CN104742372B - 基于fdm的3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于FDM的3D打印设备包括：固定工作台和相对于固定工作台沿第一方向可移动地跨接于固定工作台上方的龙门框架；以及沿第二方向可移动地设置在龙门框架上的挤出机构，挤出机构可沿第三方向相对于固定工作台升降，其中，挤出机构的喷嘴朝向固定工作台开设，以提供一种超大成型尺寸的3D打印设备，扩大打印范围，提高其在工业上应用的广度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FDM工艺的3D打印设备，主要应用于超大成型模具的制造。
背景技术
近几年来，3D打印技术蓬勃发展，社会关注度急剧提升。目前比较成熟的3D打印技术主要有：SLA工艺、FDM工艺、SLS工艺、LOM工艺、3DP工艺以及PCM工艺等。其中FDM 3D打印技术，因其运行成本低、打印质量好、精度高，所使用的材料，如ABS等，强度高，有韧性，能满足加工、焊接等工序，后期处理简单等优势，而被广泛使用于3D打印桌面机,但因材料及切片等各方面条件限制，目前市场上最大FDM打印设备成型尺寸仅为1米左右，限制了其在工业上的应用。
例如，申请号为201410083018.2的中国专利公开了一种FDM的3D打印机，该3D打印机仍然存在成型尺寸小，限制了其在工业上的应用的技术问题。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于FDM的、可进行超大成型尺寸打印的3D打印设备。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于FDM的3D打印设备包括：固定工作台和相对于固定工作台沿第一方向可移动地跨接于固定工作台上方的龙门框架；以及沿第二方向可移动地设置在龙门框架上的挤出机构，挤出机构可沿第三方向相对于固定工作台升降，其中，挤出机构的喷嘴朝向固定工作台开设。根据本发明，龙门框架由分别设置在固定工作台相对边缘处的两根立柱和连接两根立柱的横梁构成，其中，第三方向分别垂直 于固定工作台所在平面以及横梁的延伸方向，第二方向平行于横梁的延伸方向，其中，第三方向连同第二方向以及第一方向共同构造成三维空间直角坐标系。
根据本发明，每根立柱底部均设置有第一滑座，固定工作台的相对边缘处还设置有两条龙门滑轨，其中，立柱的第一滑座可滑动地且一一对应地设置在两条龙门滑轨上。
根据本发明，挤出机构通过第二滑座沿第二方向可移动地支撑在横梁上。
根据本发明，挤出机构由挤出装置和喷嘴构成，其中，挤出装置通过滑枕以可相对于第二滑座伸缩的方式设置在第二滑座上，喷嘴设置在挤出装置朝向固定工作台的一端。
根据本发明，挤出装置的另一端设置有挤出电机，挤出装置的内部设置有相互连接减速机和挤出螺杆，其中，挤出电机与减速机电连接。
根据本发明，挤出装置外部设置有真空隔膜泵，横梁上还设置有储料仓，其中，储料仓通过送料管经由真空隔膜泵与挤出装置连接。
根据本发明，横梁上还设置有安全护栏和用于对整个3D打印设备进行供电的配电柜。
根据本发明，喷嘴沿第一方向移动的行程为12000mm，喷嘴沿第二方向移动的行程为5000mm，喷嘴沿第三方向移动的行程为3500mm。
根据本发明，储料仓中存放有用于进行3D打印的粒料，粒料为PLA材料。
本发明的有益技术效果在于：
本发明将龙门框架与基于FDM的3D打印设备相结合，使得喷嘴沿第一方向移动的行程为12000mm，喷嘴沿第二方向移动的行程为5000mm，喷嘴沿第三方向移动的行程为3500mm，从而打印出的模型尺寸是超大型的，因此，扩大了打印范围，提高了其在工业上应用的广度。
附图说明
图1是本发明基于FDM的3D打印设备的结构示意图；
图2是本发明基于FDM的3D打印设备的工作流程图。
具体实施方式
现参照附图对本发明进行描述。具体地，在一个实施例中，如图1所示，本发明的一种基于FDM的3D打印设备包括：固定工作台2和相对于固定工作台2沿第一方向X(如图1中X所示)可移动地跨接于固定工作台2上方的龙门框架；以及沿第二方向Y(如图1中Y所示)可移动地设置在龙门框架上的挤出机构，挤出机构可沿第三方向Z(如图1中Z所示)相对于固定工作台2升降。其中，挤出机构的喷嘴13朝向固定工作台2开设。
进一步，参照图1，龙门框架由分别设置在固定工作台2相对边缘处的两根立柱3和连接两根立柱3的横梁4构成，其中，第三方向Z分别垂直于固定工作台2所在平面以及横梁4的延伸方向，第二方向Y平行于横梁4的延伸方向，其中，第三方向Z连同第二方向Y以及第一方向X共同构造成三维空间直角坐标系。
继续参照图1，每根立柱3底部均设置有第一滑座，固定工作台2的相对边缘处还设置有两条龙门滑轨1，其中，立柱3的第一滑座可滑动地且一一对应地设置在两条龙门滑轨1上。第一方向X是指立柱3底部的滑座沿龙门滑轨带动整个龙门框架移动的方向，该方向位于固定工作台所在平面内，并且垂直于Z方向和Y方向，如图1中X所示。在龙门滑轨上安装有控制面板8，该控制面板8中安装有数控系统和切片软件用于控制3D打印设备的打印轨迹。
继续参照图1，挤出机构通过第二滑座7沿第二方向Y可移动地支撑在横梁4上。
继续参照图1，挤出机构由挤出装置12和喷嘴13构成，其中，挤出装置12通过滑枕以可相对于第二滑座7伸缩的方式设置在第二滑座7上，喷嘴13设置在挤出装置12朝向固定工作台2的一端。
继续参照图1，挤出装置12的另一端设置有挤出电机，挤出装置12的内部设置有相互连接减速机和挤出螺杆，其中，挤出电机与减速机电连 接。
继续参照图1，挤出装置12外部设置有真空隔膜泵11，横梁4上还设置有储料仓9，其中，储料仓9通过送料管10经由真空隔膜泵11与挤出装置12连接。也就是说，粒料依次通过储料仓9、送料管10被真空隔膜泵11泵送到挤出装置12中用于打印3D模型。
继续参照图1，横梁4上还设置有安全护栏5和用于对整个3D打印设备进行供电的配电柜6。具体而言，配电柜6对龙门滑轨1上的驱动机构和控制面板8、第二滑座7上的驱动机构、挤出机构中的滑枕以及挤出装置中的挤出电机进行供电。
继续参照图1，喷嘴13沿第一方向X移动的行程为12000mm，喷嘴13沿第二方向Y移动的行程为5000mm，喷嘴13沿第三方向Z移动的行程为3500mm。
继续参照图1，储料仓9中存放有用于进行3D打印的粒料，粒料为PLA材料。
参照图2，本发明的基于FDM的3D打印设备的工作过程101如下：
首先进行模型三维建模，完成后将建好的模型通过切片软件进行布图，同时完成挤出参数设置，完成模型切片，最终生产宏程序代码(程序代码含挤出电机转速、分层厚度、扫描轨迹等)。启动3D打印设备后，通过储料仓9(含自动上料机)进行加料；加满后将模型生产的宏程序代码导入3D打印设备，同时启动滑枕及挤出装置12(含电加热)加热功能对挤出装置12进行预热；通过真空隔膜泵11对挤出装置12加料；同时数控系统运行模型宏程序代码。3D打印设备根据切片软件生产的宏程序代码按设定好的扫描轨迹、运行速度，控制执行机构运动。执行机构是指包括挤出机构在内的能够执行在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上的运动的机构。在执行机构运动过程中，启动挤出机构中的挤出电机，挤出机构根据切片软件设定好的与执行机构运行速度匹配的挤出速度进行挤压，将粒料挤压成熔融态，通过喷嘴挤到固定工作台2上。3D打印设备根据切片软件生产的宏程序代码按预定轨迹逐层运行、打印，最终完成三维实体模型的打印制作。
在本发明优选的实施例中，粒料为PLA工程塑料，由于PLA材料的 无污染可降解特性，因而打印出的模型是绿色环保的。
本发明通过高重复定位精度(0.2mm)的龙门移动框架，配合挤出机挤出机构，与先进的控系统及专业的切片软件结合，使用PLA工程塑料，按预定三维图像进行打印。与目前市场上3D打印桌面机的最大FDM打印设备成型尺寸仅为1米左右相比较，本发明的3D打印设备借助龙门移动框架其成型尺寸达12000mm×5000mm×3500mm的超大成型尺寸。对于FDM打印技术而言，扩大了其打印范围，提高了其在工业上应用的广度。对其他行业而言，因PLA材料的无污染可降解特性，提供了一种绿色、造超大模型的制造方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于FDM的3D打印设备，其特征在于，包括：
固定工作台(2)和相对于所述固定工作台(2)沿第一方向(X)可移动地跨接于所述固定工作台(2)上方的龙门框架；以及
沿第二方向(Y)可移动地设置在所述龙门框架上的挤出机构，所述挤出机构可沿第三方向(Z)相对于所述固定工作台(2)升降，
其中，所述挤出机构的喷嘴(13)朝向所述固定工作台(2)开设。
2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，
所述龙门框架由分别设置在所述固定工作台(2)相对边缘处的两根立柱(3)和连接所述两根立柱(3)的横梁(4)构成，
其中，所述第三方向(Z)分别垂直于所述固定工作台(2)所在平面以及所述横梁(4)的延伸方向，所述第二方向(Y)平行于所述横梁(4)的延伸方向，
其中，所述第三方向(Z)连同所述第二方向(Y)以及所述第一方向(X)共同构造成三维空间直角坐标系。
3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，
每根所述立柱(3)底部均设置有第一滑座，所述固定工作台(2)的所述相对边缘处还设置有两条龙门滑轨(1)，
其中，所述立柱(3)的第一滑座可滑动地且一一对应地设置在所述两条龙门滑轨(1)上。
4.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，
所述挤出机构通过第二滑座(7)沿所述第二方向(Y)可移动地支撑在所述横梁(4)上。
5.根据权利要求4所述的3D打印设备，其特征在于，
所述挤出机构由挤出装置(12)和所述喷嘴(13)构成，
其中，所述挤出装置(12)通过滑枕以可相对于所述第二滑座(7)伸缩的方式设置在所述第二滑座(7)上，所述喷嘴(13)设置在所述挤出装置(12)朝向所述固定工作台(2)的一端。
6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，
所述挤出装置(12)的另一端设置有挤出电机，所述挤出装置(12)的内部设置有相互连接减速机和挤出螺杆，
其中，所述挤出电机与所述减速机电连接。
7.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，
所述挤出装置(12)外部设置有真空隔膜泵(11)，所述横梁(4)上还设置有储料仓(9)，
其中，所述储料仓(9)通过送料管(10)经由所述真空隔膜泵(11)与挤出装置(12)连接。
8.根据权利要求2所述3D打印设备，其特征在于，
所述横梁(4)上还设置有安全护栏(5)和用于对整个3D打印设备进行供电的配电柜(6)。
9.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，
所述喷嘴(13)沿所述第一方向(X)移动的行程为12000mm，所述喷嘴(13)沿所述第二方向(Y)移动的行程为5000mm，所述喷嘴(13)沿所述第三方向(Z)移动的行程为3500mm。
10.根据权利要求7所述的3D打印设备，其特征在于，
所述储料仓(9)中存放有用于进行3D打印的粒料，所述粒料为PLA材料。
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