CN105711090A - 3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印方法。所述3D打印方法包括：步骤A：将用于3D打印的各种物料按一定配比做成流体；步骤B：将所述流体输送到物料罐中；步骤C：然后，在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体。本发明解决了在低温沉积3D打印领域，喷头容易阻塞的问题。

Description

3D打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体一种3D打印方法，尤其涉及针对低温沉积3D打印领域的液固成型悬浊物料输送的一种打印方法。

背景技术

目前，在低温沉积3D打印领域，在喷头挤出过程中，喷头容易阻塞，降低了打印成型精度和效率。

综上所述，现有技术中存在以下问题：在低温沉积3D打印领域，喷头容易阻塞，降低了打印成型精度和效率。

发明内容

本发明提供一种3D打印方法，以解决在低温沉积3D打印领域，喷头容易阻塞的问题。

为此，本发明提出一种3D打印方法，所述3D打印方法包括：

步骤A：将用于3D打印的各种物料按一定的配比做成流体；

步骤B：将所述流体输送到物料罐中；

步骤C：然后，在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体。

进一步地，所述3D打印方法采用搅拌系统，所述搅拌系统包括：

转轴，伸入到所述物料罐中；

搅拌臂，设置在转轴上；

驱动装置，连接所述转轴。

进一步地，所述驱动装置为电机，所述搅拌系统还包括：连接在所述电机轴和所述转轴之间的柔性连接轴。

进一步地，所述搅拌系统还包括：控制模块，所述控制模块包括：单片机、连接所述单片机的显示屏和转速测量传感器。

进一步地，所述搅拌系统还包括：能移动的支架，所述物料罐以及驱动装置均设置在所述支架上，并且，所述物料罐通过弹性减震装置设置在所述支架上。

进一步地，

通过预先的测试或实验，建立物料罐中的物料粘度与电机转速之间的对应关系；

根据所述物料粘度与电机转速之间的对应关系，在实际3D打印中，结合电机转速调整打印成型参数，实现成型打印；

成型后的打印产品中，支架孔径间距稳定，连通率达到70％以上,孔隙率达50％以上，以实现最佳的成型效果。

进一步地，将所述物料罐中的物料粘度对应为电机转速，电机转速由转速测量传感器测量并反馈到单片机中，单片机计算输出粘度数据至显示屏，且当电机转速高于或者低于设定的阈值时，转速测量传感器输出负反馈电压信号，经过电路板上的驱动电路启动报警指示灯。

进一步地，所述3D打印方法的打印温度为-30摄氏度以下，所述物料的材质为：聚乳酸-羟基乙酸共聚物、和磷酸三钙(TCP)、和/或镁粉，上述物料通过有机溶剂形成流体，其中，流体配置比例：聚乳酸-羟基乙酸共聚物与有机溶剂的比例为10％～50；磷酸三钙与有机溶剂的比例为10％～50；镁粉与有机溶剂的比例为0～20％，出料口流量：Q＝10～120ul/min。

本发明通过基于搅拌系统对所述物料罐中的物料进行搅拌，增加了出料口的流动性，能防止物料沉淀，保证物料的均匀化输送，因而，解决了在低温沉积3D打印领域，喷头容易阻塞的问题。进而，本发明可以在3D打印过程中保证喷头(出料口)出料的同时，进行搅拌，相对于现有技术，本发明实现了打印和搅拌的同时进行，因而，彻底的克服了喷头容易阻塞的问题。进而，由于喷头均匀出料，3D打印出来的产品内部材质的分布更均匀，强度提高，各方面质量都得以提高。

进而，可以在3D打印过程中保证喷头均匀出料的同时，实时监测物料罐内部物料粘度的变化。

另外，本发明中，通过柔性连接轴进行连接，在不影响设备精度的条件下，各部分拆卸安装简便，不影响装料。

附图说明

图1为本发明实施例的3D打印设备的结构示意图。

附图标号说明：

1控制模块2转轴3轴承4机械密封盖

5橡皮环6物料罐7搅拌臂8橡皮垫

9电机10电机轴11万向联轴器12连接头

13柔性连接轴14支架15支撑架16滑块

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

本发明提供一种3D打印方法，所述3D打印方法包括：

步骤A：将用于打印的物料做成流体，做成液体；

步骤B：将所述流体输送到物料罐中；

步骤C：然后，在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体。通过对所述物料罐中的物料进行搅拌，能防止物料沉淀，保证物料的均匀化输送，因而，解决了在低温沉积3D打印领域，喷头容易阻塞的问题。

如图1所示，本发明采用一种3D打印设备，以实现上述3D打印方法，所述3D打印设备包括：

物料罐6，用于容纳3D打印所需的物料，例如为低温沉积3D打印用的物料；

出料口(出料口为喷嘴或连接喷嘴)，设置在所述物料罐上，例如设置在物料罐6的底部，竖直向下，以便出料方便；

基于3D打印的物料供给搅拌系统，对所述物料罐中的物料进行搅拌。通过基于3D打印的物料供给搅拌系统对所述物料罐中的物料进行搅拌，能防止物料沉淀，保证物料的均匀化输送，因而，解决了在低温沉积3D打印领域，喷头容易阻塞的问题。基于3D打印的物料供给搅拌系统可以为能够对所述物料罐中的物料进行搅拌的合适结构。

例如，所述基于3D打印的物料供给搅拌系统(简称搅拌系统)包括：

转轴2，伸入到所述物料罐6中；

搅拌臂7，设置在转轴2上；

驱动装置，连接所述转轴2，设置在物料罐6之外，驱动转轴2转动。这种结构的搅拌系统，结构简单，对物料罐的封闭影响较小，便于保温。

进一步地，所述驱动装置为电机9，所述搅拌系统还包括：连接在所述电机轴10和所述转轴2之间的柔性连接轴13。柔性连接轴13的两端通过连接头12和万向联轴器11固定。柔性连接轴，例如为钢丝绳或铁链，起到无损传递动能和灵活定位的作用，并且可在不拆卸连接轴的情况下可以方便灵活的拆卸、安装带有转轴2的机械密封盖，方便物料加注。

进一步地，如图1所示，所述搅拌系统还包括：控制模块1，所述控制模块1包括：单片机、连接所述单片机的显示屏和转速测量传感器。显示屏为液晶或者LED显示屏，占用空间小。测量转速的传感器为光电传感器或者霍尔传感器，测量准确，便于安装。

进一步地，所述搅拌系统还包括：能移动的支架14，所述物料罐6以及驱动装置均设置在所述支架上，物料罐6为可拆卸结构，便于安装拆卸。

所述物料罐6通过弹性减震装置设置在所述支架上，起到缓冲减震的作用，保护电机和连接固定件的作用。通过支架的移动，便于出料口移动到合适位置。

所述出料口设置在所述物料罐6的底部，所述转轴2竖直方向设置，所述弹性减震装置例如为橡皮环5，所述支架14例如为倒L型，设置在滑块16上，所述滑块16通过螺纹连接丝杠，滑块16通过螺纹孔配合在3D打印机笛卡尔运动模块的Y轴丝杠导轨中，实现滑块16在水平面内移动。支撑架15固定在滑块16上部，支架14设置在支撑架15上，因而，物料罐6随需要能够进行移动。

进一步地，电机9和控制模块连接；橡皮垫8将电机固定在倒L型支架14顶端。所述电机9的电机轴10顶部开凹形槽，对凹槽径向开螺纹孔。

进一步地，搅拌罐的底面设置出料口，且侧壁夹具固定处设置可放置橡皮环5的凹槽；橡皮环5，环绕在盛放物料的物料罐6外耳环下部，起到缓冲减震作用；机械密封盖4，通过螺纹连接于物料罐6；所述转轴2顶部开凹形槽，对凹槽径向开螺纹孔；(滚动)轴承3使转轴可旋转地连接机械密封盖4；搅拌臂7的一端固接于所述转轴，另一端朝所述转轴径向方向延伸，且搅拌臂7能够随转轴2旋转，采用两搅拌臂，180°对称安装，径向倾斜角度为5°，搅拌臂7和转轴2采用无缝焊接。上述结构可以在3D打印过程中保证喷头均匀出料的同时，实时监测物料罐内部物料粘度的变化，且本装置在不影响设备精度的条件下，各部分拆卸安装简便。

进一步地，通过预先的测试或实验，建立物料罐中的物料粘度与电机转速之间的对应关系，例如通过实验定性记录电机的转速与出料口或喷头出口处的流体流出的畅通程度或流量，这样，对搅拌的动态的物料给出了一个定性的表征或指导；

然后根据所述物料粘度与电机转速之间的对应关系，在实际3D打印中，结合电机转速调整打印成型参数(例如，根据电机转速调整喷头移动速度和/或喷头出口处流体的流量)，实现成型打印；成型后的打印产品中，支架孔径间距稳定，连通率可达到70％以上，孔隙率可达50％以上，支架各部分成分均匀，力学性能提高2％以上。其中连通率是指支架成型孔的连接情况，有的时候物料局部沉积过多，可能成型后就没有孔的结构。孔隙率：指支架的材料体积和支架体积的比值。

将所述物料罐中的物料粘度对应为电机转速，即物料粘度体现为电机转速，例如，通过实验记录电机的转速与出料口或喷头出口处的流体流出的畅通程度或流量，这样，对搅拌的动态的物料给出了一个定性的表征或指导，避免了物料在搅拌中难以用静态的方式表征出料口或喷头的流动状况，给本发明的控制方式提出了一个立足点。可以通过预先的测试或实验，建立物料粘度与电机转速之间的对应关系，从而将物料粘度体现为电机转速，在后续的3D打印过程中，就可以通过电机转速定性的得知物料粘度，通过调整喷头移动速度和/或喷头出口处流体的流量就可以控制打印状况，实现最佳成型效果。

电机转速由转速测量传感器测量并反馈到单片机中，单片机计算输出粘度数据至显示屏，且当电机转速高于或者低于设定的阈值时，转速测量传感器输出负反馈电压信号，经过电路板上的驱动电路启动报警指示灯。电机转速高于设定的最高阈值时，说明流体粘度过小，电机转速再高也难以进行打印。电机转速低于设定的最低阈值时，说明流体粘度过大，电机转速再低也难以进行打印。

进一步地，在所述基于3D打印的物料供给搅拌系统对所述物料罐中的物料进行搅拌的同时，所述出料口出料。申请人发现：在进行3D打印制备的过程中，物料在搅拌罐中长时间静置，不溶物颗粒逐渐沉淀。导致两种不良后果：打印结构中粉末态不溶元素分布不均匀，降低了产品整体力学性能及影响材料结构特性；在喷头挤出过程中，由于物料静置不溶颗粒沉淀易在喷头处团聚，导致喷头阻塞，降低了打印成型精度和效率。此外，3D打印制备中的部分控制参数受物料粘度的影响，现有设备配置无法实时跟踪物料粘度变化，制备过程中与物料粘度相关的设备控制参数的调整主要依赖于工程技术人员的现象观察和制备经验，不容易调节制造参数，给稳定的制造3D打印产品造成困难。

本发明搅拌和出料同时进行的这种方式，不同于先搅拌物料，然后物料进入物料罐中静止，静止后的物料再出料的方式。本发明避免了上述或者出现的进入物料罐中静止，不溶物颗粒逐渐沉淀的问题。

本发明中，3D打印设备或打印机通过电机带动搅拌轴旋转，同时，物料粘度参数是通过电机的转速计算而来，该参数实时显示到控制模块1的显示屏上面，达到自动搅拌和智能数字化显示物料粘度变化的目的。例如，所述3D打印方法的打印温度为-30摄氏度以下，所述物料的材质为：聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、和磷酸三钙(TCP)、和/或(高纯)镁粉(Mg，镁的纯度例如为99.97％)形成的复合材料，上述PLGA、TCP通过有机溶剂(例如，1,4-二氧六环，三氯甲烷等)形成流体，该流体从出料口和/或喷头出来打印出初步定型的产品，然后经过干燥处理，将有初步定型的产品中的机溶剂挥发，形成在常温下稳定的成品。其中，流体配置比例：PLGA：有机溶剂(例如，1,4-二氧六环，或三氯甲烷等)＝10％～50％；TCP：PLGA＝10％～50％；出料口流量：Q＝10～120ul/min。成型后的成品的支架(例如，为经过挥发处理的稳定的成品)孔径间距稳定(成品由支架和位于支架之间的孔洞形成，支架例如为网格状，支架的成分为PLGA、TCP和/或Mg)，连通率可达到70％以上，孔隙率可达50％以上，支架各部分成分均匀，力学性能提高2％以上；其中连通率是指支架成型孔的连接情况，有的时候物料局部沉积过多，可能成型后就没有孔的结构。孔隙率：指支架的材料体积和支架体积的比值。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种3D打印方法，其特征在于，所述3D打印方法包括：

步骤A：将用于3D打印的各种物料按一定的配比做成流体；

步骤B：将所述流体输送到物料罐中；

步骤C：然后，在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体。

2.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述3D打印方法采用搅拌系统，所述搅拌系统包括：

转轴，伸入到所述物料罐中；

搅拌臂，设置在转轴上；

驱动装置，连接所述转轴。

3.如权利要求2所述的3D打印方法，其特征在于，所述驱动装置为电机，所述搅拌系统还包括：连接在所述电机轴和所述转轴之间的柔性连接轴。

4.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述搅拌系统还包括：控制模块，所述控制模块包括：单片机、连接所述单片机的显示屏和转速测量传感器。

5.如权利要求2所述的3D打印方法，其特征在于，所述搅拌系统还包括：能移动的支架，所述物料罐以及驱动装置均设置在所述支架上，并且，所述物料罐通过弹性减震装置设置在所述支架上。

6.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，

通过预先的测试或实验，建立物料罐中的物料粘度与电机转速之间的对应关系；

根据所述物料粘度与电机转速之间的对应关系，在实际3D打印中，结合电机转速调整打印成型参数，实现成型打印；

成型后的打印产品中，产品的支架孔径间距稳定，连通率达到70％以上,孔隙率达50％以上，以实现最佳的成型效果。

7.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，将所述物料罐中的物料粘度对应为电机转速，电机转速由转速测量传感器测量并反馈到单片机中，单片机计算输出粘度数据至显示屏，且当电机转速高于或者低于设定的阈值时，转速测量传感器输出负反馈电压信号，经过电路板上的驱动电路启动报警指示灯。

8.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述3D打印方法的打印温度为-30摄氏度以下，所述物料的材质为：聚乳酸-羟基乙酸共聚物、和磷酸三钙(TCP)、和/或镁粉，上述物料通过有机溶剂形成流体，其中，流体配置比例：聚乳酸-羟基乙酸共聚物与有机溶剂的比例为10％～50％；磷酸三钙与有机溶剂的比例为10％～50％；，出料口流量：Q＝10～120ul/min。