CN105751520B - 双喷头双模式3d打印机及其工作方法 - Google Patents

双喷头双模式3d打印机及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明双喷头双模式3D打印机及其工作方法，属于3D打印设备技术领域，包括支架、底部平台装置、打印材料固定装置、驱动电机Ⅰ、喷头Ⅰ、喷头Ⅱ、驱动电机Ⅱ和中央控制器，所述喷头Ⅱ设置有两个喷嘴，并且两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液。本发明以打印外壳，喷洒填充物(PU树脂AB水)的方式取代了逐层打印的方式来构造物体的技术，使零部件的强度增大，降低了废件率。PU树脂AB水，A液、B液的重量混全比是1:1，因A液和B液混合后会在1.5～2分钟内固化，固化速度快，达到了节省打印时间的目的。本发明是在传统的3D打印机设备上添加新结构改进设计的，改造加工成本低，制造过程和工艺流程的继承性好。

Description

双喷头双模式3D打印机及其工作方法
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域，特别是涉及到一种3D打印零部件的装置及其工作方法。
背景技术
目前，普通的3D打印机是一种以数字模型文件(主要包括stl和AMF两种文件)为基础，将数字模型进行分层，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设备。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后来逐渐用于一些产品的直接制造，目前已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有大量的应用。
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印的材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内部装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层的叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，例如打印一个机器人、打印一台玩具车，打印各种模型，甚至是实物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。
现在市场上的3D打印设备，均采用一个喷头打印零件，时间成本高，同时零件内部由蜂窝网填充，导致零件的强度低、寿命短。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种双喷头双模式3D打印机及其工作方法，用来解决普通的3D打印设备，均采用一个喷头打印零件，时间成本高；零件内部由蜂窝网填充，零件的强度低、寿命短等技术问题。
一种双喷头双模式3D打印机，其特征是：包括支架、底部平台装置、打印材料固定装置、驱动电机Ⅰ、喷头Ⅰ、喷头Ⅱ、驱动电机Ⅱ和中央控制器，
所述支架包括竖直支架和水平支架，竖直支架与水平支架固定连接；
所述底部平台装置包括打印平台和移动式控制装置；所述移动式控制装置包括垂直升降移动装置以及水平位移移动平台装置；所述垂直升降移动装置包括滑动丝杠、滑块和连接杆；所述水平位移移动平台装置包括同步轮和同步带导轨；
所述竖直支架的上部通过三角支架固定安装有打印材料固定装置，竖直支架的侧壁上部固定安装有固件；所述固件的内部设置有内螺纹；所述滑动丝杠的外部设置有外螺纹，滑动丝杠与固件固定连接；所述滑块套在连接杆的外部，并且滑块与连接杆活动连接；所述连接杆的两端与滑动丝杠连接并且连接杆与驱动电机Ⅰ连接；
所述喷头Ⅰ与滑块固定连接，喷头Ⅰ的内部设置有步进电机、加热管和热敏电阻；所述喷头Ⅱ位于喷头Ⅰ的一侧，喷头Ⅱ与滑块固定连接，喷头Ⅱ的内部设置有步进电机、加热管和热敏电阻；所述打印平台位于喷头Ⅰ和喷头Ⅱ的下方，打印平台的下部与同步带导轨连接；所述同步带导轨的一端通过同步轮与水平支架连接，同步带导轨的另一端与驱动电机Ⅱ连接；所述驱动电机Ⅰ、喷头Ⅰ、喷头Ⅱ和驱动电机Ⅱ均通过导线与中央控制器连接。
所述喷头Ⅱ设置有两个喷嘴，并且两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液。
双喷头双模式3D打印机的工作方法，其特征是：包括以下步骤
步骤一、通过计算机的建模软件建立零部件模型，再通过计算机的模型切片软件，输出模型格式文件，并将模型格式文件拷贝至3D打印机的中央控制器；
步骤二、手动输入3D打印机的填充度、模型尺寸和模型位置，启动“print”按键，3D打印机开始打印零部件；
步骤三、喷头Ⅰ按照设定的模型尺寸和模型位置，用打印材料从外向内逐层打印零部件的外轮廓面，外轮廓面的厚度达到设定数值，喷头Ⅰ停止打印，其中，外轮廓面的厚度值与设定的填充度数值一一对应；
步骤四、喷头Ⅱ的两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液，并按照体积比1:1依次向外轮廓面内层同一部位喷洒，喷洒时长和单位时间的喷洒量与设定的填充度数值一一对应，固化1.5分钟～2分钟，形成填充体；
步骤五、喷头Ⅱ以填充体为起点，依次向填充体的一侧移动，每次移动的距离与设定的填充度数值一一对应，移动后的喷头Ⅱ重复步骤四，直至零部件内层的同一高度部位全部填充完毕；
步骤六、垂直升降移动装置带动喷头Ⅱ垂直上升或下降，上升或下降的距离与设定的填充度数值一一对应，重复步骤5，直至零部件内层全部填充完毕，形成填充层；
步骤七、喷头Ⅰ从填充层的内层开始，用打印材料逐层向内打印，直至零部件的尺寸与设定的模型尺寸一致，零部件打印完毕。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明有两种工作模式，模式一：喷头Ⅰ可以独立工作，和正常的3D打印机有相同的功能；模式二：喷头Ⅰ负责打印零件外壁，喷头Ⅱ负责喷进填充物(PU树脂AB水)来代替原来的蜂窝网填充，这样既节省了打印零部件的时间，又使零部件的强度增大。
2、本发明实现了打印零部件的自动化，不仅减轻了劳动力，而且提高了打印零部件的效率，节省了大量时间。
3、本发明以打印外壳，喷洒填充物(PU树脂AB水)的方式取代了逐层打印的方式来构造物体的技术，使零部件的强度增大，降低了废件率。
4、本发明中使用的填充物是PU树脂AB水，A液、B液的重量混全比是1:1，因A液和B液混合后会在1.5～2分钟内固化，固化速度快，达到了节省打印时间的目的。
5、本发明是在传统的3D打印机设备上添加新结构改进设计的，改造加工成本低，制造过程和工艺流程的继承性好。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明中双喷头双模式3D打印机的结构示意图。
图2为本发明中双喷头双模式3D打印机的爆炸结构示意图。
图中，1-支架、2-底部平台装置、3-打印材料固定装置、4-固件、5-驱动电机Ⅰ、6-喷头Ⅰ、7-喷头Ⅱ、8-驱动电机Ⅱ、101-竖直支架、102-水平支架、201-打印平台、202-滑动丝杠、203-滑块、204-同步轮、205-同步带导轨、206连接杆。
具体实施方式
如图所示，一种双喷头双模式3D打印机，主要结构包括：支架1、底部平台装置2、打印材料固定装置3、驱动电机Ⅰ5、喷头Ⅰ6、喷头Ⅱ7、驱动电机Ⅱ8和中央控制器等，
所述支架1包括竖直支架101和水平支架102，竖直支架101与水平支架102固定连接；
所述底部平台装置2包括打印平台201和移动式控制装置；所述移动式控制装置包括垂直升降移动装置以及水平位移移动平台装置；所述垂直升降移动装置包括滑动丝杠202、滑块203和连接杆206；所述水平位移移动平台装置包括同步轮204和同步带导轨205；
所述竖直支架101的上部通过三角支架固定安装有打印材料固定装置3，竖直支架101的侧壁上部固定安装有固件4；所述固件4的内部设置有内螺纹；所述滑动丝杠202的外部设置有外螺纹，滑动丝杠202与固件4固定连接；所述滑块203套在连接杆206的外部，并且滑块203与连接杆206活动连接；所述连接杆206的两端与滑动丝杠202连接并且连接杆206与驱动电机Ⅰ5连接；
所述喷头Ⅰ6与滑块203固定连接，喷头Ⅰ6的内部设置有步进电机、加热管和热敏电阻；所述喷头Ⅱ7位于喷头Ⅰ6的一侧，喷头Ⅱ7与滑块203固定连接，喷头Ⅱ7的内部同样设置有步进电机、加热管和热敏电阻；所述打印平台201位于喷头Ⅰ6和喷头Ⅱ7的下方，打印平台201的下部与同步带导轨205连接；所述同步带导轨205的一端通过同步轮204与水平支架连接，同步带导轨205的另一端与驱动电机Ⅱ8连接；所述驱动电机Ⅰ5、喷头Ⅰ6、喷头Ⅱ7和驱动电机Ⅱ8均通过导线与中央控制器连接。
所述喷头Ⅱ7设置有两个喷嘴，并且两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液。
所述连接杆206为伸缩式连接杆。
进一步地，所述可移动控制装置进一步包括驱动电机Ⅰ5、电源以及控制电路。
进一步地，所述水平位移移动装置位于底部平台装置2的下方。
进一步地，所述可移动的控制装置上设置有可供平台移动的同步带导轨205。
进一步地，所述连接杆206的一端设置有连接喷头Ⅰ6和喷头Ⅱ7的夹持装置。
进一步地，所述垂直升降移动装置中要求立在打印机两侧的滑动丝杠202同步作用，所以两侧的滑动丝杠202的指令信号要完全相同
进一步地，所述驱动电机Ⅰ5分别与垂直升降移动装置、水平位移移动装置以及可伸缩的连接杆206相连。
进一步地，喷头Ⅰ6和喷头Ⅱ7位于装置顶部，下方为底部平台装置2，各装置相互配合，完成打印零部件的工作。
双喷头双模式3D打印机的工作方法，其特征是：包括以下步骤
步骤一、通过计算机的建模软件建立零部件模型，再通过计算机的模型切片软件，输出模型格式文件，并将模型格式文件拷贝至3D打印机的中央控制器；
步骤二、手动输入3D打印机的填充度、模型尺寸和模型位置，启动“print”按键，3D打印机开始打印零部件；
步骤三、喷头Ⅰ6按照设定的模型尺寸和模型位置，用打印材料从外向内逐层打印零部件的外轮廓面，外轮廓面的厚度达到设定数值，喷头Ⅰ6停止打印，其中，外轮廓面的厚度值与设定的填充度数值一一对应；
步骤四、喷头Ⅱ7的两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液，并按照体积比1:1依次向外轮廓面内层同一部位喷洒，喷洒时长和单位时间的喷洒量与设定的填充度数值一一对应，固化1.5分钟～2分钟，形成填充体；
步骤五、喷头Ⅱ7以填充体为起点，依次向填充体的一侧移动，每次移动的距离与设定的填充度数值一一对应，移动后的喷头Ⅱ7重复步骤四，直至零部件内层的同一高度部位全部填充完毕；
步骤六、垂直升降移动装置带动喷头Ⅱ7垂直上升或下降，上升或下降的距离与设定的填充度数值一一对应，重复步骤5，直至零部件内层全部填充完毕，形成填充层；
步骤七、喷头Ⅰ6从填充层的内层开始，用打印材料逐层向内打印，直至零部件的尺寸与设定的模型尺寸一致，零部件打印完毕。
本发明的目的在于提供一种应用于加工零部件的装置，有着结构紧凑、加工成本低、节省时间等特点的双喷头双模式3D打印零部件的设备。实现打印零部件的自动化，不仅减轻了劳动力，而且提高了打印零部件的效率，使零部件的强度增大，废品率降低。
具体工作流程如下，先通过计算机建模软件(如CATIA等)建模，如果存在现成的模型(比如动物模型、人物或者微缩建筑等)也可以，然后使用打印机的模型切片软件cura，打开软件将一个stl格式的模型文件导入，输出一个格式文件，通过SD卡或者USB优盘将其连接到打印机的控制板上，将其拷贝到3D打印机中，再进行打印设置，例如，调整填充度，模型尺寸和模型位置等，调好以后即可点击“print”开始打印零部件。首先喷头Ⅰ6一层一层打印零部件的外轮廓，以适当加厚外壁的厚度，减少在打印过程中产生的没有必要的变形，每一层先打印最外边的形状，喷头Ⅰ6的喷头出料是通过一个加热管和热敏电阻，它们能够控制材料的温度，可将其融化，拉成细丝，将所要打印的零部件的外轮廓面逐层地打印出来；然后通过喷头Ⅱ7给零部件外轮廓框架内部填充PU树脂AB水，而喷头Ⅱ7有两个喷嘴，分别装有A液、B液，填充过程中以1:1混合喷入零部件外轮廓框架中，两种液体混合后会迅速在1.5分钟～2分钟内固化；最后再用喷头Ⅰ6将其一层一层的覆盖住，完成整个零部件的打印。

Claims (3)

1.一种双喷头双模式3D打印机，其特征是：包括支架(1)、底部平台装置(2)、打印材料固定装置(3)、驱动电机Ⅰ(5)、喷头Ⅰ(6)、喷头Ⅱ(7)、驱动电机Ⅱ(8)和中央控制器，
所述支架(1)包括竖直支架(101)和水平支架(102)，竖直支架(101)与水平支架(102)固定连接；
所述底部平台装置(2)包括打印平台(201)和移动式控制装置；所述移动式控制装置包括垂直升降移动装置以及水平位移移动平台装置；所述垂直升降移动装置包括滑动丝杠(202)、滑块(203)和连接杆(206)；所述水平位移移动平台装置包括同步轮(204)和同步带导轨(205)；
所述竖直支架(101)的上部通过三角支架固定安装有打印材料固定装置(3)，竖直支架(101)的侧壁上部固定安装有固件(4)；所述固件(4)的内部设置有内螺纹；所述滑动丝杠(202)的外部设置有外螺纹，滑动丝杠(202)与固件(4)固定连接；所述滑块(203)套在连接杆(206)的外部，并且滑块(203)与连接杆(206)活动连接；所述连接杆(206)的两端与滑动丝杠(202)连接并且连接杆(206)与驱动电机Ⅰ(5)连接；
所述喷头Ⅰ(6)与滑块(203)固定连接，喷头Ⅰ(6)的内部设置有步进电机、加热管和热敏电阻；所述喷头Ⅱ(7)位于喷头Ⅰ(6)的一侧，喷头Ⅱ(7)与滑块(203)固定连接，喷头Ⅱ(7)的内部设置有步进电机、加热管和热敏电阻；所述打印平台(201)位于喷头Ⅰ(6)和喷头Ⅱ(7)的下方，打印平台(201)的下部与同步带导轨(205)连接；所述同步带导轨(205)的一端通过同步轮(204)与水平支架连接，同步带导轨(205)的另一端与驱动电机Ⅱ(8)连接；所述驱动电机Ⅰ(5)、喷头Ⅰ(6)、喷头Ⅱ(7)和驱动电机Ⅱ(8)均通过导线与中央控制器连接。
2.根据权利要求1所述的双喷头双模式3D打印机，其特征是：所述喷头Ⅱ(7)设置有两个喷嘴，并且两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液。
3.双喷头双模式3D打印机的工作方法，使用如权利要求1所述的3D打印机，其特征是：包括以下步骤
步骤一、通过计算机的建模软件建立零部件模型，再通过计算机的模型切片软件，输出模型格式文件，并将模型格式文件拷贝至3D打印机的中央控制器；
步骤二、手动输入3D打印机的填充度、模型尺寸和模型位置，启动“print”按键，3D打印机开始打印零部件；
步骤三、喷头Ⅰ(6)按照设定的模型尺寸和模型位置，用打印材料从外向内逐层打印零部件的外轮廓面，外轮廓面的厚度达到设定数值，喷头Ⅰ(6)停止打印，其中，外轮廓面的厚度值与设定的填充度数值一一对应；
步骤四、喷头Ⅱ(7)的两个喷嘴分别装有PU树脂AB水中的A液和B液，并按照体积比1:1依次向外轮廓面内层同一部位喷洒，喷洒时长和单位时间的喷洒量与设定的填充度数值一一对应，固化1.5分钟～2分钟，形成填充体；
步骤五、喷头Ⅱ(7)以填充体为起点，依次向填充体的一侧移动，每次移动的距离与设定的填充度数值一一对应，移动后的喷头Ⅱ(7)重复步骤四，直至零部件内层的同一高度部位全部填充完毕；
步骤六、垂直升降移动装置带动喷头Ⅱ(7)垂直上升或下降，上升或下降的距离与设定的填充度数值一一对应，重复步骤5，直至零部件内层全部填充完毕，形成填充层；
步骤七、喷头Ⅰ(6)从填充层的内层开始，用打印材料逐层向内打印，直至零部件的尺寸与设定的模型尺寸一致，零部件打印完毕。
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