CN104149346B - 粘性物质三维打印的均匀出料方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粘性物质三维打印的均匀出料方法及装置，包括空压及过滤装置、空气储放灌、原料储放室和三维打印机，空压及过滤装置与空气储放灌连接，空气储放灌与原料储放室之间依次设有精密调压阀以及分别与打印机主控板之间信号连接的第一电磁阀和数字流量检测装置，原料储放室与打印机喷头之间连接有与打印机主控板之间信号连接的第二电磁阀，在原料储放室上设有与主控板之间信号连接的数字空压检测装置，且两个电磁阀为常闭式电磁阀。本发明利用同一容器同一压强下各个位置压强相同的原理，利用空气来补充打印原料的减少，使得实施性更强，同时空气被压入的流量、流向实现闭环控制，使打印原料被均匀的挤出；从而提高打印精度及打印质量。

Description

粘性物质三维打印的均匀出料方法及装置

技术领域

本发明涉及一种熔融沉积型三维打印技术，特别是粘性物质三维打印的均匀出料方法及装置。

背景技术

三维打印技术是近年来在各个领域迅速发展的一项新兴技术，与传统制造业的去除材料不同，三维打印技术是以增加材料方式来完成物体的制造。其主要工艺中有逐层打印方法，进而特别是在食品、陶瓷制作和医学方面生物细胞的打印有了一定的发展，但是对于这些带有粘性物质的打印方面，最大的技术难点在于如何将打印材料，在打印时均匀的挤出。

中国专利ZL201320022312.3公开了一种多功能食品打印机。提供了一种粘性物质的打印构想，主要是采用空气压缩机产生的压缩空气挤出打印喷头内的材料，可以实现2D或3D绘图。但是这种方法难以避免气压波动带来的喷射不均匀，挤出力不够，甚至喷头堵塞的现象，但是在均匀出料这一块的技术说明，显得很为勉强，可以认为是根本不可能实现均匀出料的，不能均匀出料，就不能实现打印的精度和打印的质量。中国专利201410106956.X一种打印流质材料的三维打印机，对流体类物质在三维打印时均匀出料问题做出了一定的说明，但是在粘性物质均匀出料时，采用的自然流下的方式，显得很为勉强。所以以上两个专利，在粘性类物质在打印时，对原料的挤出在可控性方面、依靠数据调控方面、对出料检测方面的闭环监控都没有实现。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够对粘性物体进行均匀打印，从而确保打印的精度及打印质量的粘性物质三维打印的均匀出料装置及方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种粘性物质三维打印的均匀出料方法，包括以下步骤：

a）对空气进行压缩及过滤，并对压缩及过滤后的空气进行储存；

b）装入打印原材料，并设定打印物体的压力值；

c）通过打印速度、打印流量、打印精度的三者结合计算出空气的压力调节值，并利用该空气来补充被已经用来打印的原料的体积；

d）通过判断储存原料空间内的压力值是否和设定的打印压力值相同，从而判断是否进行打印工作，判断依据：

当储存原料空间内的压力值和设定的打印压力值相同；通过控制电磁阀进而控制喷头进行打印，此时调压后的空气继续补充被已经用来打印的原料的体积，保持储存原料空间内的压力稳定，进行持续打印；当储存原料空间内的压力值小于设定的打印压力值；通过控制电磁阀进而控制喷头停止工作，此时调压后的空气补充被已经用来打印的原料的体积，实现加压工作，待压力达到预先设定的值时，通过控制电磁阀进而控制喷头继续进行打印工作；直至打印完成；

e）打印完成后首先关闭打印系统，再关闭压缩过滤系统。

上述方法利用了一个相同容器中同一压强下，各个位置的压强相同的原理，利用空气来补充被已经用来打印原料的体积，实现对储存原料空间内压强的大小控制，进而实现在喷头处喷出原料的时时流量是相同的，进而保证打印能够顺利均匀的进行，从而提高打印的精度、打印的质量。

为了保证打印的安全及下次打印加料，在关闭压缩过滤系统后，可打开手控阀对储存原料的空间进行排压。

为了实现上述方法，本发明所述提供的一种粘性物质三维打印的均匀出料装置，包括用于对空气进行压缩及过滤的空压及过滤装置、用于对压缩及过滤后的空气进行储存的空气储放灌、用于储存打印的原材料的原料储放室以及三维打印机，所述的空压及过滤装置与空气储放灌连接，所述三维打印机包括主控板和喷头，空气储放灌与原料储放室之间依次连接有精密调压阀、第一电磁阀以及数字流量检测装置，所述的原料储放室与喷头之间连接有第二电磁阀，且所述的第一电磁阀与主控板之间信号连接，数字流量检测装置与主控板之间信号连接，第二电磁阀与主控板之间信号连接，在原料储放室上设有有数字空压检测装置，且数字空压检测装置与主控板之间信号连接，且第一电磁阀和第二电磁阀均为常闭式电磁阀，在精密调压阀与第一电磁阀之间连接有单向阀。

上述的设计的特点是：1）利用了一个相同容器中同一压强下，各个位置的压强相同的原理，利用空气来补充打印原料的减少，使得方案的可实施性更高；2）通过对空气进入原料储放室内的过程独特设计，使得空气被压入的流量、流向实现闭环控制，从而实现打印时打印原料被均匀的挤出；3）整个打印原料被挤出的过程控制实现有数据可依，进而保证了整个打印过程的科学控制，进而保证打印能够顺利均匀的进行，从而提高打印的精度、打印的质量。

为了保证打印的安全及下次打印加料，在原料储放室上设有手控阀，实现当打印完成时，可及时对原料储放室进行排压，保证下次添加打印原料时的安全。

为了实现更好的均匀出料的效果，所述原料储放室的结构是上端为圆柱体，下端为圆锥体的组合结构，通过原料储放室内采用圆柱体与圆锥体的组合设计，使得打印原料能够被充分的利用，以及保证打印时的顺利挤出。

本发明得到的粘性物质三维打印的均匀出料方法及装置,充分利用同一容器中同一压强下，各个位置的压强相同的原理，利用空气来补充打印原料的减少，使得方案的可实施性更强、同时空气被压入的流量、流向实现闭环控制，从而使打印时打印原料被均匀的挤出；从而提高打印的精度、打印的质量。

附图说明

图1是实施例1的整体结构示意图；

图2是实施例2的整体结构示意图；

图3是实施例3的整体结构示意图。

图中：空压及过滤装置1、空气储放灌2、原料储放室3、主控板4、喷头5、精密调压阀6、第一电磁阀7、数字流量检测装置8、第二电磁阀9、数字空压检测装置10、手控阀11、单向阀12。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

本发明提供的粘性物质三维打印的均匀出料方法，包括以下步骤：

a）对空气进行压缩及过滤，并对压缩及过滤后的空气进行储存；

b）装入打印原材料，并设定打印物体的压力值；

c）通过打印速度、打印流量、打印精度的三者结合计算出空气的压力调节值，并利用该空气来补充被已经用来打印的原料的体积；

d）通过判断储存原料空间内的压力值是否和设定的打印压力值相同，从而判断是否进行打印工作，判断依据：

当储存原料空间内的压力值和设定的打印压力值相同；通过控制电磁阀进而控制喷头进行打印，此时调压后的空气继续补充被已经用来打印的原料的体积，保持储存原料空间内的压力稳定，进行持续打印；当储存原料空间内的压力值小于设定的打印压力值；通过控制电磁阀进而控制喷头停止工作，此时调压后的空气补充被已经用来打印的原料的体积，实现加压工作，待压力达到预先设定的值时，通过控制电磁阀进而控制喷头继续进行打印工作；直至打印完成；

e）打印完成后首先关闭打印系统，再关闭压缩过滤系统。

上述方法利用了一个相同容器中同一压强下，各个位置的压强相同的原理，利用空气来补充被已经用来打印原料的体积，实现对储存原料空间内压强的大小控制，进而实现在喷头5处喷出原料的时时流量是相同的，进而保证打印能够顺利均匀的进行，从而提高打印的精度、打印的质量。

为了保证打印的安全及下次打印加料，在关闭压缩过滤系统后，可打开手控阀对对储存原料的空间进行排压。

如图1所示，采用上述所述的粘性物质三维打印的均匀出料方法的装置，包括用于对空气进行压缩及过滤的空压及过滤装置1、用于对压缩及过滤后的空气进行储存的空气储放灌2、用于储存打印的原材料的原料储放室3以及三维打印机，所述的空压及过滤装置1与空气储放灌2连接，所述三维打印机包括主控板4和喷头5，空气储放灌2与原料储放室3之间依次连接有精密调压阀6、第一电磁阀7以及数字流量检测装置8，所述的原料储放室3与喷头5之间连接有第二电磁阀9，且所述的第一电磁阀7与主控板4之间信号连接，数字流量检测装置8与主控板4之间信号连接，且数字流量检测装置8对主控板4输入模拟信号，第二电磁阀9与主控板4之间信号连接，在原料储放室3上设有数字空压检测装置10，且数字空压检测装置10与主控板4之间信号连接，且第一电磁阀7和第二电磁阀9均为常闭式电磁阀。在本实施例中为了实现打印的完整功能，三维打印机还包括除了主控板4和喷头5的其他三维打印机必要部件，而其他三维打印机必要部件是本领域的常规技术，是本领域技术人员必须掌握的常规技术，因此在此不作具体描述。

在本实施例中压力的调节值的调节大小是依据：由于打印流量与打印速度成正比，打印流量与打印精度成反比，因此在工作时，首选可以设定打印速度和打印精度，再依据打印材料的不同，就可以确定打印的流量，打印流量的调节可以通过对精密调压阀的调节来实现，确定完打印流量就可以实现打印，并通过数字流量检测装置对主控板输入模拟的信号来实现闭环控制，当在打印的过程中随着储存原料空间内的打印原料的流失，使得打印流量变化。此时通过将空气压入到储存原料空间内，保持储存原料空间内的压力值稳定，从而确保打印流量的稳定，并且由数字空压检测装置进行时时检测，并将数据输送到主控板4，使得打印流量、打印速度、打印精度三者实现时时动态稳定。

为了防止空气反流的作用，确保压力的稳定及使用的安全性，在精密调压阀与第一电磁阀之间连接有单向阀。

工作时，首先打开空压及过滤装置1，被空压及过滤装置1压缩机过滤后的空气储放在储气罐中，将精密调压阀6的压力值设定到预先计算好的数值。随后将要三维打印的粘性类物质原理放入原料储放室3，准备工作完成。然后打开三维打印机，此时通过数字空压检测可得知原料储放室3的压力值是否和设定的打印压力值相同，第一电磁阀7和第二电磁阀9采用长闭式电磁阀，所以此时第一电磁阀7和第二电磁阀9都出去关闭状态。由于前期没有对原料储放室3内进行加压，此时原料储放室3的压力是低于设定值的，此时三维打印机主控板4通过对控制第一电磁阀7打开，对原料储放室3进行加压，待压力达到预先设定的值时，三维打印开始打印，三维打印机主控板4通过对控制第二电磁阀9打开，进行打印工作。此时第一电磁阀7继续打开，进而保持原料储放室3内的压力稳定，持续打印。若在打印过程中出现原料储放室3内的压力值小于设定值时，三维打印机主控板4通过对控制第二电磁阀9关闭，对原料储放室3内进行加压，待压力达到预先设定的值时，三维打印机主控板4通过对控制第二电磁阀9打开，继续进行打印工作，在三维打印完成时，先关闭三维打印机，再关闭空压及过滤装置1。

上述的设计的特点是：1）利用了一个相同容器中同一压强下，各个位置的压强相同的原理，利用空气来补充打印原料的减少，使得方案的可实施性更高；2）通过对空气进入原料储放室3内的过程独特设计，使得空气被压入的流量、流向实现闭环控制，从而实现打印时打印原料被均匀的挤出；3）整个打印原料被挤出的过程控制实现有数据可依，进而保证了整个打印过程的科学控制，进而保证打印能够顺利均匀的进行，从而提高打印的精度、打印的质量。

实施例2：

如图2所示，本实施例的大致结构与实施例1相同，不同的是本实施例提供的粘性物质三维打印的均匀出料方法的装置，为了保证打印的安全及下次打印加料，在原料储放室3上设有手控阀11，实现当打印完成时，可及时对原料储放室3进行排压，保证下次添加打印原料时的安全。

实施例3：

如图3所示，本实施例的大致结构与实施例2相同，不同的是本实施例提供的粘性物质三维打印的均匀出料方法的装置，为了实现更好的均匀出料的效果，所述原料储放室3的结构是上端为圆柱体，下端为圆锥体的组合结构，通过原料储放室3内采用圆柱体与圆锥体的组合设计，使得打印原料能够被充分的利用，以及保证打印时的顺利挤出。

我们知道对一种单片机的控制方法进行相关程序编写是单片机及其相关领域技术人员的惯用技术手段，单片机及其相关领域技术人员在得知上述中所提供的粘性物质三维打印的均匀出料方法及装置后，均能够通过选择相关的计算机语言（比如C语言或者C++语言等）进行程序的最终编写。因此，申请人在本发明内容中对上述方法的软件程序部分不再进行详细介绍及公开。

Claims (5)

1.一种粘性物质三维打印的均匀出料方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）对空气进行压缩及过滤，并对压缩及过滤后的空气进行储存；

b）装入打印原材料，并设定打印物体的压力值；

c）通过打印速度、打印流量、打印精度的三者结合计算出空气的压力调节值，并利用该空气来补充被已经用来打印的原料的体积；

d）通过判断储存原料空间内的压力值是否和设定的打印压力值相同，从而判断是否进行打印工作，判断依据：

当储存原料空间内的压力值和设定的打印压力值相同；通过控制电磁阀进而控制喷头进行打印，此时调压后的空气继续补充被已经用来打印的原料的体积，保持储存原料空间内的压力稳定，进行持续打印；当储存原料空间内的压力值小于设定的打印压力值；通过控制电磁阀进而控制喷头停止工作，此时调压后的空气补充被已经用来打印的原料的体积，实现加压工作，待压力达到预先设定的值时，通过控制电磁阀进而控制喷头继续进行打印工作；直至打印完成；

e）打印完成后首先关闭打印系统，再关闭压缩过滤系统。

2.根据权利要求1所述的粘性物质三维打印的均匀出料方法，其特征在于：

f）在关闭压缩过滤系统后，打开手控阀对储存原料的空间进行排压。

3.一种粘性物质三维打印的均匀出料装置，包括用于对空气进行压缩及过滤的空压及过滤装置（1）、用于对压缩及过滤后的空气进行储存的空气储放罐（2）、用于储存打印的原材料的原料储放室（3）以及三维打印机，所述的空压及过滤装置（1）与空气储放罐（2）连接，所述三维打印机包括主控板（4）和喷头（5），其特征在于：空气储放罐（2）与原料储放室（3）之间依次连接有精密调压阀（6）、第一电磁阀（7）以及数字流量检测装置（8），所述的原料储放室（3）与喷头（5）之间连接有第二电磁阀（9），且所述的第一电磁阀（7）与主控板（4）之间信号连接，数字流量检测装置（8）与主控板（4）之间信号连接，第二电磁阀（9）与主控板（4）之间信号连接，在原料储放室（3）上设有数字空压检测装置（10），且数字空压检测装置（10）与主控板（4）之间信号连接，且第一电磁阀（7）和第二电磁阀（9）均为常闭式电磁阀，在精密调压阀（6）与第一电磁阀（7）之间连接有单向阀（12）。

4.根据权利要求3所述的粘性物质三维打印的均匀出料装置，其特征在于：在原料储放室（3）上设有手控阀（11）。

5.根据权利要求3或4所述的粘性物质三维打印的均匀出料装置，其特征在于：所述原料储放室（3）的结构是上端为圆柱体，下端为圆锥体的组合结构。