一种感应加热增材制造装置

1.本实用新型涉及增材制造加工领域，尤其涉及一种感应加热增材制造装置。


背景技术：

2.目前金属丝材增材制造工艺在材料使用中，丝料利用率较高，因此，能够节省材料，在精细程度上有50％的提高，并且这种金属丝的成本相对低廉。其主要以电弧增材制造为主，但以电弧作为热源，那么就会产生飞溅等问题，以至于它的表面成形质量较为粗糙。其次就是熔融沉积成型工艺，它的加热装置普遍使用电热棒、电热块等电阻加热的方式，升温速度较慢，温度低，故主要用于打印塑料材料及少数低熔点金属。虽然有少部分对其加热装置提出增加加热棒或加热块的方式进行提高加热性能，但仍不能满足高熔点金属的要求。最后，有学者提出直接对打印材料进行感应加热熔化，这是基于金属材料具有导磁导电以及高电阻率的特性，因而限制了绝大部分材质的应用。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种快速升温、间接加热、丝材范围不受限的感应加热增材制造装置。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种感应加热增材制造装置，包括电源模组、机架、上定位板、下定位板和感应加热主体，所述上定位板与下定位板均安装在机架上，所述感应加热主体包括感应线圈、绝缘导热套筒、绝缘柱塞、石墨棒和送丝管，所述绝缘导热套筒上端设在上定位板上、下端设于下定位板上，所述绝缘柱塞和石墨棒均设于绝缘导热套筒内且绝缘柱塞在石墨棒的上端，所述绝缘柱塞设有第一轴向通孔，所述石墨棒具有第二轴向通孔，所述第二轴向通孔与第一轴向通孔对接，所述送丝管上端安装在上定位板上、下端插入第一轴向通孔内，所述下定位板设有下导向孔，所述石墨棒下端伸出绝缘导热套筒并位于下导向孔内，所述感应线圈缠绕在绝缘导热套筒外，所述感应线圈的两个端部均与电源模组导通连接。
6.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一轴向通孔为由上至下逐渐收紧的主锥孔，所述第二轴向通孔的上端为对接锥孔，所述对接锥孔与主锥孔的锥度相同，所述送丝管的下端为与第一轴向通孔相适配的锥部。
7.作为上述技术方案的进一步改进，所述上定位板设有上安装孔，所述上安装孔内设有连接套，所述绝缘导热套筒上端套在连接套内，所述连接套上端设有进丝盖板，所述送丝管上端穿设并锁紧在进丝盖板上。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述上安装孔与下导向孔均为腰型孔。
9.作为上述技术方案的进一步改进，所述石墨棒的底部为锥形喷嘴部，所述下定位板上设有喷嘴垫圈，所述喷嘴垫圈上端设有安装凹槽、下端具有定位锥台，所述绝缘导热套筒下端位于安装凹槽内，所述定位锥台位于下导向孔内，所述定位锥台具有锥形定位孔，所述锥形喷嘴部位于锥形定位孔内。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一轴向通孔、第二轴向通孔、锥形定位孔、下导向孔同心布置。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述机架的两侧设有夹板一和夹板二，所述感应线圈的一个端部夹在夹板一与机架之间，另一个端部夹在夹板二与机架之间，所述电源模组包括可产生交变电流的机箱，所述机箱与机架导通连接。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述机架为方框结构，所述上定位板、下定位板在远离机架的一端通过侧板连接，所述上定位板一端设有固定板一，下定位板一端设有固定板二，固定板一与固定板二夹在机架的上下两侧，二者通过螺栓锁紧。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述感应线圈为可通入冷却介质的空心管。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述感应加热增材制造装置还包括工作台和三轴移动模组，所述三轴移动模组用于驱动工作台在x轴、y轴和z轴方向移动，所述工作台设于感应加热主体的下方。
15.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
16.本实用新型的感应加热增材制造装置，首先，采用常用的金属熔炼炉材料石墨作为感应加热发热体，结合遵循电磁感应、集肤效应、涡流效应三个基本原理进行电磁感应加热，在中高频交流电流的作用下，感应线圈圈中心产生高频交变磁场，从而处于感应线圈中间的高纯石墨棒产生涡流效应，进而极速升温，能很快达到1000℃以上，为丝材的快速熔化传递足够的热量，快速加热融化焊丝，从而为设备出丝高效稳定出丝提供保证；其次，采用间接加热的方式加热丝材，不需要金属材料具有导磁导电以及高电阻率的特性，可选择的丝材更广泛，解决了现有技术中采用对金属丝材直接进行感应加热熔化而大大限制了金属打印的材料范畴的问题。
附图说明
17.图1是本实用新型的感应加热增材制造装置的立体结构示意图。
18.图2是本实用新型中电源模组与机架的结构示意图。
19.图3是本实用新型中机架、上定位板、下定位板、感应加热主体的连接结构示意图一。
20.图4是本实用新型中机架、上定位板、下定位板、感应加热主体的连接结构示意图二。
21.图5是图4中的a-a视图。
22.图6是本实用新型中绝缘导热套筒、绝缘柱塞和石墨棒的结构示意图。
23.图中各标号表示：
24.1、电源模组；11、机箱；2、机架；21、夹板一；22、夹板二；301、上安装孔；302、下导向孔；31、上定位板；32、下定位板；33、侧板；34、固定板一；35、固定板二；36、螺栓；4、感应加热主体；401、第一轴向通孔；402、第二轴向通孔；41、感应线圈；42、绝缘导热套筒；43、绝缘柱塞；44、石墨棒；441、锥形喷嘴部；45、送丝管；46、密封件；51、连接套；52、进丝盖板；6、喷嘴垫圈；61、安装凹槽；62、定位锥台；63、锥形定位孔；7、工作台；8、三轴移动模组；81、x轴直线模块；82、y轴直线模块；83、z轴直线模块。
具体实施方式
25.以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
26.如图1至图6所示，本实施例的感应加热增材制造装置，包括电源模组1、机架2、上定位板31、下定位板32和感应加热主体4，上定位板31与下定位板32均安装在机架2上。感应加热主体4包括感应线圈41、绝缘导热套筒42、绝缘柱塞43、石墨棒44和送丝管45，绝缘导热套筒42上端设在上定位板31上、下端设于下定位板32上，绝缘柱塞43和石墨棒44均设于绝缘导热套筒42内且绝缘柱塞43在石墨棒44的上端，绝缘柱塞43设有第一轴向通孔401，石墨棒44具有第二轴向通孔402，第二轴向通孔402与第一轴向通孔401对接。送丝管45上端安装在上定位板31上、下端插入第一轴向通孔401内，下定位板32设有下导向孔302，石墨棒44下端伸出绝缘导热套筒42并位于下导向孔302内。感应线圈41缠绕在绝缘导热套筒42外壁上，位置并与石墨棒44位置对应，感应线圈41的两个端部均与电源模组1导通连接。电源模组1为感应线圈41提供交变电流。
27.其中，绝缘导热套筒42、绝缘柱塞43优选为陶瓷套筒和陶瓷柱塞。石墨棒44为高纯石墨。陶瓷圆柱套设于感应线圈41与石墨棒44之间作为石墨棒44的保护套，陶瓷柱塞将石墨棒44限位固定于陶瓷圆柱套中。
28.工作时，电源模组1启动，感应线圈41通电升温，对石墨棒44进行加热，于此同时，向送丝管45内送入丝材，丝材穿过绝缘柱塞43进入石墨棒44内，在第二轴向通孔402内被加热熔化，最后从第二轴向通孔402的出口输出。由于设置了绝缘导热套筒42和石墨棒44，丝材为间接加热，不是直接加热。
29.该感应加热增材制造装置，首先，采用常用的金属熔炼炉材料石墨作为感应加热发热体，结合遵循电磁感应、集肤效应、涡流效应三个基本原理进行电磁感应加热，在中高频交流电流的作用下，感应线圈41圈中心产生高频交变磁场，从而处于感应线圈中间的高纯石墨棒产生涡流效应，进而极速升温，能很快达到1000℃以上，为丝材的快速熔化传递足够的热量，快速加热融化焊丝，从而为设备出丝高效稳定出丝提供保证。其次，采用间接加热的方式加热丝材，不需要金属材料具有导磁导电以及高电阻率的特性，可选择的丝材更广泛，解决了现有技术中采用对金属丝材直接进行感应加热熔化而大大限制了金属打印的材料范畴的问题。最后，该装置没有复杂的工艺参数，操作更简单稳定，比如现有技术中的电弧增材制造工艺的工艺参数变量多且复杂，也不够稳定。
30.本实施例中，第一轴向通孔401为由上至下逐渐收紧的主锥孔，第二轴向通孔402的上端为对接锥孔，对接锥孔与主锥孔的锥度相同，即对接锥孔构成主锥孔的延伸部分。送丝管45的下端为与第一轴向通孔401相适配的锥部，锥孔设置的目的是：当丝材偏离通孔402时，引导丝材顺利进入通孔402。
31.本实施例中，上定位板31设有上安装孔301，上安装孔301内设有连接套51，绝缘导热套筒42上端套在连接套51内，连接套51上端设有进丝盖板52，送丝管45上端穿设并锁紧在进丝盖板52上。送丝管45在进丝盖板52的上端和下端设有密封件46。
32.本实施例中，石墨棒44的底部为锥形喷嘴部441，下定位板32上设有喷嘴垫圈6，喷嘴垫圈6上端设有安装凹槽61且下端具有定位锥台62，绝缘导热套筒42下端位于安装凹槽61内。通过连接套51与喷嘴垫圈6固定住绝缘导热套筒42。
33.定位锥台62位于下导向孔302内进行定位导向，下导向孔302的形状与定位锥台62
相适配。定位锥台62具有锥形定位孔63，锥形喷嘴部441位于锥形定位孔63内，对锥形喷嘴部441进行定位。锥形喷嘴部441即为熔化丝材的出口。
34.本实施例中，第一轴向通孔401、第二轴向通孔402、锥形定位孔63、下导向孔302同心布置。石墨棒44为t形结构，其中间部分与绝缘导热套筒42之间具有一定间隙，从而减少接触面积，减少热量损失，也利于实现丝材的间接加热。
35.本实施例中，上安装孔301与下导向孔302均为腰型孔，从而使得感应加热主体4的水平方向可以适当调整位置。
36.本实施例中，机架2为方框结构，机架2的左右两侧设有夹板一21和夹板二22，感应线圈41的一个端部夹在夹板一21与机架2之间，另一个端部夹在夹板二22与机架2之间，电源模组1包括可产生交变电流的机箱11，机箱11与机架2导通连接。机架2与感应线圈41的一两个端部导通，机箱11产生交变电流并通过机架2传递给感应线圈41。夹板一21和夹板二22通过螺栓36固定在机架2上。
37.本实施例中，上定位板31、下定位板32在远离机架2的一端通过侧板33连接，上定位板31一端设有固定板一34，下定位板32一端设有固定板二35，固定板一34与固定板二35夹在机架2的上下两侧，二者通过螺栓36锁紧。上定位板31、下定位板32、、侧板33、固定板一34与固定板二35为一个整体结构。
38.本实施例中，感应线圈41为可通入冷却介质的空心管。感应线圈41内可通入冷却介质，在需要的时候进行降温。
39.本实施例中，还包括工作台7和三轴移动模组8，三轴移动模组8用于驱动工作台7在x轴、y轴和z轴方向移动，工作台7设于感应加热主体4的下方。三轴移动模组8包括x轴直线模块81、y轴直线模块82和z轴直线模块83，工作台7设在z轴直线模块83的滑块上。成型产品放在工作台7上，通过三轴移动模组8带着工作台7做设定好的轨迹运动，从而便于成型。通过将感应加热主体4与机械运动平台分开，减少运动平台的机械运动所产生的振动对感应加热主体4的出丝精度的影响，提高了所述感应加热增材设备的成形精度。采用分离式结构，结构更简单，操作更方便。
40.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。