CN105984135A - 一种制造编织型布面料的3d打印装置及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造编织型布面料的3D打印装置及实施方法，属于FDM型3D打印领域，包括：热熔腔体、挤压泵、长距离排列多孔喷头、旋转电机、Z轴升降台、交叉编织方法。本发明通过长距离排列多孔喷头挤出一排平行熔丝线，打印多次层线，每次旋转电机旋转一定的角度，每次在垂直方向上向内平移一个孔径以上的固定距离，一纵后再一横交错叠加往复多次，直至整层排满熔丝线，每条线上下环环相扣形成错综交错编织，成型了编织型布面料3D打印制造，使3D打印机实现直接生产布面料，从而使利用3D打印技术低成本直接生产服饰穿戴类产品成为可能。

Description

一种制造编织型布面料的3D打印装置及实施方法

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，是涉及一种实现3D打印编织型布面料的装置和方法。

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，也只能每层打印完了，再打印下一层，每条线平行紧靠着排列，使目标物品每个层次非常明显，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，因此也无法3D打印制作布面料。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明为一种制造编织型布面料的3D打印装置及实施方法，在3D打印机工作时，多条线同时打印，提高了打印速度，并且每条线相隔一定的距离，反复的一纵后再一横交错叠加直至完成一个层面，交叉点形成牢固的结点，每条线和另外的线不断上下环环相扣，多层次交叉合成一个层面的布面料，实现3D打印制造编织布面料。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供以下的技术方案。

一种制造编织型布面料的3D打印装置，包括：热熔腔体、挤压泵、长距离排列多孔喷头、旋转电机、Z轴升降台。其中，由热熔腔体、挤压泵、长距离排列多孔喷头、旋转电机，共同构成打印头。热熔腔体配置发热管、温度传感器，挤压泵配置挤压电机。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Z轴升降台，Z轴升降台通过固定架连接该打印头。3D打印机框架上固定弹性耐高温光滑面软管的一头，打印头的热熔腔体和挤压泵固定弹性耐高温光滑面软管的另一头。

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，在挤压泵和热熔腔体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，微型孔一直排列到接近喷头的边沿的位置，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。

以下为交叉编织方法的步骤。

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，该软管上头固定在3D打印机架构上，下端固定在打印头热熔腔体上，利用打印头来回的移动，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加热腔体直接热熔后，由挤压方式的挤压泵输出热熔材料，通过长距离排列的多孔喷头挤出熔丝，3D打印机控制系统牵引喷头在X轴Y轴方向精确的移动，因该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熔丝，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。

然后通过Z轴抬升打印头，同时打印头正方向旋转一定的角度，比如90°，以相同的方式在第一次层线上面打印第二次层线，形成二编线层。第二次层线同样为一层稀疏的平行线熔丝，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。

接着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。

然后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。

依次类推打印每次层线时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，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在一条直线上；每个偶数层线平行，每打印一个偶数层线，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在一条直线上。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。

以相同的方式，重复多次叠加打印单层布面料时，即可选择性完成厚布面料的3D打印制造。

当平移的固定距离L1即布面料的线间隔接近为0时，就制作了紧密型布面料，控制结点处的孔隙大小，尤其是控制多层的厚布面料孔隙的散分布，可以实现防水透气布面料的制造。当布面料的线间隔较宽时，可以实现疏松布面料的制造。

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。

3D打印机通过长距离排列多孔喷头挤出多条线，分批次的线条错综交错、环环相扣，交叉点热熔成结点，使所有线条牢固得结合在一起，不光使布面料层实现编织效果，同时抗拉性也大大提高，打印速度也大大提高，使3D打印机可实现直接生产布面料，从而使低成本直接生产服饰穿戴类产品成为可能。

附图说明

图1是本发明的一种制造编织型布面料的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是本发明的装置构成打印头的剖视图。

1-热熔腔体，2-挤压泵，3-长距离排列多孔喷头，4-挤压电机，5-X轴Y轴架构，6-发热管，7-温度传感器， 9-边沿，10-微型孔，11-平行线熔丝，12-L距离，13-横向起点，14-L间距，15-Z轴升降台，16-弹性耐高温光滑面软管，17-Z轴电机， 19-固定架，20-旋转电机，21-结点，22-L1线间隔，23-交叉编织结构，31-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。

一种制造编织型布面料的3D打印装置，包括：热熔腔体1、挤压泵2、长距离排列多孔喷头3、旋转电机20、Z轴升降台15。其中，由挤压泵2、热熔腔体1、长距离排列多孔喷头3、旋转电机20共同组成打印头（图8）。3D打印机框架上架设Z轴升降台15，Z轴升降台15上由Z轴电机17连接的丝杆上配置固定架19，固定架19固定旋转电机20，并连接该打印头（图8）。

热熔腔体1上方连接弹性耐高温光滑面软管16的一头，弹性耐高温光滑面软管16另一头固定在3D打印机X轴Y轴架构5顶上的框架上，热熔腔体1边设置发热管6和温度传感器7。

挤压泵2与热熔腔体1于合为一体，上部设置挤压电机4。在挤压泵2和热熔腔体1下端设置大孔径的母喷嘴31，长距离排列多孔喷头3作为子喷嘴套接在母喷嘴31上。长距离排列多孔喷头3上面设置一排微型孔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，微型孔10一直排列到接近喷头面的边沿9的位置。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述实施方法步骤，即交叉编织方法。

a)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上头固定在3D打印机架构上，下端固定在热熔腔1上，利用打印头来回的移动，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打印头（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相隔较长的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由平行线组成的足够宽的一编线层（图3），且每个线的间隔相等。

b)然后通过Z轴控制台15抬升打印头（图8），同时打印头（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）。第二次层线同样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。

c)打印头（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开始，由长距离排列多孔喷头3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，同样在中间的间隔处，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。

d)接着打印头（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）。

e)依次类推打印每次层线时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，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在一条直线上；每个偶数层线平行，每打印一个偶数层线，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在一条直线上。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。

f) 重复a)至e)步骤多次叠加打印单层编织型布面料时，即完成3D打印制造厚交叉编织型布面料。

g)当长距离排列的多孔喷头3平移的固定距离即布面料的L1线间隔22接近0时，就制作了紧密型布面料，控制结点处的孔隙大小，尤其是控制多层的厚布面料孔隙的散分布，可以实现防水透气布面料的制造。当布面料的L1线间隔22较宽时，可以实现疏松布面料的制造。

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 (5)

1.一种制造编织型布面料的3D打印装置，其特征在于：包括热熔腔体、挤压泵、长距离排列多孔喷头、旋转电机、Z轴升降台，其中，由热熔腔体、挤压泵、长距离排列多孔喷头、旋转电机共同构成打印头，在X轴上设置Z轴升降台，Z轴升降台通过固定架连接该打印头，3D打印机框架上固定弹性耐高温光滑面软管的一头，打印头的热熔腔体和挤压泵的上端固定弹性耐高温光滑面软管的另一头，热熔腔体和挤压泵的下端安装长距离排列多孔喷头。

2.根据权利要求1所述的一种制造编织型布面料的3D打印装置，其特征在于：所述的热熔腔体，为发热腔体，内置发热器件和温度传感器，弹性耐高温光滑面软管由打印头来回的抖动作为自身输送的动力源，滑入的粒子颗粒在热熔腔体热熔。

3.根据权利要求1所述的一种制造编织型布面料的3D打印装置，其特征在于：所述的挤压泵，为螺杆泵或齿轮泵的压力泵装置。

4.根据权利要求1所述的一种制造编织型布面料的3D打印装置，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，在挤压泵和热熔腔体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，每个微型孔相隔的距离大于2倍以上微型孔孔径的长度，微型孔一直排列到接近喷头面的边沿的位置。

5.一种实施方法，为交叉编织方法，其步骤：

a）通过长距离排列多孔喷头挤出一排稀疏的平行线熔丝，多排次相拼打印第一次层线，形成一编线层，

b）然后打印头旋转一定的角度，打印第二次层线，形成二编线层，

c）接着打印头反方向旋转相同的角度，在第一次横向起点的坐标位置，沿第一次层线的垂直方向上向内平移一个孔径以上的固定距离L1，打印第三次层线，形成三编线层，

d）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，形成四编线层，

e）依次类推打印每次层线时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，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在一直线上，每个偶数层线平行，每打印一个偶数层线，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在一直线上，直至整层排满熔丝线，制造出单层编织型布面料,

f）重复a)至e)步骤多次叠加打印单层编织型布面料时，选择性完成打印厚布面料。