CN104085114A - 3d打印的多工艺制造系统 - Google Patents

Abstract

3D打印机技术的优点是利用CAD制成的三维图像，快速制造出没有实体作为参考的形状。而很多3D打印件的某一部分是具有实体作为参考的，因此可以利用铸造等工艺制造这一部分，再利用3D打印制作CAD成型部分，这样可以充分发挥各自制造工艺的优势。本发明提出了一种利用铸造等工艺大批量制造相同形状的铸造件1，再将这批铸造件1的上表面作为3D打印机的热床，直接在该表面打印这批零部件的非标准部分（即由CAD制作三维图像，没有实体参考，用其它工艺制作成本较高的部分）。这样做可以利用传统工艺廉价、迅速的得到大批量优质的相同形状部件，再利用3D打印技术在其上获得形状不同的部件，从而大大减少3D打印支撑材料及打印件材料的消耗，从而降低总的制造时间，达到批量生产，并且打印件的下表面也将更完美，表面粗糙度也更低。

Description

3D打印的多工艺制造系统

技术领域

本发明属于3D打印工艺领域，是一种充分发挥各制造工艺优势，将各工艺结合起来最终制造成件，涉及到机械自动化、软件编程、制造业等领域。

背景技术

目前，快速成型技术领域下的3D打印风靡全球，已渗透到了塑料模型、产品开发、建筑、食品、生物医药、珠宝、航天、机械等各个领域。

目前，几乎所有3D打印机的打印件都是基于一个方形平面进行打印，该平面被称为热床。并且，整个3D打印件都完全由3D打印机完成，没有其它工艺的参与。同时，即使打印件底面并不是平面，该打印件也会利用到大量支撑材料从平面开始打印，其打印件体积充满了从上表面投影到热床的所有空间，因而大量的支撑材料大大降低了打印速度，同时也造成了大量的材料浪费。对于某一系列的打印件来说，其很大一部分形状完全相同，重复性的利用3D打印机对整件进行完整打印非但不能发挥3D打印工艺的优势，还大大增加了非必须打印时间与耗材，经济性极低。

对于热床，统一设计为平面的原因是3D打印件的形状具有多样性，并且大部分打印件均存在某一表面为平面，因此从平面开始打印对于所有形状的打印件来说其统计平均打印时间是最低的。某一系列的打印件来说，其很大一部分形状完全相同，重复性的利用3D打印机对整件进行完整打印非但不能发挥3D打印工艺的优势，还大大增加了非必须打印时间与耗材，经济性极低。例如打印一堆相同大小不同形状的不倒翁，其底面均为球形，若是使用当前的平面热床进行打印，将会从底部的球形开始进行打印，产生大量相同的支撑材料去支撑底部的球形，造成很多材料的浪费，同时大大增加了打印时间，并且由于支撑材料的存在底面的不光滑程度也将大大增加，后续处理工作量也增加了。

发明内容

为解决上文所述问题，本发明提出如下解决方案：

利用其它利于制造相同形状物体的工艺（如铸造、聚合等）制造打印件的相同部分（后文称之为铸造件），再将该铸造件的上底面作为3D打印机的热床，直接在该铸造件上进行3D打印使打印件下表面与铸造件上表面贴合，构成一个整件。例如，利用铸造工艺制作一批不倒翁下半部分的半球形，再将该半球形的上表面视作3D打印机的热床，直接在该表面进行不倒翁上半部分的打印，这样利用到铸造工艺制造同一形状模型快速、经济、高质量的特点，同时利用到3D打印制造非标准形的便捷、高效，综合起来得到最高的成件效率。本发明仅改变了普通3D打印机的热床，其余3D打印机部件在空间允许的情况下可以保持原有设计，各部件传动、衔接、受力也并未改变。

其中，为了使传输到3D打印机的打印件程序（一般为G语言代码）能够匹配铸造件的上表面形状，需要人为调整打印件三维图像的下表面形状，使二者能够完全匹配，因此其底面并不是基于普通的平面热床开始打印，而是基于铸造件上表面形状。

其中，打印头的起始位置需要精确定位，以保证打印位置与打印件程序相适应，而不至跑偏。

由于本发明的应用，与现有技术相比将产生以下积极效果：

1. 获得更好的打印件底面形状、光滑度；

2. 在很大程度上减少了底面支撑材料的消耗，降低浪费；

3. 由于打印材料的减少，相同打印件的打印时间也将大大降低。

4. 发挥了不同制造工艺的优势，使最后的成件的质量比完全3D打印件好，并且制作时间短，支撑材料少。

附图说明

图1为本发明所叙述的3D打印机打印头及非标准打印热床的结构示意图。

以上附图中：1. 铸造件；2. 打印头；3. 直线轴；4. 光杆；5. 支撑架；6. 材料丝；7. 电机。

具体实施方式

以下将结合附图来说明本发明的实施方式。为便于叙述，本申请附图中的铸造件1假设为一个半球体与圆柱体相结合的形状，但铸造件形状并不局限于该附图所示的铸造件1，所有利用与3D打印不同工艺制造的铸造件1作为3D打印热床进行进一步制造，均在本发明的保护范围之内。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详述：

参照附图1，假设某一批打印件的下半部分形状大小相同，均为半球体与圆柱体相结合的形状，如图中的铸造件1。本实施方式将普通3D打印机的标准平面热床改变为某一铸造件1上表面，打印头2将电机7送入的材料丝6融化，并挤出为较细的丝，直接在铸造件1的上表面进行3D打印件的打印，因此打印件的下表面形状与铸造件1的上表面相吻合（小于等于该表面积），因此可通过铸造等工艺完成大批量相同形状的如铸造件1的制作，并控制铸造件1的上表面形状及其光滑度，从而控制打印件的下表面形状。再利用3D打印技术直接在铸造件1的上表面进行形状不同的部分的制作。

其余部分与原3D打印机相同，打印头2固定在支撑架5上，由电机7驱动支撑架5在光杆4及直线轴3的导向作用下运动。

上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，其目的是让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能因此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都涵盖在本发明的保护范围之内。主要体现在铸造件1形状及工艺的变化，各种形状及工艺制成的铸造件1与3D打印相结合成件的方法均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种3D打印的多工艺制造系统，利用铸造等传统工艺制造某一批3D打印件形状大小相同的铸造件1，再将该铸造件1的上表面作为3D打印机的热床，直接在其上打印剩余的形状不同的非标准部分。

2. 如权利要求1所述的3D打印的多工艺制造系统，其特征是铸造件1上表面任意一点处的切线与水平面的角度小于打印头2尖端与水平面的角度。

3. 如权利要求1所述的3D打印的多工艺制造系统，其特征是仅将普通3D打印机的标准平面热床改变为铸造件1的上表面，其余3D打印机部件的传动、受力关系等并未改变。

4. 如权利要求1所述的3D打印的多工艺制造系统，其特征是打印件的三维图像下底面底面形状与铸造件1的上表面形状相符合。

5. 如权利要求1所述的3D打印的多工艺制造系统，其特征是当打印头2执行回到原点命令时，Z方向首先提升至高于铸造件1最高点的位置后，再进行X、Y方向的运动。

6. 如权利要求1所述的3D打印的多工艺制造系统，其特征是打印头2的Z方向原点位于铸造件1的最高点，其各个方向的打印起始点位于铸造件1上表面最低点。