CN104802415B - 橡胶粉末微波烧结3d打印成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置,包括加热单元、铺粉单元及控制单元；其中加热单元包括微波刀和微波刀传动部分；铺粉单元包括粉盒、粉盒传动部分、工作平台和压辊；压辊包括滚筒和中心轴支撑架；压辊传动部分包括普通交流电机、A齿轮、B齿轮、齿轮带、齿形带轮A和齿形带轮B。本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置通过微波加热橡胶粉末，能够实现均匀铺粉和定点加热，装置结构合理简单，重要传动装置采用步进电机驱动滚轴丝杠的方式，成型精度高，实现了橡胶粉末的三维复杂模型的可控成型。本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置不仅扩大了橡胶粉末的成型方法，同时提供了一种新型的三维烧结成型设备。

Description

橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置

技术领域

本发明涉及一种三维打印技术领域，尤其涉及一种橡胶粉末的三维烧结成型装置。

背景技术

粉末材料激光烧结成形(SLS)是一种应用较广的快速成型工艺，其工作原理是：工作时粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由铺粉辊将粉末在模型缸活塞上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺设新粉，控制激光束扫描烧结新层。如此循环往复.层层叠加，就得到三维零件。但目前SLS技术对高分子制品的加工仅能针对尼龙和尼龙改性料，而对于橡胶类制品因其粘度太大，运用激光进行烧结时已出现烧结不充分或焦烧的现象。

发明内容

本发明采用的加热源不再是激光而是微波，被加热成型的粉末材料采用具有极性分子的橡胶粉末。微波加热是向被加热材料内部辐射微波电磁场，推动其偶极子运动，使之相互碰撞、摩擦而生热。通过微波点烧结的方式，实现橡胶制品快速成型的目的，并提供了一种新型的三维烧结成型技术。

本发明的技术方案是：橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置，包括加热单元、铺粉单元及控制单元；其中加热单元包括微波刀和微波刀传动部分，其中微波刀传动部分沿X轴方向包括X轴步进电机、X轴驱动器、X轴丝杆、X轴螺母、微波刀固定件，沿Y轴方向包括Y轴步进电机、Y轴驱动器、Y轴丝杆、Y轴螺母、支撑架；铺粉单元包括粉盒、粉盒传动部分、工作平台和压辊，其中粉盒上安装有圆弧形挡板和电磁阀，其中粉盒传动部分沿X轴方向包括X轴普通电机、X轴丝杆、X轴螺母、粉盒固定件，沿Y轴部分包括Y轴步进电机、Y轴驱动器、Y轴丝杆、Y轴螺母、支撑架；其中工作平台包括固定平台和升降平台，升降平台的传动部分包括Z轴丝杆、Z轴螺母支撑架、Z轴步进电机、Z轴驱动器、Z轴丝杆滑块、Z轴丝杆导轨；压辊包括滚筒和中心轴支撑架；压辊传动部分包括普通交流电机、A齿轮、B齿轮、齿轮带、齿形带轮A和齿形带轮B。上述组件均安装于箱体中，由微波功率源、电源及控制中心总体控制。

本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置中的加热单元包括微波刀和微波刀传动部分，其中微波刀的发射天线极细，其加热半径很小，用以提高成型精度。微波刀沿X轴和Y轴的高精度运动，分别采用螺母移动丝杆转动的滚珠丝杆传动，采用步进电机驱动丝杆转动，驱动信号由控制中心提供。沿Y轴方向的传动装置固定在工作平台中的固定平台上，包括Y轴步进电机A和Y轴丝杆，Y轴丝杆另一端安装在箱体上；沿X轴方向的传动装置采用“7”字型结构，一端固定在沿Y轴方向移动的螺母上，并与工作平台垂直，另一端架空并与工作平台平行，架空端中间装有X轴螺母和X轴丝杆，由X轴步进电机驱动X轴丝杆转动，X轴螺母移动，微波刀固定在X轴螺母上。

本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置中铺粉单元包括粉盒、粉盒传动部分、工作平台和压辊，其中粉盒采用不锈钢材料，粉盒底部开一方行通口，通口与粉盒等长，通口的宽度与铺粉厚度相关；方形通口采用圆弧形挡板控制通口的开合，挡板的移动由安装在粉盒一端的电磁阀控制。粉盒长度能被工作平台中的升降平台的长度整除，以尽可能的节约粉料。粉盒能实现沿X轴和Y轴的高精度运动，粉盒的传动装置以及装置的安装与微波刀相同。沿Y轴的移动采用同一丝杆，两个“7”字型结构的安装位置相对固定，能够实现微波刀和粉盒沿Y轴的同时运动；不同之处是粉盒的X轴方向运动采用普通电机驱动。粉盒固定在X轴螺母上，并与微波刀安装位置不同侧。

本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置中的工作平台包括固定平台和升降平台，两者都采用不锈钢材料。固定平台为长方形，两端固定在箱体上，未固定的两侧，靠里一侧安装有丝杆传动装置，靠外一侧安装有齿形带传动装置。在固定平台的中部开有一个正方形的通口用于放置升降平台，通孔的四周向下外延四块无缝连接的挡板，挡板与升降平台间隙配合以便减少粉料的泄漏，同时挡板保证升降平台竖直移动的垂直度。在固定平台靠外侧部分开有一个长条形通孔，用于压辊支撑架沿Y轴方向的移动。升降平台为正方形，水平放置在固定平台的通口中。升降平台的正面为工作面，背面固定安装有丝杆，丝杆穿过安装在箱体底部的螺母支撑架，螺母支撑架顶部为齿轮箱，齿轮箱底部安装有步进电机，齿轮箱内有一对齿轮副，其中从动轮固定在滚柱螺母丝杆的螺母上，通过步进电机驱动和齿轮传动以实现螺母的转动，同时通过齿轮箱限制螺母的上下移动，支撑架一侧有导轨用于实现丝杆的移动不转动。

本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置中的压辊包括滚筒和中心轴支撑架，用于实现对已铺粉末的压实。中心轴支撑架和滚筒通过轴承固定安装，中心轴支撑架固定在齿形带上，实现沿Y轴方向的往复运动，齿形带通过普通交流电机驱动。

本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置通过微波加热橡胶粉末，并能够实现均匀铺粉和定点加热，本发明结构合理简单，重要传动装置采用步进电机驱动滚轴丝杠的方式，成型精度高，实现了橡胶粉末的三维复杂模型的可控成型。本发明不仅扩大了橡胶粉末的成型方法，同时提供了一种新型的三维烧结成型设备。

附图说明

图1是本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置的整体示意图。

图2是本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置中微波刀和粉盒沿X轴运动装置的示意图。

图3是本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置的主体部分示意图。

图4是图3中A的局部发大图。

图5是图3中B的局部发大图。

图6是升降平台示意图。

1-微波刀，2-粉盒，3-箱体，4-Y轴步进电机A，5-Y轴驱动器A，6-Y轴丝杆A，7-Y轴螺母A，8-支撑架A，9-X轴步进电机，10-X轴驱动器，11-X轴丝杆A，12-X轴螺母A，13-微波刀固定件，14-圆弧形挡板，15-电磁阀，16-支撑架B，17-X轴普通电机，18-X轴丝杆B，19-X轴螺母B，20-粉盒固定件，21-固定平台，22-升降平台，23-Z轴丝杆，24-Z轴螺母支撑架，25-Z轴步进电机，26-Z轴驱动器，27-Z轴丝杆滑块，28-Z轴丝杆导轨，29-滚筒，30-中心轴支撑架，31-普通交流电机，32-A齿轮，33-B齿轮，34-齿形带，35-齿形带轮A，36-Y轴螺母B，37-齿形带轮B，38-微波功率源、电源及控制中心。

具体实施方式

本发明提供了一种橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置，如图1-6所示，包括加热单元、铺粉单元及控制单元；其中加热单元包括微波刀1和微波刀传动部分，其中微波刀传动部分沿X轴方向包括X轴步进电机9、X轴驱动器10、X轴丝杆A11、X轴螺母A12、微波刀固定件13，沿Y轴方向包括Y轴步进电机A4、Y轴驱动器A5、Y轴丝杆A6、Y轴螺母A7、支撑架A8；铺粉单元包括粉盒2、粉盒传动部分、工作平台和压辊，其中粉盒2上安装有圆弧形挡板14和电磁阀15，其中粉盒传动部分沿X轴方向包括X轴普通电机17、X轴丝杆B18、X轴螺母B19、粉盒固定件20，沿Y轴部分包括Y轴步进电机B4、Y轴驱动器B5、Y轴丝杆B6、Y轴螺母B36、支撑架B16其中工作平台包括固定平台21和升降平台22，升降平台22的传动部分包括Z轴丝杆23、Z轴螺母支撑架24、Z轴步进电机25、Z轴驱动器26、Z轴丝杆滑块27、Z轴丝杆导轨28；压辊包括滚筒29和中心轴支撑架30；压辊传动部分包括普通交流电机31、A齿轮32、B齿轮33、齿轮带34、齿形带轮A35和齿形带轮B37。上述组件均安装于箱体3中，由微波功率源、电源及控制中心38总体控制。

本发明橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置中，Z轴步进电机25驱动Z轴丝杆23转动，使升降平台22下降一个层厚；Y轴步进电机A4驱动粉盒2沿Y轴方向运动，电磁阀15控制圆弧形挡板14打开，橡胶粉末均匀铺在升降平台22的工作面上，铺完一个行程以后，粉盒2沿X轴方向移动一个粉盒长度，继续铺粉，直到将整个升降平台22的工作面均匀铺上一个层厚的橡胶粉末；普通交流电机31驱动齿形带34沿Y轴方向运动，齿形带34带动滚筒29在工作平台上滚动并压实已铺的橡胶粉末，滚筒29往复运动一次；通过X轴和Y轴传动装置使微波刀1移动到要烧结的点，微波刀1发射高频电磁对橡胶粉末进行加热凝固，根据要成型的零件模型，通过微波功率源、电源及控制中心38控制微波刀1的定位，完成一层的加工；之后升降平台22再下降一个成型层厚，重复以上步骤，得到模型的截面，并与下面已成型的部分实现粘结。重复以上步骤直至加工出所需的零件模型。

Claims (4)

1.橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置，其特征在于：包括加热单元、铺粉单元及控制单元；加热单元包括微波刀和微波刀传动部分，微波刀传动部分沿X轴方向包括X轴步进电机、X轴驱动器、X轴丝杆、X轴螺母和微波刀固定件，沿Y轴方向包括Y轴步进电机、Y轴驱动器、Y轴丝杆、Y轴螺母和支撑架；铺粉单元包括粉盒、粉盒传动部分、工作平台和压辊，粉盒上安装有圆弧形挡板和电磁阀，粉盒传动部分沿X轴方向包括X轴普通电机、X轴丝杆、X轴螺母、粉盒固定件，沿Y轴部分包括Y轴步进电机、Y轴驱动器、Y轴丝杆、Y轴螺母、支撑架；工作平台包括固定平台和升降平台，升降平台的传动部分包括Z轴丝杆、Z轴螺母支撑架、Z轴步进电机、Z轴驱动器、Z轴丝杆滑块、Z轴丝杆导轨；压辊包括滚筒和中心轴支撑架；压辊传动部分包括普通交流电机、A齿轮、B齿轮、齿轮带、齿形带轮A和齿形带轮B；上述组件均安装于箱体中，由微波功率源、电源及控制中心总体控制；铺粉单元包括粉盒、粉盒传动部分、工作平台和压辊，粉盒采用不锈钢材料，粉盒底部开一方行通口，通口与粉盒等长，通口的宽度与铺粉厚度相关；方形通口采用圆弧形挡板控制通口的开合，挡板的移动由安装在粉盒一端的电磁阀控制；粉盒能实现沿X轴和Y轴的高精度运动，粉盒的传动装置以及装置的安装与微波刀相同。

2.根据权利要求1所述的橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置，其特征在于：加热单元包括微波刀和微波刀传动部分，微波刀沿X轴和Y轴的高精度运动，分别采用滚珠丝杆传动，采用步进电机驱动丝杆转动，驱动信号由控制中心提供；沿Y轴方向的传动装置固定在工作平台中的固定平台上，包括Y轴步进电机A和Y轴丝杆，Y轴丝杆另一端安装在箱体上；沿X轴方向的传动装置一端固定在沿Y轴方向移动的螺母上，并与工作平台垂直，另一端架空并与工作平台平行，架空端中间装有X轴螺母和X轴丝杆，由X轴步进电机驱动X轴丝杆转动，X轴螺母移动，微波刀固定在X轴螺母上。

3.根据权利要求1所述的橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置，其特征在于：工作平台包括固定平台和升降平台，两者都采用不锈钢材料，固定平台为长方形，两端固定在箱体上，未固定的两侧，靠里一侧安装有丝杆传动装置，靠外一侧安装有齿形带传动装置；在固定平台的中部开有一个正方形的通口用于放置升降平台，通孔的四周向下外延四块无缝连接的挡板，挡板与升降平台间隙配合，同时挡板保证升降平台竖直移动的垂直度；在固定平台靠外侧部分开有一个长条形通孔，用于压辊支撑架沿Y轴方向的移动；升降平台为正方形，水平放置在固定平台的通口中；升降平台的正面为工作面，背面固定安装有丝杆，丝杆穿过安装在箱体底部的螺母支撑架，螺母支撑架顶部为齿轮箱，齿轮箱底部安装有步进电机，齿轮箱内有一对齿轮副，其中从动轮固定在滚柱螺母丝杆的螺母上，通过步进电机驱动和齿轮传动以实现螺母的转动，同时通过齿轮箱限制螺母的上下移动，支撑架一侧有导轨用于实现丝杆的移动不转动。

4.根据权利要求1所述的橡胶粉末微波烧结3D打印成型装置，其特征在于：压辊包括滚筒和中心轴支撑架，中心轴支撑架和滚筒通过轴承固定安装，中心轴支撑架固定在齿形带上，实现沿Y轴方向的往复运动，齿形带通过普通交流电机驱动。