CN105584053B - 一种制造空心橡胶轮胎的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造空心橡胶轮胎的3D打印机，属于3D打印技术领域。打印机中设置有移动平台（3），移动平台（3）下方设置有水平的X向螺杆（4），在X向螺杆（4）上设置有喷嘴（5），喷嘴（5）可以在X向螺杆（4）上运动；在打印机上还设置有有旋转驱动装置（12），在旋转驱动装置（12）上设置有可以绕水平轴心而旋转的旋转体（11），在旋转体（11）外侧设置侧环（14）；喷嘴（5）用于在侧环（14）上打印空心轮胎。本发明提供的制造空心轮胎的3D打印机具有产品成型好、加工精密度高、制造速度快的优点。

Description

一种制造空心橡胶轮胎的3D打印机

技术领域

本发明涉及一种制造空心橡胶轮胎的3D打印机，属于3D打印技术领域。

背景技术

3D打印技术（3D printing），即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。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。这些原材料经加热后熔化，从3D打印机的 打印头喷头中喷出后冷却为固态，整个打印的过程就是喷头按照 程序不断的喷出液体的原材料并成功在模型上冷却，最终得到3D 的固体实物。

空心轮胎是采用高性能弹性材料、专有工艺制造，内外胎一体，空腔结构，具有不怕扎、弹性好、耐磨、滚动阻力小等优点，使用寿命是充气胎的3倍以上；轮胎内侧设有热交换器，使胎体内外的热冷空气自动交换，具有防止轮胎老化的功能；适用于自行车、电动自行车、高尔夫球车、儿童车、老年代步车、医疗器械车、摩托助力车等多种车辆。

但是传统的空心轮胎的制造方法是通过橡胶材料通过模具挤出、连接形成、硫化等工序制造得到，当涉及到复杂结构的轮胎的制造时，传统方法存在着加工工序复杂、精度低等缺点。因此，亟需开发一种利用3D打印技术制造空心橡胶轮胎的专用3D打印机。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够实现连续性成型的空心橡胶轮胎制造的3D打印机。

技术方案如下：

一种制造空心橡胶轮胎的3D打印机，打印机中设置有移动平台，移动平台下方设置有水平的X向螺杆，在X向螺杆上设置有喷嘴，喷嘴可以在X向螺杆上运动；在打印机上还设置有有旋转驱动装置，在旋转驱动装置上设置有可以绕水平轴心而旋转的旋转体，在旋转体外侧设置侧环；喷嘴5用于在侧环上打印空心轮胎。

打印机的基座上设置有竖直的Y向螺杆，移动平台设置在Y向螺杆上方，移动平台可以在Y向螺杆上运动。

在基座上还设置有支撑台，支撑台的左右两侧分别设有第一螺杆和第二螺杆，在第一螺杆和第二螺杆上分别设置有第一滑块和第二滑块，第一滑块和第二滑块之间通过中心杆连接，旋转驱动装置设置于中心杆上；所述的第一滑块和第二滑块能够在第一螺杆和第二螺杆上运动。

侧环的截面是呈平板式。

侧环的截面是呈凹面式。

在侧环的外部，还设置有多个斜向喷嘴，斜向喷嘴设置于斜向螺杆上，斜向喷嘴可以在斜向螺杆上运动，斜向喷嘴用于在侧环上打印空心轮胎。

侧环的材质是金属，在侧环的内部设置有加热部件。

加热部件与温度控制器相连接。

有益效果

本发明提供的制造空心轮胎的3D打印机具有产品成型好、加工精密度高、制造速度快的优点。

附图说明

图1是本发明的3D打印机的总体结构图；

图2是采用平板式侧环加工轮胎的过程示意图；

图3是凹面式侧环的结构图；

图4是凹面式侧环旋转后的结构图；

图5是采用凹面式侧环加工轮胎的过程示意图；

图6是包含有围绕侧环排布的多个喷嘴的打印机的局部结构图。

其中，1、基座；2、Y向螺杆；3、移动平台；4、X向螺杆；5、喷嘴；6、支撑台；7、第一螺杆；8、第二螺杆；9、第一滑块；10、第二滑块；11、旋转体；12、旋转驱动装置；13、中心杆；14、侧环；15、斜向喷嘴；16、斜向螺杆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应理解的是，当一个元件被提及与另一个元件“连接”时，它可以与其他元件直接相连或者与其他元件间接相连，而它们之间插入有元件。除非有明确相反的说明，否则术语“包括”和“具有”应理解为表述包含所列出的元件，而非排除任意其他元件。

在本说明书中所述及到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施方式”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本申请所要保护的范围内。

本发明所提供的3D打印机的结构如图1所示，打印机中设置有移动平台3，移动平台3下方设置有水平的X向螺杆4，在X向螺杆4上设置有喷嘴5；在打印机上还设置有有旋转驱动装置12，在旋转驱动装置12上设置有可以绕水平轴心而旋转的旋转体11，在旋转体11外侧设置侧环14；喷嘴5用于在侧环14上打印空心轮胎。

空心轮胎的截面形状如图2中所示，由于轮胎整体是环形，其结构中包含有较多的圆形、弧面等，由于3D打印是通过将目标物体结构离散化后，依次分打印而制造得到的，因此导致了通过3D打印的方式时制造轮胎时，其各个方面上存在的面都需要分层打印，进而导致各个面之间的结合强度、表面平整性受到了限制，会非常依赖于3D打印机的打印精度，并且由于橡胶的固化效果速度快、粘度大，最终会导致轮胎的强度、成型效果不高。而在本发明提供的打印机中，如图2所示，在侧环14上通过喷嘴5可以打印出其截面，通过侧环14的旋转，可以实现在整个圆周上的旋转运动，喷嘴5相对静止，那么可以线性地使轮胎在旋侧环14的外侧形成空心橡胶轮胎，侧环14旋转后形成的轮胎可以克服整体被离散化的问题，提高轮胎的强度。

在一个实施方式中，为了将移动平台3能够实现沿Y向上下移动，打印机的基座1上设置有竖直的Y向螺杆2，移动平台3设置在Y向螺杆2上方，移动平台3可以在Y向螺杆2上运动。

由于轮胎截面上存在着不同的空心结构，导致了截面上的成型位置需要经常发生平移运动，而打印面的方向发生变化后，由于受到喷嘴5的位置和方向所限，往往会导致在打印面发生逐渐变化的区域上的层与层之间的结合效果不佳。在一个实施方式中，为了让旋转驱动装置12的旋转轴线能够在垂直面上发生转动，在基座1上还设置有支撑台6，支撑台6的左右两侧分别设有第一螺杆7和第二螺杆8，在第一螺杆7和第二螺杆8上分别设置有第一滑块9和第二滑块10，第一滑块9和第二滑块10之间通过中心杆13连接，旋转驱动装置12设置于中心杆13上；所述的第一滑块9和第二滑块10能够在第一螺杆7和第二螺杆8上运动。如图4所示，当侧环14的所处方面随着旋转驱动装置12的中心轴发生旋转而进行变化后，可以逐步地适应打印截面上的方向变化，实现变化曲面上的打印层的连续性变化，进而能够提高层与层之间的结合效果，提高轮胎强度。

如图2所示的打印方式中，侧环14的截面是呈平板式，在采用这种结构时，一般是将轮胎的为平面状的内侧先以侧环14为平板基面进行打印，再逐渐向上打印轮胎的外侧部位，最后打印成圆弧形状的轮胎外侧面。

由于空心轮胎在安装到轮毂上后，轮胎的呈平面的内侧是贴合于轮毂，因此，内侧区域是受到一定支撑的。但是，在使用时，轮胎的外侧的弧面是直接与地面接触的，而且承受一定的压力和形变，因此，轮胎外侧的弧形面的打印连续性、强度对于轮胎的使用寿命起到关键作用。如果采用如图2中的这种打印方式时，外侧的弧面在打印时是需要不断调整侧环14的位置进行操作，而且上部的弧形部分在进行打印时，其下方的支承面不稳定，一部分弧面需要在其下部橡胶基体上悬空增加橡胶层才能实现成型，导致了这一部分弧面部分的成型强度不高，容易导致轮胎整体寿命下降。因此，在一个实施方式中，采用了如图3中所示的这种侧环14结构，侧环14为呈带有弧形的凹面式结构，凹面的形成与轮胎的外侧弧面相一致，在打印时，首先在凹面的侧环14相贴合的部位打印轮胎的外侧部分，这样可以使轮胎外弧面有一个较为连续、平整的支撑面，可以相对于原先的悬空增加层的方式提高更多的截面强度，使轮胎在使用时外壁的强度提高。打印过程示意图如图5所示。而且，再配以第一滑块9和第二滑块10的上下运动，使侧环14的方向发生变化之后，如图4所示，可以更好地以较为合适的角度对轮胎外壁部分进行打印，进一步提高打印成型强度。

为了提高制造效率，如图6中所示的结构，其中所示的圆形为侧环14及旋转体11，在侧环14的外部，还设置有多个斜向喷嘴15，斜向喷嘴15设置于斜向螺杆16上，可以实现在侧环14的不同外围区域同时进行橡胶轮胎的打印，使制造速度更快。

由于采用橡胶材料进行轮胎的3D打印时，橡胶材质本身存在着温度降低后，流变性能和粘合性能会迅速下降的问题，导致橡胶材料逐层打印的物件存在着受温度影响大、成形一体性较差的问题。在一个实施方式中，侧环14的材质是金属，在侧环14的内部设置有加热部件。可以实现提高侧环14在打印过程中的温度，减缓橡胶材料的冷却速度，避免橡胶温度下降后，流变性能、粘合性能下降而导致了轮胎成形效果不好的问题。特别是可以将加热部件与温度控制器相连接，通过温度控制器使加热部件的温度按照设定程序发生变化，使打印在侧环14上的橡胶的温度随一定程序变化，可以实现可控变温，以提高层与层之间的粘合性。

Claims (5)

1.一种制造空心橡胶轮胎的3D打印机，其特征在于：打印机中设置有移动平台（3），移动平台（3）下方设置有水平的X向螺杆（4），在X向螺杆（4）上设置有喷嘴（5），喷嘴（5）可以在X向螺杆（4）上运动；在打印机上还设置有有旋转驱动装置（12），在旋转驱动装置（12）上设置有可以绕水平轴心而旋转的旋转体（11），在旋转体（11）外侧设置侧环（14）；喷嘴（5）用于在侧环（14）上打印空心轮胎；

在基座（1）上还设置有支撑台（6），支撑台（6）的左右两侧分别设有第一螺杆（7）和第二螺杆（8），在第一螺杆（7）和第二螺杆（8）上分别设置有第一滑块（9）和第二滑块（10），第一滑块（9）和第二滑块（10）之间通过中心杆（13）连接，旋转驱动装置（12）设置于中心杆（13）上；所述的第一滑块（9）和第二滑块（10）能够在第一螺杆（7）和第二螺杆（8）上运动，并且使中心杆（13）发生旋转；

侧环（14）的截面是呈凹面式；侧环（14）的材质是金属，在侧环（14）的内部设置有加热部件。

2.根据权利要求1所述的制造空心橡胶轮胎的3D打印机，其特征在于：打印机的基座（1）上设置有竖直的Y向螺杆（2），移动平台（3）设置在Y向螺杆（2）上方，移动平台（3）可以在Y向螺杆（2）上运动。

3.根据权利要求1所述的制造空心橡胶轮胎的3D打印机，其特征在于：侧环（14）的截面是呈平板式。

4.根据权利要求1所述的制造空心橡胶轮胎的3D打印机，其特征在于：在侧环（14）的外部，还设置有多个斜向喷嘴（15），斜向喷嘴（15）设置于斜向螺杆（16）上，斜向喷嘴（15）可以在斜向螺杆（16）上运动，斜向喷嘴（15）用于在侧环（14）上打印空心轮胎。

5.根据权利要求1所述的制造空心橡胶轮胎的3D打印机，其特征在于：加热部件与温度控制器相连接。