CN105984134A - 一种制造厚绒布的3d打印装置和实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造厚绒布的3D打印装置和实施方法，包括：长距多孔打印头、平板打印头、厚绒布打印方法。在3D打印机上设置二个Z轴升降台，分别配置长距多孔打印头，和平板打印头，并各自连接一个弹性耐高温光滑面软管。本发明在实施时，通过长距多孔打印头上的长距离排列多孔喷头挤出熔丝打印一层平整布面层，利用平板打印头上的点阵多孔方形平板喷头挤喷出的阵列型多点的热熔材料，抬升拉丝，打印制造一层的绒毛层，使利用3D打印技术直接生产厚绒布、棉被、绒毛毯等服饰穿戴类产品成为可能，并大大降低了成本。

Description

一种制造厚绒布的3D打印装置和实施方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印制造技术的领域，更具体地说，涉及一种利用3D打印技术制造厚绒布的装置和实施方法。

背景技术

目前FDM型的3D打印机因挤出机结构的问题，只能使用少数几种材料，也只能打印模型级别的产品，且一个喷头为一个喷嘴孔，打印时一条条粘合在一起，一层层依次逐步堆积制造，无法实现多条线同时打印，无法方便的实现每条线的交叉叠加，无法方便的实现纵横交错的编织，更无法实现绒毛层效果，因此也无法3D打印制作厚绒布面料。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明使用布面料的原始材料、添加剂、颜料在打印头的热熔腔体热熔后，由挤压泵方式的挤压机输出热熔材料，通过长距多孔打印头上的长距离排列多孔喷头挤出熔丝先打印第一层，再替换平板打印头上的点阵多孔方形平板喷头打印完第二层的绒毛层，实现3D打印制造厚绒布。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案。

一种制造厚绒布的3D打印装置，包括：长距多孔打印头、平板打印头。3D打印机由X轴、Y轴、Z轴三维定位实现立体打印，在X轴上设置二个Z轴升降台，一个Z轴升降台上配置长距多孔打印头，另一个Z轴升降台配置平板打印头。3D打印机框架上固定二个弹性耐高温光滑面软管的一头，长距多孔打印头的热熔腔体和平板打印头的热熔腔体各自分别固定一个弹性耐高温光滑面软管的另一头。

所述的长距多孔打印头，还包括：热熔腔体、挤压泵、旋转电机、长距离排列多孔喷头，为3D打印编织型布面料时使用的专用打印头，挤压泵和热熔腔体合为一体，在其下端设置大孔径的母喷嘴，长距离排列多孔喷头作为子喷嘴套接在母喷嘴上，长距离排列多孔喷头上面设置一排微型孔，每个微型孔相隔较长的距离L，喷头挤出熔丝线后分批次交叉，线与线不同方向的环环相扣形成错综交错编织，多层次交叉合成一个层面的布面料。

所述的平板打印头，包括：挤压泵、热熔腔体、点阵多孔方形平板喷头。点阵多孔方形平板喷头上阵列型布局很多微型孔，布满整个平板头，整个喷头横截面为方形，顶头截面为平整的平板状，各个微型孔之间相隔相等的距离L，微型孔一直排列到接近喷头的边沿的位置，离边沿的距离小于二分之一微型孔间距L的长度，微型孔的间距L决定着绒毛层的疏密程度。

以下为厚绒打印方法步骤。

第一步：利用长距多孔打印头先打印第一层的平整布面层。

01）制造布面料的原始材料、添加剂、颜料送入弹性耐高温光滑面软管，该弹性耐高温光滑面软管上端固定在3D打印机架构上，下端固定在热熔腔体上，利用长距多孔打印头来回的移动，牵引软管同时抖动，使粒子颗粒自动向下滑动而实现连续补充，输送到热熔腔体直接热熔后，由挤压方式的挤压泵输出热熔材料，通过长距离排列多孔喷头挤出熔丝，3D打印机控制系统牵引喷头在X轴Y轴方向精确坐标的移动，因喷头上为一排的微型孔，且每个微型孔相隔较长的距离，所以打印出的为一排稀疏的平行线，平行线的间距为L，往复多次，多排平行线相拼起来即形成一个平行线组成的一个层线，且每个线的间隔相等，从而完成第一次层线打印，即形成一编线层。

02）然后通过Z轴抬升长距多孔打印头，同时长距多孔打印头正方向旋转一定的角度，比如90°，以相同的方式开始打印第二次层线，形成二编线层，第二次同时为一层稀疏的平行线，第二次层线在交叉遇到第一次层线的线时，因挤出材料的热熔特性，形成一个个融合为一体的牢固的结点，除了微凸的结点外，在中间的间隔处，第二次的层线因自身热熔特性而下垂到第一次层线相同的高度，从而使第二次的层线和在结构上依然合并在第一个层面里。

03）接着长距多孔打印头反方向旋转相同的角度，在第一次层线横向起点的坐标位置，沿第一次层线垂直方向上向内平移一个孔径以上的固定距离L1，紧挨着第一次的层线边上开始打印第三次层线，形成三编线层，该平移的固定距离即为布面料的线间隔L1，第三次的层线和第一次的层线平行，第三次的层线和第二次的层线交叉，形成和上次微凸结点在相同高度的结点，同时在中间的间隔处，第三次的层线因自身热熔特性而下垂到第一个面层相同的高度，从而使第三次的层线和在结构上依然合并在第一个层面里。

04）然后长距多孔打印头再正方向旋转相同的角度，在第二次层线纵向起点的坐标位置，沿第二次层线垂直方向上向内平移一个孔径以上的固定距离L1，紧挨着第二次的层线边上打印第四次层线，且第四次的层线和第一，第三次的层线交叉，同样结果合并在第一个层面里，形成四编线层。

05）依次类推打印每次层线时长距多孔打印头正反旋转相同的角度，每个奇数层线平行，每打印一个奇数层线，长距多孔打印头都沿该层线垂直方向继续再平移线间隔L1，且每个奇数层线打印时的横向起点连成一直线；每个偶数层线平行，每打印一个偶数层线，长距多孔打印头都沿该层线垂直方向方向继续再平移线间隔L1，且每个偶数层线打印时的纵向起点连成一直线。以此方式，直至纵向和横向的平行线间的间隔被打印填满，即整层排满熔丝线，从而完成了单层编织型布面料3D打印制造。

06）以相同的方式，重复多次叠加打印单层布面料时，可选择完成3D打印制造厚交叉编织型布面料。

第二步：替换使用平板打印头打印第二层的绒毛层。

1）控制系统抬升长距多孔打印头，同时下降平板打印头，并替换启用平板打印头，开始制造第二层的绒毛层。

2）制造布面料的原始材料、添加剂、颜料送入弹性耐高温光滑面软管，该弹性耐高温光滑面软管上头固定在3D打印机架构上，下端固定在热熔腔体上，利用平板打印头来回的移动，牵引软管同时抖动，使粒子颗粒自动向下滑动而实现连续补充，输送到热熔腔体直接热熔后，由挤压泵的挤压输出热熔材料，通过点阵多孔方形平板喷头挤出微滴熔丝。点阵多孔方形平板喷头布满微型孔，挤喷出的点阵型多点的热熔材料在接触交叉编织型布面料后，迅速抬升，从而产生超细拉丝现象，定量的微滴材料拉丝一定长度后断掉，形成一个方型面积的绒毛。

3）而后3D打印机控制系统牵引平板打印头在X轴Y轴方向坐标精确移动，为防止点阵多孔方形平板喷头会压到之前成型的绒毛，点阵多孔方形平板喷头沿上一个方形绒毛块的二个边的延长方向平行移动一个大于该边长的距离：D长度+H长度，其中，H长度为该移动方向边长的长度，D长度为额外移出的长度。然后下降平板打印头接近到布面料层的位置，再沿刚才X轴Y轴坐标移动方向的反方向回移动D长度距离，使喷头的方形的一个边紧挨着上一个已成型的方形绒毛块，并间隔相当于微型孔间距的长度，最后点阵多孔方形平板喷头进行第二次喷料拉丝，以此类推一个绒毛方块接着一个毛方块排列，直至打印完第二层，即形成一个绒毛层。

第三步：当需要多层结构时，重复以上的二个步骤交替打印多层后，即可完成指定厚度的厚绒布的制造，当最后一层打印的为布面料，则可以制作棉被等产品。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果。

本发明利用3D打印技术使直接生产厚绒布、棉被、绒毛毯等成为可能，大大降低了成本，提高了效率，省去了传统工艺的很多流程。

附图说明

图1是本发明的一种制造厚绒布的3D打印装置的剖视图。

图2是本发明的长距离排列多孔喷头的仰视图。

图3是本发明的实施步骤中的挤出熔丝的一编线层。

图4是本发明的实施步骤中的挤出熔丝的二编线层。

图5是本发明的实施步骤中的挤出熔丝的三编线层。

图6是本发明的实施步骤中的挤出熔丝的四编线层。

图7是本发明的实施完的单层交叉编织型布面料。

图8是本发明的长距多孔打印头剖视图。

图9是本发明的平板打印头剖视图。

图10是本发明的点阵多孔方形平板喷头仰视图。

图11是本发明的制造绒毛块第一步的图。

图12是本发明的成型的厚绒布。

1-A热熔腔体，2-A挤压泵，3-长距离排列多孔喷头，4-A挤压电机，5-X轴Y轴架构，6-A发热管，7-A温度传感器， 9-A边沿，10-A微型孔，11-平行线熔丝，12-L距离，13-横向起点，14-L间距，15-(A)Z轴升降台，16-A弹性耐高温光滑面软管，17-(A)Z轴电机，18-A丝杆,19-A固定架，20-旋转电机，21-结点，22-L1线间隔，23-交叉编织结构，24-点阵多孔方形平板喷头，25-绒毛块，26-B微型孔，27-B边沿，28-B热熔腔体，29-B挤压泵，30-B温度传感器，31-B发热管， 32-B弹性耐高温光滑面软管，33-B挤压电机，34-(B) Z轴升降台，35-(B)Z轴电机，36-B丝杆，37-B固定架，38- H长度，39- D长度， 40-长距多孔打印头，41-平板打印头，42-母喷嘴，43-母喷嘴，126-纵向起点。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

一种制造厚绒布的3D打印装置，包括：长距多孔打印头40或图8、平板打印头41或图9。

长距多孔打印头40或图8由A挤压泵2、A热熔腔体1、长距离排列多孔喷头3、旋转电机20共同组成。A热熔腔体1边设置A发热管6和A温度传感器7 ，A挤压泵2与A热熔腔体1于合为一体，上部设置A挤压电机4。在A挤压泵2和A热熔腔体1的下端设置大孔径的母喷嘴42，长距离排列多孔喷头3作为子喷嘴套接在母喷嘴42上。

3D打印机框架上架设(A)Z轴升降台15，(A)Z轴升降台15上由(A)Z轴电机17连接A丝杆18，A丝杆18上配置A固定架19，A固定架19固定旋转电机20，并连接长距多孔打印头40或图8。

A热熔腔体1上方连接A弹性耐高温光滑面软管16的一头，A弹性耐高温光滑面软管16另一头固定在3D打印机架构5顶上的框架上。

长距离排列多孔喷头3连接在A挤压泵2和A热熔腔体1下面，上面设置一排A微型孔10，每个微型孔10相隔的距离大于2倍以上微型孔孔径的长度，为L距离12，A微型孔10一直排列到接近喷头面的A边沿9的位置。

平板打印头41或图9由B挤压泵29、B热熔腔体28、点阵多孔方形平板喷头24、B挤压电机33共同组成。B热熔腔体28边设置B发热管31和B温度传感器30，B挤压泵29与B热熔腔体28于合为一体，上部设置B挤压电机33。在B挤压泵29和B热熔腔体28下端设置大孔径的母喷嘴43，点阵多孔方形平板喷头24作为子喷嘴套接在母喷嘴43上。

3D打印机框架上架设（B）Z轴升降台34，(B)Z轴升降台34上由(A)Z轴电机17连接B丝杆36，B丝杆36上配置B固定架37，B固定架37连接平板打印头41或图9。

B热熔腔体28上方连接B弹性耐高温光滑面软管32的一头，B弹性耐高温光滑面软管32另一头固定在3D打印机X轴Y轴架构5顶上的框架上。

点阵多孔方形平板喷头24上阵列型布局很多B微型孔26，布满整个平板头，整个点阵点阵多孔方形平板喷头24横截面为方形，顶头截面为平整的平板状，各个B微型孔26之间相隔相等的距离，微型孔一直排列到接近点阵多孔方形平板喷头24的B边沿27的位置，离B边沿27的距离小于二分之一微型孔间距的长度。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述厚绒布打印方法的步骤。

第一步：利用长距多孔打印头先打印第一层的平整布面层。

01）在3D打印时，制造布面料的原始材料、添加剂、颜料送入弹性耐高温光滑面软管16，该弹性耐高温光滑面软管16上端固定在3D打印机架构上，下端固定在热熔腔体1上，利用打印头来回的移动，牵引该软管同时抖动，使粒子颗粒自动向下滑动而实现连续补充，输送到热熔腔体1直接热熔后，由挤压泵2的挤压输出热熔材料，通过长距离排列的多孔喷头3挤出熔丝，3D打印机控制系统牵引长距多孔打印头40或图8在X轴Y轴方向精确的移动，因长距离排列的多孔喷头3上为一排的微型孔10，且每个微型孔10相隔固定的L距离12，所以打印出的为一排稀疏的平行线熔丝11，平行线同样为L间距14，往复多次，多排相拼起来即形成一个平行线组成的一编线层（图3），且每个线的间隔相等。

02）然后通过Z轴升降台15抬升长距多孔打印头40或图8，同时长距多孔打印头40或图8由旋转电机20旋转一定的角度，比如90°，以相同的方式开始打印第二次层线，形成二编线层（图4），第二次同时为一层稀疏的平行线熔丝11，第二次打印在交叉遇到第一次层线的平行线熔丝11时，因挤出材料的热熔特性，形成一个个融合为一体的牢固的结点21，除了微凸的结点21外，在中间的间隔处，第二次的层线因自身热熔特性而下垂到第一次层线相同的高度，从而使第二次的层线和在结构上依然合并在第一个层面里。

03）长距多孔打印头40或图8由旋转电机20反方向旋转相同的角度，长距离排列的多孔喷头3在第一次层线横向起点13的坐标位置，沿第一次层线垂直方向上向内平移一个孔径以上的L1固定距离22，紧挨着第一次的层线边上挤出的平行线熔丝11打印第三次层线，该平移的固定距离即为布面料的L1线间隔22，第三次的层线和第一次的层线平行，形成三编线层（图5），第三次的层线和第二次的层线交叉，形成和上次微凸结点在相同高度的结点，同时在中间的间隔处，第三次的层线因自身热熔特性而下垂到第一个面层相同的高度，从而使第三次的层线和在结构上依然合并在第一个层面里。

04）接着长距多孔打印头（图8）再正方向旋转相同的角度，在第二次层线纵向起点126的坐标位置，沿第二次层线垂直方向上向内平移一个孔径以上的固定距离L1，紧挨着第二次的层线边上打印第四次层线，且第四次的层线和第一，第三次的层线交叉，形成四编线层（图6）。

05）依次类推打印每次层线时长距多孔打印头正反旋转相同的角度，每个奇数层线平行，每打印一个奇数层线，长距多孔打印头都沿该层线垂直方向继续再平移线间隔L1，且每个奇数层线打印时的横向起点13连成一直线；每个偶数层线平行，每打印一个偶数层线，长距多孔打印头都沿该层线垂直方向方向继续再平移线间隔L1，且每个偶数层线打印时的纵向起点126连成一直线。以此方式，直至纵向和横向的平行线间的间隔被打印填满，即整层排满熔丝线，使每根熔丝线通过结点21牢固熔接时同时形成交叉编织结构23，从而完成了单层编织型布面料（图7）3D打印制造。

第二步：替换使用平板打印头打印第二层的绒毛层。

1）控制系统抬升长距多孔打印头40或图8，同时下降平板打印头41或图9并替换启用平板打印头41或图9，开始制造第二层的绒毛层（图12）。

2）制造布面料的原始材料、添加剂、颜料送入B弹性耐高温光滑面软管32，该B弹性耐高温光滑面软管32上头固定在3D打印机架构上，下端固定在B热熔腔体28上，利用打印装置来回的移动，牵引软管同时抖动，使粒子颗粒自动向下滑动而实现连续补充，输送到B热熔腔体28直接热熔后，由B挤压泵29的挤压输出热熔材料，通过点阵多孔方形平板喷头24挤出微滴熔丝。点阵点阵多孔方形平板喷头24布满B微型孔26，挤喷出的点阵型多点的热熔材料在接触交叉编织型布面料（图8）后，迅速抬升，从而产生超细拉丝现象，定量的微滴材料拉丝一定长度后断掉，形成一个方型面积的绒毛块25.

3）而后3D打印机控制系统牵引平板打印头41或图9在X轴Y轴方向坐标精确移动，为防止点阵多孔方形平板喷头24会压到之前成型的绒毛，点阵多孔方形平板喷头24沿上一个方形绒毛块的二个边的延长方向平行移动一个大于该边长的距离：D长度39+H长度38，其中，H长度38为该移动方向边长的长度，D长度39为额外移出的长度，然后下降平板打印头41或图9接近到布面料层的位置，再沿刚才X轴Y轴坐标移动方向的反方向回移动D长度39距离，使喷头的方形的一个边紧挨着上一个已成型的方形绒毛块，并间隔相当于微型孔间距的长度，最后点阵多孔方形平板喷头24进行第二次喷料拉丝，以此类推一个绒毛块25接着一个绒毛块25排列，直至打印完第二层，即形成一个绒毛层（图12）。

第三步：当需要多层结构时，重复以上的二个步骤交替打印多层后，即可完成指定厚度的厚绒布的制造。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种制造厚绒布的3D打印装置，包括：长距多孔打印头、平板打印头，其特征在于：在3D打印机X轴上设置二个Z轴升降台，一个Z轴升降台上配置长距多孔打印头，一个Z轴升降台上配置平板打印头，3D打印机框架上固定二个弹性耐高温光滑面软管的一头，长距多孔打印头的热熔腔体和平板打印头的热熔腔体各自分别固定一个弹性耐高温光滑面软管的另一头。

2.根据权利要求1所述的一种制造厚绒布的3D打印装置，其特征在于：所述的长距多孔打印头，还包括挤压泵、热熔腔体、旋转电机、长距离排列多孔喷头，其中，挤压泵和热熔腔体合为一体，在其下端设置大孔径的母喷嘴，长距离排列多孔喷头作为子喷嘴套接在母喷嘴上。

3.根据权利要求1所述的一种制造厚绒布的3D打印装置，其特征在于：所述的平板打印头，还包括挤压泵、热熔腔体、点阵多孔方形平板喷头，其中，挤压泵和热熔腔体合为一体，在其下端设置大孔径的母喷嘴，点阵多孔方形平板喷头作为子喷嘴套接在母喷嘴上。

4.根据权利要求2所述的长距多孔打印头，其特征在于：所述的长距离排列多孔喷头，为3D打印编织型布面料时使用的专用喷头，配置一排微型孔的喷头，微型孔一直排列到接近喷头的边沿的位置，微型孔之间相隔的距离大于2倍以上微型孔孔径的长度。

5.根据权利要求3所述的平板打印头，其特征在于：所述的点阵多孔方形平板喷头，上面阵列型布局很多微型孔，布满整个平板头，整个喷头横截面为方形，顶头截面为平整的平板状，各个微型孔之间相隔相等的距离，微型孔一直排列到接近喷头的边沿的位置，离边沿的距离小于二分之一微型孔间距的长度。

6.一种实施方法，其步骤为：

第一步：利用长距多孔打印头先打印第一层，该层为平整的布面层，

第二步：替换平板打印头打印第二层的绒毛层，利用点阵多孔方形平板喷头挤喷出的阵列型多点的热熔材料，在接触第一层后，迅速抬升，从而产生超细拉丝现象，定量的微滴材料拉丝一定长度后断掉，而后平板打印头平移到下一个紧挨着的位置，并下降平板打印头进行第二次喷料拉丝，直至打印完第二层，形成拉丝绒毛面层，

第三步：当需要加厚时，重复1）和2）制作多层厚度的绒毛布。