CN105643939B - 硅胶3d打印机及硅胶产品打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅胶3D打印机及硅胶产品的打印方法，该硅胶打印机包括：机架、X轴滑动模组、Y轴滑动模组、Z轴滑动模组、硅胶打印头、气压调整模组。所述总控模块用于根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制Z轴滑动模组沿着Z轴驱动所述成型平台进行位置变化，并控制X轴滑动模组以及Y轴滑动模组驱动所述硅胶打印头沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制所述气压调整模组调整所述硅胶打印头内的气压进而控制所述硅胶打印头的以第二预定速率挤出硅胶。本发明具有结构简单、能耗低、工艺流程简单的有益效果。

Description

硅胶3D打印机及硅胶产品打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种硅胶3D打印机及硅胶产品的打印方法。

背景技术

3D打印是新型的工件加工制造技术，其特点是在制造过程中采用从无到有的顺序增材制造，而传统的方法是逐渐减去多余材料从有到无的减材制造。与传统的制造方法相比，增材制造的3D打印技术具有更高的灵活性和使用性。

目前常见的3D打印技术有：熔融沉积(FDM)、立体光固化(DLP)、选择性激光烧结(SLA)等，但是这些3D打印技术均无法打印制造出具有弹性和柔性特性的硅胶类材质模型。

发明内容

本发明实施例提供一种硅胶3D打印机及硅胶产品打印方法；以解决现有技术中无法打印出具有柔和和弹性特性的硅胶产品的技术问题。

本发明实施例提供一种硅胶3D打印机，包括：机架、X轴滑动模组、Y轴滑动模组、Z轴滑动模组、硅胶打印头、气压调整模组、成型平台以及总控模块；所述气压调整模组的气道与所述硅胶打印头连通，所述Y轴滑动模组可沿着Y轴滑动地安装于所述机架上，所述X轴滑动模组可沿着X轴滑动地安装于所述Y轴滑动模组上，所述硅胶打印头固定设置于所述X轴滑动模组上，所述Z轴滑动模组可沿着Z轴滑动地安装于所述机架上，所述成型平台安装于所述Z轴滑动模组上；所述总控模块分别与所述气压调整模组、X轴滑动模组、Y轴滑动模组以及Z轴滑动模组通信连接；其中，X轴、Y轴以及Z轴构成空间直角坐标系；

所述总控模块用于根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制Z轴滑动模组沿着Z轴驱动所述成型平台进行位置变化，并控制X轴滑动模组以及Y轴滑动模组驱动所述硅胶打印头沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制所述气压调整模组调整所述硅胶打印头内的气压进而控制所述硅胶打印头的以第二预定速率挤出硅胶。

在本发明所述的硅胶3D打印机中，所述硅胶打印头包括硅胶筒以及安装于所述硅胶筒的一端上的针头，所述硅胶筒的另一端通过一导气管与所述气压调整模组的气道连通。

在本发明所述的硅胶3D打印机中，所述针头外壁上设置有第一加热模块以及第一温度传感器，所述第一加热模块以及所述第一温度传感器均与所述总控模块通信连接。

在本发明所述的硅胶3D打印机中，所述成型平台顶部设置有第二加热模块以及第二温度传感器，所述第二加热模块以及第二温度传感器分别与所述总控模块通信连接。

在本发明所述的硅胶3D打印机中，还包括一加热筒，所述加热筒固定设置于所述成型平台上，在所述加热筒内形成硅胶产品的成型区域，所述加热筒的轴向与Z轴平行；

所述加热筒包括一圆筒，所述圆筒的内壁沿着Z轴均匀设置有多层呈环状的加热单元，每一所述加热单元均与所述总控模块通信连接；所述总控模块根据当前的打印出的硅胶产品的高度对应控制该高度以内的加热单元发热。

在本发明所述的硅胶3D打印机中，每一所述加热单元包括多个沿所述圆筒内壁均匀分布的加热元件，所述总控模块根据所述硅胶产品的模型数据信息以及所述加热元件的位置信息计算出该加热元件与该硅胶产品对应区域外轮廓的平均距离，并根据所述平均距离控制该加热元件的发热功率。

在本发明所述的硅胶3D打印机中，所述气压调整模组设置有用于手动调整气压手动旋钮。

本发明还提供了一种硅胶产品的打印方法，包括以下步骤：

S101，总控模块根据待打印硅胶产品的模型数据信息将该硅胶产品划分成若干层；

S102，总控模块根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制Z轴滑动模组沿着Z轴驱动所述成型平台依次移动至与该硅胶产品的各层对应的位置；在该成型平台位于对应位置时，控制X轴滑动模组以及Y轴滑动模组驱动所述硅胶打印头沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制所述气压调整模组调整所述硅胶打印头内的气压进而控制所述硅胶打印头的以第二预定速率挤出硅胶，从而完成对该硅胶产品的各层的打印。

在本发明所述的硅胶产品的打印方法中，在所述步骤S102中，还包括以下步骤：

通过第一温度传感器采集陶瓷浆料打印头的针头的温度；

总控模块根据所述针头的温度、第一预定速率以及第二预定速率控制第一加热模块以对应功率对所述针头进行加热。

在本发明所述的硅胶产品的打印方法中，所述针头的直径为0.001mm-5mm，所述针头为塑料针头、金属针头或玻璃针头。

相较于现有技术，本发明的硅胶3D打印机及硅胶产品的打印方法具有以下有益效果：

相对于现有技术中的熔融沉积(FDM)、立体光固化(DLP)、选择性激光烧结(SLA)等技术，本发明提供的硅胶3D打印机通过气压挤出硅胶打印头中的硅胶从而打印形成硅胶产品，实现了现有打印出具有弹性和柔性的产品的目的，并且其采用气压挤出硅胶的方式，使得出料控制更加精确，便于提高该打印出的硅胶产品的精确度。

附图说明

图1为本发明一优选实施例中的硅胶3D打印机的立体结构示意图；

图2为本发明一优选实施例中的硅胶3D打印机的硅胶打印头的结构示意图；

图3为本发明一优选实施例中的硅胶3D打印机的加热筒的结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

请参照图1，图1为本发明的硅胶3D打印机的优选实施例的结构示意图。

本发明优选实施例的硅胶3D打印机包括机架10、X轴滑动模组21、Y轴滑动模组22、Z轴滑动模组23、硅胶打印头30、气压调整模组(未示出)、成型平台40以及总控模块；该气压调整模组的气道与硅胶打印头30连通，Y轴滑动模组22可沿着Y轴滑动地安装于机架10上，X轴滑动模组21可沿着X轴滑动地安装于Y轴滑动模组22上，硅胶打印头30固定设置于X轴滑动模组21上，Z轴滑动模组23可沿着Z轴滑动地安装于机架10上，成型平台30安装于Z轴滑动模组23上；总控模块分别与气压调整模组、X轴滑动模组21、Y轴滑动模组22以及Z轴滑动模组23通信连接；其中，X轴、Y轴以及Z轴构成空间直角坐标系。

其中，总控模块用于根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制Z轴滑动模组23沿着Z轴驱动成型平台40进行位置变化，并控制X轴滑动模组21以及Y轴滑动模组22驱动该硅胶打印头30沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制气压调整模组调整硅胶打印头30内的气压进而控制硅胶打印头30的以第二预定速率挤出硅胶，从而打印出该硅胶产品。

相对于现有技术中的熔融沉积(FDM)、立体光固化(DLP)、选择性激光烧结(SLA)，本发明提供的硅胶3D打印机通过气压挤出硅胶打印头中的硅胶从而打印形成硅胶产品，实现了现有打印出具有弹性和柔性的产品的目的，并且其采用气压挤出成型，使得出料控制更加精确，便于提高该打印出的硅胶产品的精确度。

具体地，该机架10包括一基座10a、第一支撑块11、第二支撑块12、第一滑轨13、第二滑轨14。该第一支撑块11以及第二支撑块12平行间隔设置。该第一滑轨13以及第二滑轨14分别设置于该第一支撑块11以及第二支撑块12之上。

在一些实施例中，成型平台40顶部设置有第二加热模块以及第二温度传感器，第二加热模块以及第二温度传感器分别与总控模块通信连接。总控模块根据该第二温度传感器检测到的温度值控制第二加热模块的加热功率，从而实现对已打印出的硅胶产品进行加热，以促进该硅胶产品的固化。该第二加热模块包括多个发热电阻，该多个发热电阻均匀分布于该成型平台40上。该成型平台40的底部还设置有四个微调螺母41，用于对该成型平台进行调平或高度微调。

其中，该气压调整模组可以采用常规的精确度较高的电控式智能气压调整装置，其接收总控模块的控制信号，并根据该控制信号调整硅胶打印头30内的气压，从而控制硅胶打印头30的硅胶挤出速度。其为现有技术，故不赘述。另外，气压调整模组设置有用于手动调整气压手动旋钮，当在打印过程中出现硅胶断线或者厚度不均匀时，可以通过手动调整该气压手动旋钮进行气压调节，从而调节硅胶的挤出速度。

其中，Y轴滑动模组22包括Y轴滑块以及用于驱动Y轴滑块滑动的第二驱动机构。该该第二驱动机构可以采用马达驱动，该第二驱动机构的控制电路与总控模块通信连接。

该X轴滑动模组21包括X轴滑块以及用于驱动X轴滑块滑动的第一驱动机构，X轴滑块与第一驱动机构驱动连接。第一驱动机构可以采用马达驱动，该第一驱动机构的控制电路与总控模块通信连接。

Z轴滑动模组23包括Z轴滑块以及用于驱动Z轴滑块滑动的第三驱动机构。Z轴滑块与第三驱动机构驱动连接。第三驱动机构可以采用马达驱动，该第三驱动机构的控制电路与总控模块通信连接。

具体地，如图2所示，该硅胶打印头30包括基板33、安装于基板33上的硅胶筒31、安装于硅胶筒31的一端上的针头32、针头固定座35、微调滑块38、微调旋钮36、以及安装板37，该硅胶筒31固定安装于该基板33上，该针头32穿置在该针头固定座35中，该针头固定座35安装在该基板33的下端，该基板固定安装于该微调滑块38上，该微调旋钮36安装于该微调滑块36上，通过旋转该微调旋钮36从而驱动该微调滑块38上下微调。该微调滑块38安装于该安装板37上，该安装板37固定安装于X轴滑动模组的X轴滑块上。该硅胶筒31的另一端通过一导气管34与气压调整模组的气道连通。

该针头32的材质和大小可根据需要进行调整，例如直径可从0.001毫米到5毫米，材质包括塑料针头，金属针头和玻璃针头等。针头32的截面形状也可按需设计，其可以为圆形、同心环形、椭圆形、方形、菱形等。从而以实现不同精度的打印和不同陶瓷模型的打印。

其中，该针头32的外壁上还可以设置有第一加热模块以及第一温度传感器，第一加热模块以及第一温度传感器分别与总控模块通信连接。总控模块根据针头32的温度、第一预定速率以及第二预定速率控制第一加热模块以对应功率对针头32进行加热。通过该加热该针头32进一步将其中的流出的硅胶进行加热，有助于提高其流动性，并且，该加热效率与针头32移动的第一预定速率、该硅胶挤出的第二预定速率是相互匹配的，以保证该硅胶挤出并在成型平台上打印成型的过程中不会出现断点。优选地，在本实施例中中，该第一加热模块以及第一温度传感器均设置于该针头固定座35内部。

优选地，硅胶打印头30的数量可以为2个或2个以上，从而实现多种硅胶材料进行混合打印。

进一步地，如图3所示，硅胶3D打印机还包括一加热筒60，该加热筒60固定设置于成型平台10上，在加热筒60内形成硅胶产品的成型区域，加热筒60的轴向与Z轴平行。具体地，加热筒60包括一圆筒61，圆筒61的内壁沿着Z轴均匀设置有多层呈环状的加热单元62，每一加热单元62均与总控模块通信连接；总控模块根据当前的打印出的硅胶产品的高度对应控制该高度以内的加热单元62发热。该加热筒60可以采用陶瓷材料制成。通过该加热筒60对硅胶产品进行加热有利于使得加热更加均匀，并且采用逐层控制的方式也有利于降低电能消耗。

每一加热单元62包括多个沿圆筒61内壁均匀分布的加热元件，该加热元件为具有一定弧度的片状，以便于沿着该圆筒61的内壁进行贴装。该总控模块根据硅胶产品的模型数据信息以及加热元件的位置信息计算出该加热元件与该硅胶产品对应区域外轮廓的平均距离，并根据平均距离控制该加热元件的发热功率。通过根据该平均距离该控制发热功率，使得距离硅胶产品距离较近的发热元件功率较低，距离硅胶产品距离较远的发热元件功率较高，有利于进一步提高加热的均匀性，有利于提高该硅胶产品的精度。

本发明还提供了一种硅胶产品的打印方法，该方法主要上采用上述实施例中的硅胶3D打印机进行打印。该方法包括以下步骤：

S101，总控模块根据待打印硅胶产品的模型数据信息将该硅胶产品划分成若干层。

S102，总控模块根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制Z轴滑动模组沿着Z轴驱动成型平台依次移动至与该硅胶产品的各层对应的位置；在该成型平台位于对应位置时，控制X轴滑动模组以及Y轴滑动模组驱动所述硅胶打印头沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制所述气压调整模组调整所述硅胶打印头内的气压进而控制所述硅胶打印头的以第二预定速率挤出硅胶，从而完成对该硅胶产品的各层的打印。

在步骤S101中，总控模块获取将要成型的硅胶产品的模型数据信息后，可以根据该模式数据信息初步计算出所需要的硅胶的数量，因此，可以提示操作人员选择对应规格的硅胶筒从而准备好预定量的硅胶。并且，该硅胶具有剪切稀化特性，使得硅胶在静态保持固态，而在有压力的状态下具有流动性。另外，根据模型数据信息硅胶产品划分成若干层时，例如模型数据信息显示该硅胶产品高100mm，因此将该硅胶产品划分成200层进行逐层打印，每一层的厚度为0.5mm。

在步骤S102中，该第一预定速率、该第二预定速率以及每一层的厚度要相互匹配，使得该硅胶在打印过程中该层范围内的厚度均匀，且不出现断点。并且，当打印完一层要切换到另一层时，总控模块控制Z轴运动模组驱动该成型平台沿着Z轴移动对应距离，然后进行该层的打印。

进一步地，在该步骤S102中，还包括以下步骤：

通过第一温度传感器采集陶瓷浆料打印头的针头的温度；

总控模块根据所述针头的温度、第一预定速率以及第二预定速率控制第一加热模块以对应功率对所述针头进行加热。

通过该加热该针头进一步将其中的流出的硅胶进行加热，有助于提高其流动性，并且，该加热效率与针头移动的第一预定速率、该硅胶挤出的第二预定速率是相互匹配的，以保证该硅胶挤出并在成型平台上打印成型的过程中不会出现断点。

在本实施例中，针头的直径为0.001mm-5mm，所述针头为塑料针头、金属针头或玻璃针头。

相对于现有技术中的熔融沉积(FDM)、立体光固化(DLP)、选择性激光烧结(SLA)，本发明提供的硅胶3D打印机及硅胶产品打印方法通过气压挤出硅胶打印头中的硅胶从而打印形成硅胶产品，实现了现有打印出具有弹性和柔性的产品的目的，并且其采用气压挤出成型，使得出料控制更加精确，便于提高该打印出的硅胶产品的精确度。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种硅胶3D打印机，其特征在于，包括：机架、X轴滑动模组、Y轴滑动模组、Z轴滑动模组、硅胶打印头、气压调整模组、成型平台以及总控模块；所述气压调整模组的气道与所述硅胶打印头连通，所述Y轴滑动模组可沿着Y轴滑动地安装于所述机架上，所述X轴滑动模组可沿着X轴滑动地安装于所述Y轴滑动模组上，所述硅胶打印头固定设置于所述X轴滑动模组上，所述Z轴滑动模组可沿着Z轴滑动地安装于所述机架上，所述成型平台安装于所述Z轴滑动模组上；所述总控模块分别与所述气压调整模组、X轴滑动模组、Y轴滑动模组以及Z轴滑动模组通信连接；其中，X轴、Y轴以及Z轴构成空间直角坐标系；

所述总控模块用于根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制Z轴滑动模组沿着Z轴驱动所述成型平台进行位置变化，并控制X轴滑动模组以及Y轴滑动模组驱动所述硅胶打印头沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制所述气压调整模组调整所述硅胶打印头内的气压进而控制所述硅胶打印头以第二预定速率挤出硅胶；

所述的硅胶3D打印机还包括一加热筒，所述加热筒固定设置于所述成型平台上，在所述加热筒内形成硅胶产品的成型区域，所述加热筒的轴向与Z轴平行；

所述加热筒包括一圆筒，所述圆筒的内壁沿着Z轴均匀设置有多层呈环状的加热单元，每一所述加热单元均与所述总控模块通信连接；所述总控模块根据当前的打印出的硅胶产品的高度对应控制该高度以内的加热单元发热；

每一所述加热单元包括多个沿所述圆筒内壁均匀分布的加热元件，所述总控模块根据所述硅胶产品的模型数据信息以及所述加热元件的位置信息计算出该加热元件与该硅胶产品对应区域外轮廓的平均距离，并根据所述平均距离控制该加热元件的发热功率。

2.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机，其特征在于，所述硅胶打印头包括硅胶筒以及安装于所述硅胶筒的一端上的针头，所述硅胶筒的另一端通过一导气管与所述气压调整模组的气道连通。

3.根据权利要求2所述的硅胶3D打印机，其特征在于，所述针头外壁上设置有第一加热模块以及第一温度传感器，所述第一加热模块以及所述第一温度传感器均与所述总控模块通信连接。

4.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机，其特征在于，所述成型平台顶部设置有第二加热模块以及第二温度传感器，所述第二加热模块以及第二温度传感器分别与所述总控模块通信连接。

5.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机，其特征在于，所述气压调整模组设置有用于手动调整气压手动旋钮。