CN104260358A - 一种3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
一种3D打印方法，通过在打印模型的中设置传感器槽，在打印过程中暂停并放入传感器，打印完成后在结构实验中，利用非接触供电和非接触通讯的方式采集应力应变等力学参数的工件，使得3D打印技术能够被适用于更多的复杂工件的加工，扩展了3D打印技术的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印技术，尤其是涉及一种3D打印方法。
背景技术
3D打印机的工作原理与普通打印机基本相同，是通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，这是一项颠覆传统制造工艺的技术革命。
3D打印直接利用计算机设计的三维模型，无需刀具与模具，通过由点到线、由线到面、由面到体的分层离散与堆积过程，快速实现复杂零件的制造。英国《经济学人》杂志认为，3D打印技术与其它数字化生产模式一起，将推动并实现第三次工业革命。目前，市场上已有各种商业化的3D打印方法及其装备，包括光固化法、熔融沉积法、选区激光烧结法等。但现有的3D打印技术多数是针对需要打印的模型的尺寸和精度进行优化，简而言之就是要打的更大，更快和更光滑。然而这些模型无法反映出设计的更多信息，例如结构合理性，薄弱点和稳定性等，无法获得应力、应变、形变等数据，这些属性就不是仅仅能通过外观带来，更需要能够得到3D打印模型的力学特点。
实际上3D打印对这些行业所能带来的好处远远不止于此，由于3D打印的增量式打印流程，模型是自下而上逐层完成度，所以在打印进行的过程中，我们可以在合适的位置埋入传感器并且不影响打印的进行从而得到一个外观完整但内部包含了传感器的结构模型。在这种模型上我们可以。
针对这一需求我们设计了内嵌传感式3D打印技术，结合3D打印技术和传感器网络，该技术能显著提高建筑模型验证和仿真的直观性。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足，提供了一种3D打印方法，通过开展应力测试并获得应力，应变，形变等关键数据，为结构设计提供参考。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种3D打印方法，包括如下步骤：
步骤一：为需要打印的部件建模，在部件模型中设置若干传感器槽；
步骤二：将建成的三维模型分割成二维截面，并将截面信息存储于主控单元中，预先设定储液罐内的材料上表面的高度范围；
步骤三：主控单元控制升降平台上升，使金属网距离喷头下端若干毫米；主控单元控制储液罐内的材料上表面低于平台金属网的高度若干毫米，主控单元控制储液罐内的材料上表面的高度范围保持不变；
步骤四：设定填充率为0，外壳层数为1；主控单元调取第一层的横截面信息，控制X轴电机、Y轴电机带动滑动座沿导轨架滑动至第一层横截面的边缘坐标的起始位置；
步骤五：主控单元控制挤出电机工作，膏状材料从喷头挤出，主控单元控制X轴电机、Y轴电机带动滑动座沿着第一层横截面的边缘移动，材料固化粘贴在平台金属网上；
步骤六：当第一层打印完毕后，主控单元通过Z轴电机控制升降平台下降一层高度，储液箱内的液态材料流入壳体内，对壳体内部进行填充，进行下一层打印；
步骤七：当打印设备完成传感器槽的支撑段打印后，主控单元中断打印，将打印头归位，工作面降至最低点，主控单元记录打印头位置、工作台高度、挤出器温度；
步骤八：将预设传感器安装到传感器槽中；
步骤九：将打印设备恢复至中断时的参数，校核打印头位置、工作台高度和挤出器温度，启动3D打印设备，继续打印；
步骤十：当模型最后一二维层打印完成后，主动单元控制线料挤出装置停止挤出材料，物体打印完成。
优选的，通过光栅传感器记录打印头位置和工作台高度。
优选的，所述预设传感器为基于无线充电技术的传感器。
优选的，所述材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或液态紫外线光固化树脂。
3D建模软件包括CAID和CAD两类。
CAID类包括alias studio，rhino等外观设计软件。
CAD类包括Pro/Engineer，UG(Unigraphics NX)，CATIA，solidwork等软件。
本发明的有效果在于：
相比于现有的3D打印方法，本发明的方法能够用于加工需要采集应力应变等力学参数的工件，使得3D打印技术能够被适用于更多的复杂工件的加工，扩展了3D打印技术的适用范围。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
本发明的3D打印方法主要用于加工需要采集应力应变等参数的工件，如利用本发明的方法加工工件，其包括如下步骤：
步骤一：为需要打印的部件建模，在部件模型中设置若干传感器槽；采用sli3r软件将传感器槽嵌入到已有的3D打印模型当中，这部分传感器在模型中占据的空间在打印过程中被留空，在放置传感器后在上表面覆盖打印模型材料；使得传感器能够无缝的融合到打印模型当中。传感器的嵌入位置由设计师按照需求手动放置，或者使用已有的结构分析软件做预处理，在应变或应力超阈值点自动放入。
步骤二：将建成的三维模型分割成二维截面，并将截面信息存储于主控单元中，预先设定储液罐内的材料上表面的高度范围；
步骤三：主控单元控制升降平台上升，使金属网距离喷头下端若干毫米；主控单元控制储液罐内的材料上表面低于平台金属网的高度若干毫米，主控单元控制储液罐内的材料上表面的高度范围保持不变；
步骤四：设定填充率为0，外壳层数为1；主控单元调取第一层的横截面信息，控制X轴电机、Y轴电机带动滑动座沿导轨架滑动至第一层横截面的边缘坐标的起始位置；
步骤五：主控单元控制挤出电机工作，膏状材料从喷头挤出，主控单元控制X轴电机、Y轴电机带动滑动座沿着第一层横截面的边缘移动，材料固化粘贴在平台金属网上；
步骤六：当第一层打印完毕后，主控单元通过Z轴电机控制升降平台下降一层高度，储液箱内的液态材料流入壳体内，对壳体内部进行填充，进行下一层打印；
步骤七：当打印设备完成传感器槽的支撑段打印后，主控单元中断打印，将打印头归位，工作面降至最低点，为传感器装入工作留出足够的空间。为了能够在完成传感器埋入后恢复打印指令，在打印停止时需要中断打印时系统的状态。这里的系统状态包括，打印头位置，工作台高度和挤出器温度。其中打印头位置和工作台高度是最为直观且最为重要的状态，打印头和打印平台的绝对位置通过在打印机中设置的光栅传感器，使得能够被记录下来，从而实现精确的打印指令中断和恢复。
步骤八：在打印机打印完成传感器中段后，将打印头和打印平台归位，预设传感器安装到传感器槽中；
步骤九：在放置传感器过程结束后，3D打印机恢复打印现场，校核打印头位置、工作台高度和挤出器温度，启动3D打印设备，在传感器上表面继续打印作业；在这里中断/恢复打印和放入传感器的步骤是循环进行的，即每放入一个传感器都会执行一遍上述流程，直至完成打印。
步骤十：当模型最后一二维层打印完成后，主动单元控制线料挤出装置停止挤出材料，物体打印完成。
由于传感器嵌入在模型内部，采用使用了符合Qi标准的无线充电技术，读写器用主动线圈向传感器提供能量，传感器在接收到读写器的能量后，向电容充电，并将传感值发送回来。读写器采集到的传感值可以作为分析软件的输入，同时结合仿真和实物模型试验，为可靠性验证提供数据。
在本发明中，所述材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或液态紫外线光固化树脂。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种3D打印方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：为需要打印的部件建模，在部件模型中设置若干传感器槽；
步骤二：将建成的三维模型分割成二维截面，并将截面信息存储于主控单元中，预先设定储液罐内的材料上表面的高度范围；
步骤三：主控单元控制升降平台上升，使金属网距离喷头下端若干毫米；主控单元控制储液罐内的材料上表面低于平台金属网的高度若干毫米，主控单元控制储液罐内的材料上表面的高度范围保持不变；
步骤四：设定填充率为0，外壳层数为1；主控单元调取第一层的横截面信息，控制X轴电机、Y轴电机带动滑动座沿导轨架滑动至第一层横截面的边缘坐标的起始位置；
步骤五：主控单元控制挤出电机工作，膏状材料从喷头挤出，主控单元控制X轴电机、Y轴电机带动滑动座沿着第一层横截面的边缘移动，材料固化粘贴在平台金属网上；
步骤六：当第一层打印完毕后，主控单元通过Z轴电机控制升降平台下降一层高度，储液箱内的液态材料流入壳体内，对壳体内部进行填充，进行下一层打印；
步骤七：当打印设备完成传感器槽的支撑段打印后，主控单元中断打印，将打印头归位，工作面降至最低点，主控单元记录打印头位置、工作台高度、挤出器温度；
步骤八：将预设传感器安装到传感器槽中；
步骤九：将打印设备恢复至中断时的参数，校核打印头位置、工作台高度和挤出器温度，启动3D打印设备，继续打印；
步骤十：当模型最后一二维层打印完成后，主动单元控制线料挤出装置停止挤出材料，物体打印完成。
2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于通过光栅传感器记录打印头位置和工作台高度。
3.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于所述预设传感器为基于无线充电技术的传感器。
4.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于所述材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或液态紫外线光固化树脂。
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