CN105563609B - 一种3d陶泥打印机及打印流程 - Google Patents

Abstract

一种3D陶泥打印机及打印流程，属于3D打印机技术领域。其特征在于：包括储料罐（30）、与储料罐（30）连通的挤出头（10）以及带动挤出头（10）运动的行走机构，储料罐（30）上端还连通有压缩空气，压缩空气将储料罐（30）内的陶泥压入挤出头（10），并由挤出头（10）挤出；所述的挤出头（10）包括挤出壳（26）、挤出壳（26）内的螺杆（29）、挤出壳（26）下方的喷头（28）以及挤出电机（21）。本发明的3D陶泥打印机能够直接利用陶泥打印陶泥产品，弥补了3D陶泥打印机在陶泥产品方面的空白，打印精确度高；打印流程步骤简单，根据陶泥的硬度调节压缩空气的压力及挤出电机的转速，保证陶泥的挤出速度相同，从而保证了打印产品的质量。

Description

一种3D陶泥打印机及打印流程

技术领域

一种3D陶泥打印机及打印流程，属于3D打印机技术领域，具体涉及一种用于打印陶泥产品的3D陶泥打印机及打印流程。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

3D陶泥打印机是一种家庭用的小型3D打印机，3D陶泥打印机目前仅能打印塑料产品，因此使用范围非常有限，无法满足人们对3D打印产品的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够直接打印陶泥产品、精确度高、打印速度快的3D陶泥打印机及打印流程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该3D陶泥打印机，其特征在于：包括储料罐、与储料罐连通的挤出头以及带动挤出头运动的行走机构，储料罐上端还连通有压缩空气，压缩空气将储料罐内的陶泥压入挤出头，并由挤出头挤出；

所述的挤出头包括挤出壳、挤出壳内的螺杆、挤出壳下方的喷头以及挤出电机，挤出壳的上端设有电机座，挤出电机设置在电机座上方，挤出电机的输出轴穿过电机座与螺杆同轴连接；进料管设置在挤出壳中部。

优选的，所述的行走机构包括横向行走机构、纵向行走机构以及竖向行走机构，分别带动挤出头沿x轴、y轴以及z轴方向移动。

优选的，所述的横向行走机构设置在所述竖向行走机构上，所述竖向行走机构设置在所述纵向行走机构上；所述挤出头设置在所述横向行走机构上。

优选的，所述的行走机构安装在主机箱上，主机箱的上方间隔设有用于承载打印产品的承载板。

优选的，所述的承载板为矩形板，承载板通过四个角的螺栓与所述主机箱相连，主机箱与承载板之间的螺栓上套设有弹簧。

优选的，所述的储料罐的底部为由上至下直径逐渐减小的锥形，上部为圆柱状，储料罐的上部与所述压缩空气连通，下部与所述挤出头连通。

优选的，所述的喷头包括固定部以及喷嘴，固定部伸进所述挤出壳内并与挤出壳可拆卸的连接。

优选的，所述的固定部与喷嘴之间设有限位台，限位台的横截面面积大于固定部的横截面面积。

一种上述的3D陶泥打印机的打印流程，其特征在于：包括如下步骤：

储料罐通入压力为2~5kg的压缩空气并将储料罐内的陶泥压入挤出头，挤出头工作；

在挤出电机最大转速的20%~100%范围内调节挤出电机的转速，使不同硬度陶泥的挤出速度相同；

横向行走机构、纵向行走机构以及竖向行走机构相互配合，带动挤出头运动进行打印；

打印完成后，关闭通入储料罐内压缩空气，挤出头停止工作。

优选的，所述的挤出头的最大移动速度为100mm/s。

与现有技术相比，本发明的3D陶泥打印机及打印流程所具有的有益效果是：

1、本3D陶泥打印机的储料罐连通压缩空气，将储料罐内的陶泥压入挤出头并通过挤出头挤出，保证了陶泥出料稳定性，从而保证了本3D陶泥打印机的精确度；行走机构带动挤出头移动而打印产品保持不动，避免了在移动过程中使打印产品变形；挤出头能够适应硬度不同的陶泥的挤出，并根据陶泥硬度的不同调节陶泥的挤出速度，使用方便，调节简单。

2、横向行走机构、纵向行走机构和竖向行走机构的运动相互独立、互不干涉，保证挤出头运动灵活。

3、承载板能够承载打印产品，使本3D陶泥打印机直接在承载板上打印产品。

4、通过四个角的螺栓可以调节承载板的水平，能够避免因为承载板倾斜而使打印的产品滑落。

5、储料罐的底部为锥形，压缩空气送顶部通入，能够将储料罐内的陶泥全部压入挤出头，不会在储料罐内残留陶泥。

6、喷头的固定部方便与挤出壳的固定连接，喷头能够将陶泥均匀的喷出。

7、限位台能够对挤出壳和喷头的相对位置进行限位，并且方便对挤出壳和喷头之间进行密封，从而保证陶泥仅从喷嘴喷出，保证了喷头喷出陶泥的准确度。

8、本3D陶泥打印机的打印流程步骤简单，根据陶泥的硬度调节压缩空气的压力及挤出电机的转速，保证陶泥的挤出速度相同，从而保证了打印产品的质量；打印过程中挤出头的工作与储料罐内压缩空气的通入同步进行，避免了挤出头停止工作时，陶泥在压缩空气的压力下溢出。

附图说明

图1为3D陶泥打印机的立体结构示意图。

图2为3D陶泥打印机的左视结构示意图。

图3为挤出头的立体结构示意图。

图4为挤出头的右视结构示意图。

图5为图4中A-A方向的剖示意图。

图6为图5中B处的局部放大图。

图7为喷头的立体结构示意图。

图8为储料罐的立体结构示意图。

图中：1、主机箱 2、承载板 3、竖向支撑臂 4、竖向滑轨 5、横向行走电机 6、支撑板 7、丝杠 8、竖向滑块 9、升降螺母 10、挤出头 11、横向滑块 12、横向滑轨13、横向支撑臂 14、弹簧 15、纵向支撑臂 16、主机箱框架 17、纵向滑轨 18、纵向滑块 19、竖向行走电机 20、纵向行走电机 21、挤出电机 22、固定螺栓 23、联轴器24、填料压板 25、进料管 26、挤出壳 27、安装部 28、喷头 2801、喷嘴 2802、限位台2803、固定部 29、螺杆 30、储料罐。

具体实施方式

图1~8是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~8对本发明做进一步说明。

一种3D陶泥打印机，包括储料罐30、与储料罐30连通的挤出头10以及带动挤出头10运动的行走机构，储料罐30上端还连通有压缩空气，压缩空气将储料罐30内的陶泥压入挤出头10，并由挤出头10挤出；挤出头10包括挤出壳26、挤出壳26内的螺杆29、挤出壳26下方的喷头28以及挤出电机21，挤出壳26的上端设有电机座，挤出电机21设置在电机座上方，挤出电机21的输出轴穿过电机座与螺杆29同轴连接；进料管25设置在挤出壳26中部。本3D陶泥打印机的储料罐30连通压缩空气，将储料罐30内的陶泥压入挤出头10并通过挤出头10挤出，保证了陶泥出料稳定性，从而保证了本3D陶泥打印机的精确度；行走机构带动挤出头10移动而打印产品保持不动，避免了在移动过程中使打印产品变形；挤出头10能够适应硬度不同的陶泥的挤出，并根据陶泥硬度的不同调节陶泥的挤出速度，使用方便，调节简单。

具体的：如图1~2所示：该3D陶泥打印机包括储料罐30、与储料罐30连通的挤出头10以及带动挤出头10运动的行走机构。行走机构包括横向行走机构、纵向行走机构以及竖向行走机构，分别带动挤出头10沿x轴、y轴以及z轴方向移动，且横向行走机构、纵向行走机构以及竖向行走机构的运动相互独立，互不干涉，很好的保证了挤出头10运动的灵活性，使该3D陶泥打印机能够很好的打印各种类型的产品。储料罐30与压缩空气连通，压缩空气将储料罐30内的陶泥压入挤出头10内，解决了该3D陶泥打印机的出料问题，保证了出料的顺畅以及出料端速度，从而保证了该3D陶泥打印机的打印精确度。

纵向行走机构安装在主机箱1上，竖向行走机构安装在纵向行走机构上，横向行走机构安装在竖向行走机构上，挤出头10安装在横向行走机构上。

主机箱1为底部敞口的长方体箱体，主机箱1包括主机箱框架16以及设置在主机箱框架16侧面和顶面的密封板，主机箱1内设有连接并控制行走机构动作的控制装置。主机箱框架16为长方体框架，主机箱1主要用于该3D陶泥打印机的支撑以及放置。

主机箱1的上方间隔设有承载板2，承载板2为长方形板，承载板2的长度小于主机箱1的长度，承载板2的宽度与主机箱1的宽度相等，承载板2安装在主机箱1的中部。承载板2通过四个角的螺栓安装在主机箱1上，承载板2和主机箱1之间的螺栓上套设有弹簧14，弹簧14处于压缩状态。弹簧14能够使承载板2与主机箱1间隔设置，在使用该3D陶泥打印机进行打印前，可以通过四个螺栓来调节承载板2的水平度，以保证承载板2的水平，一方面有利于保证打印产品的精确度，另一方面还能避免因承载板2倾斜而导致打印产品滑落。此外，承载板2随主机箱1固定设置，通过挤出头10的运动进行打印，避免了在打印过程中陶泥产品移动造成产品变形。

纵向行走机构包括纵向支撑臂15、纵向滑轨17、纵向滑块18以及纵向推动机构。纵向滑轨17有两根，分别通过螺栓固定在主机箱框架16上方且位于主机箱框架16的两侧，纵向滑轨17与y轴平行设置，纵向滑轨17为T形滑轨。纵向滑块18安装在纵向支撑臂15的两端，纵向支撑臂15通过纵向滑块18可滑动的安装在纵向滑轨17上。纵向推动机构与纵向支撑臂15相连，并推动纵向支撑臂15沿纵向滑轨17移动。纵向支撑臂15的一端伸出主机箱1，竖向行走机构安装在纵向支撑臂15上，并随纵向支撑臂15同步移动。

纵向推动机构包括纵向行走电机20以及同步带，纵向支撑臂15与同步带固定，纵向行走电机20带动同步带转动，并带动纵向支撑臂15同步移动。

竖向行走机构包括竖向支撑臂3、竖向滑轨4、竖向滑块8以及竖向推动机构。竖向支撑臂3的下端固定在纵向支撑臂15上，竖向支撑臂3竖直设置。竖向滑轨4通过螺栓固定在竖向支撑臂3上且与竖向支撑臂3同轴设置，竖向滑块8可滑动的安装在竖向滑轨4上，竖向滑轨4为T形滑轨。横向行走机构与竖向滑块4固定连接，并随竖向滑块4同步移动。竖向推动机构与竖向滑块4相连并推动竖向滑块4沿竖向滑轨4移动。

竖向推动机构包括竖向行走电机19、丝杠7以及升降螺母9。竖向支撑臂3的上端设有支撑板6，丝杠7的上端通过轴承安装在支撑板6上，丝杠7的下端与竖向行走电机19的输出轴同轴连接。升降螺母9安装在竖向滑块8上并与丝杠7相配合。竖向行走电机19带动丝杠7转动，丝杠7通过升降螺母9推动竖向滑块8沿竖向滑轨4滑动。

横向行走机构包括横向支撑臂13、横向滑轨12、横向滑块11以及横向推动机构。横向支撑臂13水平设置并与x轴平行，横向支撑臂13的一端与竖向滑块8固定连接。横向滑轨12通过螺栓安装在横向支撑臂13上，并与横向支撑臂13同轴设置，横向滑轨12为T形滑轨。横向滑块11可滑动的安装在横向滑轨12上，挤出头10安装在横向滑块11上。横向推动机构与横向滑块11相连，并推动横向滑块11沿横向滑轨12滑动。

横向推动机构包括横向行走电机5以及同步带。横向滑块11与同步带固定连接，横向行走电机5带动同步带同步转动，并通过横向滑块11带动挤出头10横向移动。

横向行走电机5、竖向行走电机19以及纵向行走电机20均为伺服电机，且分别与控制装置相连。

如图3~4所示：挤出头10包括挤出壳26、挤出壳26内的螺杆29、挤出壳26出口一端的喷头28以及挤出电机21。挤出壳26的上方通过固定螺栓22固定有电机座，挤出电机21安装在电机座上方，挤出电机21的输出轴穿过电机座，并通过联轴器23与螺杆29相连，挤出电机21带动螺杆29同步转动，方便控制螺杆29的转速，从而控制挤出头10的挤出速度，使挤出头10能够适应硬度不同的物料。挤出电机21与控制装置相连。

挤出壳26的外壁呈长方体，内腔为圆柱状，挤出壳26与联轴器23之间设有填料压板24，填料压板24与挤出壳26的上端通过螺栓固定，螺杆29的上端穿过填料压板24后与联轴器23相连。填料压板24与螺杆29之间设有填料密封，提高了挤出壳26的密封性，能够防止在挤出时陶泥从挤出壳26的上端溢出。

挤出壳26的中部设有进料管25，进料管25的一端与挤出壳26固定连接，进料管25的另一端向上倾斜，使陶泥在沿进料管25进入挤出壳26内时能够沿陶泥的挤出方向运动，方便螺杆29对陶泥的挤出。进料管25通过管道与储料罐30连通。进料管25环绕外壁间隔设有多个凸台，在将进料管25与管道连接时，能够增大进料管25与管道之间的摩擦，防止管道与进料管25之间发生分离。

挤出壳26与设置进料管25相邻的侧面上设有用于连接拖链的安装部27，安装部27有间隔设置的两个，安装部27上设有两个螺纹孔，挤出头10通过安装部27连接拖链。

如图5所示：螺杆29的上端的直径小于下端的直径，螺杆29上端直径较小的部分穿过填料压板24后伸出并与联轴器23相连。

如图6~7所示：喷头28包括固定部2803以及喷嘴2801，固定部2803和喷嘴2801之间设有限位台2802，限位台2802的横截面的面积大于固定部2803的横截面的面积。固定部2803的外径稍小于挤出壳26的内径，固定部2803上设有螺纹，挤出壳26下端的内壁也设有螺纹，固定部2803伸进挤出壳26内并通过螺纹与挤出壳26固定连接，挤出壳26的下端定位在限位台2802上。限位台2802的横截面为正六边形，在将喷头28安装在挤出壳26上时，可以通过扳手对喷头28进行固定和拆卸。喷嘴2801为由上至下直径逐渐减小的锥形。

喷头28的内腔分为圆柱状的三段，且由上至下直径逐渐减小，每相邻的两段之间通过锥形内腔过渡。

如图8所示：储料罐30上部为圆筒，下部为由上至下直径逐渐减小的锥形，储料罐30的上部和下部通过卡箍固定连接，储料罐30的上盖也通过卡箍固定连接。储料罐30的上盖上设有通孔，用于与压缩空气管道相连，储料罐30的底部为出料口，储料罐30的出料口通过管道与进料管25连通，压缩空气将陶泥通过管道压入挤出头10内。

一种上述3D陶泥打印机的打印流程包括如下步骤：

首先对承载板2每个角的螺栓进行调节，来调节承载板2的水平。

向储料罐30内添加陶泥，然后通入3kg压力的压缩空气，控制装置控制挤出电机21带动螺杆29转动。压缩空气将储料罐30内的陶泥压入挤出头10内，螺杆29随挤出电机21转动，将陶泥挤出。压缩空气的压力可以在2~5kg范围内调整，根据陶泥的硬度，即陶泥的流动性来调节，当陶泥的硬度较大、流动性较差时，可以选择压缩空气的压力为5kg，当当陶泥的硬度较小、流动性较好时，可以选择压缩空气的压力为2kg。

空压机的气压不小于0.7MPa，供气量不小于40L/min。空压机的选型要小，这样能够减少空压机的耗电量，且噪声较小。

调节挤出电机21的转速至最大转速的60%，从而控制陶泥的挤出速度。挤出电机21的转速在最大转速的20%~100%范围内调节，挤出电机21的转速针对陶泥硬度的不同来调节，当陶泥的硬度较低时，减少螺杆29的转速，当陶泥的硬度较高时，增大螺杆29的转速，以保证从挤出头10的头28挤出的陶泥的速度相同，以保证打印质量。喷嘴2801的直径为3mm，喷嘴2801的直径有多重型号进行选择，范围为2~5mm，根据打印的产品以及陶泥的硬度来选择。

控制装置控制横向行走电机5、纵向行走电机20以及竖向行走电机19运动，从而使挤出头10在x轴、y轴以及z轴方向上移动，对产品进行打印。挤出头10的最大打印速度，即挤出头10的最快移动速度为100mm/s。挤出头10在x轴、y轴、z轴的移动范围分别为500mm、430mm、450mm。

打印完成后，关闭通入储料罐30内压缩空气，挤出头10停止工作。这样能够避免陶泥在压缩空气的作用下沿挤出头10的上部或下部溢出。打印过程中挤出头10的工作与储料罐内压缩空气的通入同步进行，避免了挤出头10停止工作时，陶泥在压缩空气的压力下溢出。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种3D陶泥打印机，其特征在于：包括储料罐（30）、与储料罐（30）连通的挤出头（10）以及带动挤出头（10）运动的行走机构，所述的储料罐（30）的底部为由上至下直径逐渐减小的锥形，上部为圆柱状，储料罐（30）的上部与压缩空气连通，下部与所述挤出头（10）连通，储料罐（30）上端还连通有压缩空气，压缩空气将储料罐（30）内的陶泥压入挤出头（10），并由挤出头（10）挤出；

所述的挤出头（10）包括挤出壳（26）、挤出壳（26）内的螺杆（29）、挤出壳（26）下方的喷头（28）以及挤出电机（21），挤出壳（26）的上端设有电机座，挤出电机（21）设置在电机座上方，挤出电机（21）的输出轴穿过电机座与螺杆（29）同轴连接；进料管（25）设置在挤出壳（26）中部，所述进料管（25）的一端与所述挤出壳（26）固定连接，另一端向上倾斜，所述进料管（25）环绕外壁间隔设有多个凸台；

所述的行走机构安装在主机箱（1）上，主机箱（1）的上方间隔设有用于承载打印产品的承载板（2）；所述的承载板（2）为矩形板，承载板（2）通过四个角的螺栓与所述主机箱（1）相连，主机箱（1）与承载板（2）之间的螺栓上套设有弹簧（14）。

2.根据权利要求1所述的3D陶泥打印机，其特征在于：所述的行走机构包括横向行走机构、纵向行走机构以及竖向行走机构，分别带动挤出头（10）沿x轴、y轴以及z轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的3D陶泥打印机，其特征在于：所述的横向行走机构设置在所述竖向行走机构上，所述竖向行走机构设置在所述纵向行走机构上；所述挤出头（10）设置在所述横向行走机构上。

4.根据权利要求1所述的3D陶泥打印机，其特征在于：所述的喷头（28）包括固定部（2803）以及喷嘴（2801），固定部（2803）伸进所述挤出壳（26）内并与挤出壳（26）可拆卸的连接。

5.根据权利要求4所述的3D陶泥打印机，其特征在于：所述的固定部（2803）与喷嘴（2801）之间设有限位台（2802），限位台（2802）的横截面面积大于固定部（2803）的横截面面积。

6.一种权利要求1~5任一项所述的3D陶泥打印机的打印流程，其特征在于：包括如下步骤：

储料罐（30）通入压力为2~5kg的压缩空气并将储料罐（30）内的陶泥压入挤出头（10），挤出头（10）工作；

调节挤出电机（21）的转速，使不同硬度陶泥的挤出速度相同；

横向行走机构、纵向行走机构以及竖向行走机构相互配合，带动挤出头（10）运动进行打印；

打印完成后，关闭通入储料罐（30）内压缩空气，挤出头（10）停止工作。

7.根据权利要求6所述的打印流程，其特征在于：所述的挤出头（10）的最大移动速度为100mm/s。