CN106965427A - 一种3d打印系统 - Google Patents

一种3d打印系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106965427A
CN106965427A CN201710256193.0A CN201710256193A CN106965427A CN 106965427 A CN106965427 A CN 106965427A CN 201710256193 A CN201710256193 A CN 201710256193A CN 106965427 A CN106965427 A CN 106965427A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
printer
powder
shower nozzle
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710256193.0A
Other languages
English (en)
Inventor
马明
魏青松
李豪
田乐
何宇泉
熊寿尧
张弛
海蓉
武凯华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201710256193.0A priority Critical patent/CN106965427A/zh
Publication of CN106965427A publication Critical patent/CN106965427A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/0007—Manufacturing coloured articles not otherwise provided for, e.g. by colour change
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

本发明属于快速成型技术领域，并公开了一种3D打印系统，包括喷墨打印机、打印驱动控制器和快速成型平台，所述喷墨打印机包括外壳、打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁、粘结剂供应盒和第一喷头，第一喷头安装在打印机横梁上，粘结剂供应盒与第一喷头连接，打印机主板驱动第一喷头沿X轴移动，打印机主板控制第一喷头朝粉末喷射粘结剂；打印驱动控制器驱动打印机横梁沿Y轴移动；快速成型平台包括支撑架、成型缸、粉缸和铺粉辊，铺粉辊安装在打印机横梁上并且其纵向与所述打印机横梁的纵向一致。本发明喷射粘结剂时可成形多种类型零件，直接喷印树脂可成形高性能塑料零件，可选材料比FDM和SLA更多样，而且成本低，精度高。

Description

一种3D打印系统
技术领域
本发明属于快速成型技术领域，更具体地，涉及一种3D打印系统。
背景技术
3D打印机主要分为桌面型3D打印机(个人消费级)和工业型3D打印机(工业级)。据调研机构发布的《2016全球3D打印机市场状况》的销售量显示，96％是个人/桌面3D打印机，销售额同比增长27％。由此可见，桌面型3D打印机市场前景较广，不仅在建筑模型、医学模型、教学模型、工业样品等概念模型有广泛应用，还可打印陶艺产品、小玩具(模型或任务玩偶)、小工具、3D体验馆中的人像等。
然而目前，国内桌面型3D打印机仍存在诸多不足：(1)难以实现彩色打印；(2)激光器、软件、材料等核心技术还依赖进口，造机成本较高；(3)目前市场上桌面3D机只有FDM(熔融沉积成型)和SLA(光固化)两种技术，其中FDM打印速度慢，精度较低，且材料限制严重，只能打印塑料；而SLA虽速度快精度高，但设备和材料成本高，且对环境要求高，需要避光保护。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种3D打印系统，其可支持陶瓷粉末、塑料粉末、蜡粉、砂等多种非金属粉末的打印成型，直接喷射粘结剂可成形高性能塑料零件，可选材料比FDM和SLA更多样，而且成本低，精度高。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种3D打印系统，其特征在于，包括喷墨打印机、打印驱动控制器和快速成型平台，其中，
所述喷墨打印机包括外壳、打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁、粘结剂供应盒和第一喷头，所述打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁和粘结剂供应盒分别安装在所述外壳的内壁上，所述第一喷头安装在所述打印机横梁上，所述粘结剂供应盒与所述第一喷头连接，以用于供应粘结剂，所述打印机主板通过第一驱动机构驱动所述第一喷头沿X轴移动，并且所述打印机主板控制所述第一喷头朝粉末喷射粘结剂，其中，X轴与所述打印机横梁的纵向平行；
所述打印驱动控制器通过第二驱动机构驱动所述打印机横梁沿Y轴移动，其中，Y轴与X轴垂直并且所述Y轴与X轴共同构成的平面为水平面；
所述快速成型平台包括支撑架、成型缸、粉缸和铺粉辊，所述成型缸和粉缸分别安装在所述支撑架上并且两者均位于所述第一喷头的下方，所述铺粉辊安装在所述打印机横梁上并且其纵向与所述打印机横梁的纵向一致，以用于将所述粉缸内的粉末铺到所述成型缸上，所述打印驱动控制器通过第三驱动机构控制所述成型缸的活塞沿Z轴移动且其通过第四驱动机构控制所述粉缸的活塞沿Z轴移动，其中，所述Z轴、Y轴和X轴共同构成笛卡尔坐标系。
优选地，所述打印机横梁上还安装有用于喷出彩色液体的第二喷头，所述打印机主板控制所述第二喷头朝粉末喷射彩色液体。
优选地，还包括用于刮除所述成型缸上的未粘结粉末的刮粉装置。
优选地，所述支撑架上安装有回收盒，以用于回收未粘结粉末。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)喷印粘结剂时可成形多种类型材料，可支持陶瓷粉末、塑料粉末、蜡粉、砂等多种非金属粉末，直接喷印树脂可成形高性能塑料零件，可选材料比FDM和SLA更多样，而且成本低，精度高；
2)本发明可实现了高速彩色打印，打印速度比FDM技术要快；
3)无需像SLA一样需真空环境；且打印剩下的粉末可回收，环保又省开支。
4)具有较好的工程应用价值，对彩色、小批量、高复杂度、成型速度要求高的模型和产品快速制造具有重要意义，在实验、研究所、房地产等领域都能得到很好的应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种3D打印系统，包括喷墨打印机1、打印驱动控制器和快速成型平台2，其中，
所述喷墨打印机1包括外壳、打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁11、粘结剂供应盒12和第一喷头13，所述打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁11和粘结剂供应盒12分别安装在所述外壳的内壁上，所述第一喷头13安装在所述打印机横梁11上，所述粘结剂供应盒12与所述第一喷头13连接，以用于供应粘结剂，所述打印机主板通过第一驱动机构驱动所述第一喷头13沿X轴移动，并且所述打印机主板控制所述第一喷头13朝粉末6喷射粘结剂，从而通过将粉末6粘结在一起，再逐层粘结打印，最终形成成型零件5；其中，X轴与所述打印机横梁11的纵向平行；
所述打印驱动控制器通过第二驱动机构驱动所述打印机横梁沿Y轴移动，其中，Y轴与X轴垂直并且所述Y轴与X轴共同构成的平面为水平面；
所述快速成型平台2包括支撑架、成型缸21、粉缸22和铺粉辊23，所述成型缸21和粉缸22分别安装在所述支撑架上并且两者均位于所述第一喷头13的下方，所述铺粉辊23安装在所述打印机横梁11上并且其纵向与所述打印机横梁11的纵向一致，以用于将所述粉缸22内的粉末6铺到所述成型缸21上，所述打印驱动控制器通过第三驱动机构控制所述成型缸21的活塞沿Z轴移动且其通过第四驱动机构控制所述粉缸22的活塞沿Z轴移动，其中，所述Z轴、Y轴和X轴共同构成笛卡尔坐标系。
上述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构均为电机。
进一步，所述打印机横梁11上还安装有用于喷出彩色液体的第二喷头，所述打印机主板控制所述第二喷头朝粉末6喷射彩色液体。通过打印机主板的控制，可以使第二喷头和第一喷头13喷向同一处粉末6。
进一步，还包括用于刮除所述成型缸21上的未粘结粉末6的刮粉装置3。
进一步，所述支撑架上安装有回收盒4，以用于回收未粘结粉末6。
本3D打印系统由市面上比较常见的喷墨打印机，譬如可以由惠普打印机、爱普生打印机改装，保留喷墨打印机的打印机主板和第一喷头13，加装打印机驱动控制器来为打印机主板控制加装的其他部件，加装的部件包括粉缸22、成型缸21和运动部件等，以实现三维打印的功能。
打印机主板控制第一喷头13沿X轴移动，利用现有的电脑驱动程序和打印系统控制喷墨。
打印驱动控制器接受打印机主板的信号，从中提取出有用的信息，并实现3D打印的整体打印流程，具体包括：
1.控制3D打印系统的部件：监测打印机主板信号，给出反馈信号；
2.多轴电机联动的控制：打印机横梁11、粉缸22、成型缸21的原点定位以及运动控制；
3.通过串口与上位机通讯：控制机器、设置参数、急停；
4.用户干预：用户直接手动急停、控制电机；
5.打印流程控制：实施完整的单层打印、连续打印、急停恢复；
打印机主板带有电机驱动机构，它通过H桥电路，输出正负极可变、脉宽可变的调制脉冲(PWM)，控制电机转动方向、转动速度。其电压约为21V，频率约为22kHz。H桥信号频率快，电压高，而且不与控制器共地，单片机不能直接采集信号。因此可利用两个光电耦合器，将H桥信号按正、反转分离开来，形成两路信号，该电路在打印驱动控制器上实现。
本发明的打印驱动控制器主控采用基于ARM Cortex-m3@72MHz内核的STM32F103RCT6芯片，精心搭配外设输入输出，仔细考虑状态流程转移，将控制方案压缩至单芯片、单板控制卡，集成CH340G USB转串口芯片，与上位机进行通讯。
本发明的工作模式分为打印模式、用户手动控制模式、串口指令解析模式三种工作模式
A.打印模式：即3D打印主干循环。可以被其他模式所抢占，体现为打印途中的“急停”。随后可以随时恢复断点续打。
B.用户模式：打印驱动控制器上集成了一个旋钮，可供用户干预打印、控制机构运动，按下旋钮则进入用户模式。随后用户可以按动旋钮，选择需要控制的电机；转动旋钮，以控制机构运动，给用户非常直观的控制体验。最后用户可以选择退出用户模式。
C.串口指令模式：打印驱动控制器的串口提供了一个类似shell的命令行接口来设置参数、控制运动、急停以及恢复打印。输入串口指令则进入该模式，串口指令执行完毕则退出该模式。
用户模式、串口指令模式二者，按先来后到的顺序相互抢占，而退出该模式会自动返回打印模式。用户可以通过任一模式中断正常打印从而进行急停，又可以通过两模式的正常退出来恢复打印。
开始打印时，本发明需要在有限时间内准备好，并给喷墨打印机1发出纸张存在的信号，启动打印流程；打印完毕后，需要适时取消纸张信号以免打印机报错。
进行多层连续打印时，因喷墨打印机1需要在短时间内排出旧纸卷入新纸(否则会报错)，故本发明需要在很短时间内完成铺粉、打印机横梁11归位的工序，这需要高效的电机驱动的支持。
为了高效控制电机，并且减少操作系统资源的占用，用硬件发出时序信号：仔细配置打印驱动控制器采用的stm32的定时器计数、级联等模式，使之能发出多路步进电机的驱动信号，并且将电机插补运算等计算任务拆分成细小的部分，在周期性的中断处理中完成。
通过巧妙搭配时序数据，可以调整脉冲频率，输出梯形的速度曲线，使电机运动始末分别进行加速减速，以此达到最高的运动速度。3D打印各运动部件敏捷快速，适应原惠普打印机的高速运作。打印的图像与原打印机无异，连续且完整，达到良好的效果。
本发明打印速度很快。打印一层图案、铺粉加起来，一般用时20秒以内。对于拳头大小的模型一般半小时内即可打完。
本发明采用可拆卸式的成型缸21，打印完一个模型后，可以将成型缸21整体拆除，换上新缸以继续打印。打印机就不必长时间闲置，旧缸可以整体送去加热以加速固化，极大提高了工作效率。需要拆出成型缸21时，3D打印将成型缸21整体抬升至顶，用户可以直接拆除，换上新的成型缸21。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种3D打印系统，其特征在于，包括喷墨打印机、打印驱动控制器和快速成型平台，其中，
所述喷墨打印机包括外壳、打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁、粘结剂供应盒和第一喷头，所述打印机主板、第一驱动机构、打印机横梁和粘结剂供应盒分别安装在所述外壳的内壁上，所述第一喷头安装在所述打印机横梁上，所述粘结剂供应盒与所述第一喷头连接，以用于供应粘结剂，所述打印机主板通过第一驱动机构驱动所述第一喷头沿X轴移动，并且所述打印机主板控制所述第一喷头朝粉末喷射粘结剂，其中，X轴与所述打印机横梁的纵向平行；
所述打印驱动控制器通过第二驱动机构驱动所述打印机横梁沿Y轴移动，其中，Y轴与X轴垂直并且所述Y轴与X轴共同构成的平面为水平面；
所述快速成型平台包括支撑架、成型缸、粉缸和铺粉辊，所述成型缸和粉缸分别安装在所述支撑架上并且两者均位于所述第一喷头的下方，所述铺粉辊安装在所述打印机横梁上并且其纵向与所述打印机横梁的纵向一致，以用于将所述粉缸内的粉末铺到所述成型缸上，所述打印驱动控制器通过第三驱动机构控制所述成型缸的活塞沿Z轴移动且其通过第四驱动机构控制所述粉缸的活塞沿Z轴移动，其中，所述Z轴、Y轴和X轴共同构成笛卡尔坐标系。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印系统，其特征在于，所述打印机横梁上还安装有用于喷出彩色液体的第二喷头，所述打印机主板控制所述第二喷头朝粉末喷射彩色液体。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印系统，其特征在于，还包括用于刮除所述成型缸上的未粘结粉末的刮粉装置。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印系统，其特征在于，所述支撑架上安装有回收盒，以用于回收未粘结粉末。
CN201710256193.0A 2017-04-19 2017-04-19 一种3d打印系统 Pending CN106965427A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710256193.0A CN106965427A (zh) 2017-04-19 2017-04-19 一种3d打印系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710256193.0A CN106965427A (zh) 2017-04-19 2017-04-19 一种3d打印系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106965427A true CN106965427A (zh) 2017-07-21

Family

ID=59333907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710256193.0A Pending CN106965427A (zh) 2017-04-19 2017-04-19 一种3d打印系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106965427A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107639824A (zh) * 2017-10-30 2018-01-30 宁夏共享模具有限公司 一种分层错位打印与层图幅分割法相结合的3dp打印方法
CN108189402A (zh) * 2017-12-28 2018-06-22 网云（武汉）三维科技股份有限公司 一种3d打印系统
CN108340575A (zh) * 2018-01-31 2018-07-31 华明智库（武汉）信息技术有限公司 一种3d打印三维粉末粘结成型装置
CN109822091A (zh) * 2019-03-01 2019-05-31 西安科技大学 亲磁性粉末材料吸附面成型的快速成型装置及方法
CN110039771A (zh) * 2019-04-28 2019-07-23 华中科技大学 面向微重力真空环境的月球表面原位资源3d打印装置
CN114311657A (zh) * 2021-12-27 2022-04-12 南京铖联激光科技有限公司 一种3d打印设备成型缸密封结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106232330A (zh) * 2014-03-31 2016-12-14 惠普发展公司，有限责任合伙企业 生成三维物体

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106232330A (zh) * 2014-03-31 2016-12-14 惠普发展公司，有限责任合伙企业 生成三维物体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
信息产业部电子教育与考试中心: "《单片机设计标准教程》", 31 March 2008, 北京邮电大学出版社 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107639824A (zh) * 2017-10-30 2018-01-30 宁夏共享模具有限公司 一种分层错位打印与层图幅分割法相结合的3dp打印方法
CN107639824B (zh) * 2017-10-30 2019-09-10 共享智能装备有限公司 一种分层错位打印与层图幅分割法相结合的3dp打印方法
CN108189402A (zh) * 2017-12-28 2018-06-22 网云（武汉）三维科技股份有限公司 一种3d打印系统
CN108340575A (zh) * 2018-01-31 2018-07-31 华明智库（武汉）信息技术有限公司 一种3d打印三维粉末粘结成型装置
CN109822091A (zh) * 2019-03-01 2019-05-31 西安科技大学 亲磁性粉末材料吸附面成型的快速成型装置及方法
CN110039771A (zh) * 2019-04-28 2019-07-23 华中科技大学 面向微重力真空环境的月球表面原位资源3d打印装置
CN110039771B (zh) * 2019-04-28 2020-07-10 华中科技大学 面向微重力真空环境的月球表面原位资源3d打印装置
CN114311657A (zh) * 2021-12-27 2022-04-12 南京铖联激光科技有限公司 一种3d打印设备成型缸密封结构
CN114311657B (zh) * 2021-12-27 2023-08-08 南京铖联激光科技有限公司 一种3d打印设备成型缸密封结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106965427A (zh) 一种3d打印系统
US10821660B2 (en) High-speed reciprocating color 3D printer
CN102107506B (zh) 成型控制器及其形成方法以及使用该控制器的成型系统
CN105397088A (zh) 激光烧结和3dp综合的3d打印加工系统及打印方法
CN204566691U (zh) 一种三维扫描打印机
KR20150079119A (ko) 3차원 프린터 및 그 제어 방법
CN103817942A (zh) 数字材料3d打印头
CN109049703A (zh) 具有五轴联动打印平台的螺杆式熔融沉积3d打印装置及方法
CN112338140B (zh) 一种3d打印成形方法
CN105172136A (zh) 一种采用彩色3d打印装置快速打印的方法
CN109732919A (zh) 粉末材料光固化粘结的3d打印装置和打印方法
CN104512035A (zh) 一种三维扫描打印机
CN107215103B (zh) 一种3d图像制作方法及基于此方法的3d图像打印机
CN104441656A (zh) 三维打印机及其打印方法
CN105082539A (zh) 一种快速彩色3d打印装置
CN104552938A (zh) 一种3d打印快速成型装置
CN111531878A (zh) 一种3dp打印机一机多耗材打印方法
CN104999667A (zh) 一种负重力3d打印机及其打印方法
CN106239909A (zh) 一种3d打印系统
CN204914579U (zh) 一种催化固化型3d打印机
CN108526400A (zh) 一种快速型砂3d打印装置
CN209851600U (zh) 一种新型三维打印机
JP2699563B2 (ja) ３次元成形装置
CN106853682A (zh) 基于plc的3d打印机控制系统
CN104162987A (zh) 一种清洗型立体打印机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170721

RJ01 Rejection of invention patent application after publication