)。

为解决上述问题，本实用新型提出一种成本低、安全环保、高效精准的超声增材制造装置。

实用新型内容

为了解决目前增材制造领域内存在的加工要求高、成本高的技术问题，本实用新型提供了这样一种超声增材制造装置，包括：

支架，是给整个设备提供支撑，承载各部分零件；

材料缸，固定在支架上，所述材料缸内部设置有竖向上下运动的打印基板；

超声打印头，位于材料缸上方，且水平面上做横向及纵向的二维运动，所述超声打印头包括自上而下设置的固定部、换能器和超声波导向装置，所述超声波导向装置的底端为圆锥形，中心设有一通孔，即超声波传导孔，通孔底部倒圆角，可控制超声波前进方向与范围，换能器控制超声波的声速锥面直径，该声速锥面直径为超声打印可执行的单道线宽，在打印开始前根据单道线宽来选择适合的换能器；

超声波发生器，位于支架外部，通过线路穿过固定部与换能器电连接；

竖向运动模组，安装在支架上，驱动打印基板在材料缸内竖向上下运动；

二维运动模组，安装在支架上，驱动超声打印头在材料缸上方做横向及纵向的二维运动。

进一步地，二维运动模组安装于支架的顶层，所述二维运动模组包括横向运动模组和纵向运动模组，所述纵向运动模组可采用丝杆传动结构或传动带传动结构，所述横向运动模组可采用丝杆传动结构或齿轮传动结构。