CN107150124B - 一种3d喷射打印装置及其打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种3D喷射打印装置及其打印方法，包括以下步骤：S1、创建3D喷射打印所需要的三维模型；S2、提取模型轮廓数据；S3、根据获得的模型轮廓数据设计喷射路径；S4、驱动数字流体发生器雾化产生一定尺寸的液滴，并根据喷射路径控制数字流体发生器向成型模块的成型内腔内喷射；S5、完成零件成型。本发明按照喷射成型工艺将金属液雾化成细小颗粒，借助成型模块把金属液雾化的小颗粒喷射到成型内腔中，最终形成所需的实体模型，运用计算机控制喷射路径，保证喷射液流不会发生较大的偏移，提高了实体零件精度、强度及生产效率。

Description

一种3D喷射打印装置及其打印方法
技术领域
本发明属于快速成型设备技术领域，具体涉及一种3D喷射打印装置及其打印方法。
背景技术
3D打印技术又称为三维打印技术，是以数字模型文件为基础，采用打印头、喷嘴或其他打印技术逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印的设计过程是：先通过计算机创建三维模型，再将三维模型“分区”成逐层的截面，即将3D数字模型转化成2D数字模型，最后控制打印机逐层打印。该技术的缺点是制成零件的强度低、“台阶效应”导致精度偏差大、材料的局限性及效率低。
喷射成型是把金属熔融、液态金属雾化、快速凝固、喷射沉积成形集成一个冶金操作流程中制成金属材料产品的新工艺技术。该技术对于发展新材料、改革传统工艺、提升材料性能都有重大作用。传统喷射技术的缺点是对液体冲击力大，容易促使液体偏移、固化剂渗透等问题，导致成型模型的精度质量差，而不能被广泛的应用。
发明内容
为了克服现有3D打印技术存在产品强度较差、精度较低及效率低的不足，本发明提出了一种打印出的产品强度好、精度较高及效率高的3D喷射打印装置及其打印方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种3D喷射打印装置，包括：
三维建模模块，用于建立三维模型；
模型轮廓成型模块，根据三维模型提取三维模型的数据设定模具界限特征；
数字雾化金属滴液模块，包括数字流体发生器和数字喷射控制模块，数字喷射控制模块的输出端与数字化喷射液流雾化模块的输入端连接用于驱动数字化喷射液流雾化模块按照设定的顺序与方向喷射，数字流体发生器根据三维模型的数据产生滴液；
成型模块，成型模块设有成型内腔，成型模块由不浸滴液的纤维布制备而成的，成型模块的表面设有高强度超疏液涂层；
计算机控制模块，其与三维建模模块、模型轮廓成型模块、数字雾化金属滴液模块、成型模块控制连接。
优选的，三维建模模块通过计算机建模软件建立三维模型或通过多维度扫描三维物体获得三维模型。
优选的，还设有金属液供料机构，包括坩埚和上通棒，上通棒竖直贯通设置于坩埚内。
优选的，数字流体发生器设置于坩埚的下方且其进料口与坩埚的出料口连接，数字流体发生器内设有数字流体导流管，数字流体导流管的底部设有喷嘴。
优选的，成型模块包括工作台、基材和模具体，模具体设有成型内腔，模具体内且位于成型内腔的周向设有小挡板，基材套设于模具体上，基材上设形态定位销轴、挡板定位销轴、弹簧和连接销轴，形态定位销轴均匀分布于成型内腔周向，挡板定位销轴设置于小挡板的两侧，连接销轴连接设置于弹簧上且设置于小挡板的外侧。
本发明还提供一种3D喷射打印方法，包括以下步骤：
S1、创建3D喷射打印所需要的三维模型；
S2、根据步骤S1中获得的三维模型的提取模型轮廓数据；
S3、根据步骤S2中获得的模型轮廓数据设计喷射路径；
S4、驱动数字流体发生器雾化产生一定尺寸的液滴，并根据步骤S3中的喷射路径控制数字流体发生器向成型模块的成型内腔内喷射；
S5、完成零件成型。
优选的，步骤S1中通过计算机建模软件建立三维模型或通过多维度扫描三维物体获得三维模型。
优选的，喷射路径为计算机软件计算模拟喷射路径或自主设计模拟喷射路径。
有益效果：本发明按照喷射成型工艺将金属液雾化成细小颗粒，借助成型模块把金属液雾化的小颗粒喷射到成型内腔中，最终形成所需的实体模型，运用计算机控制喷射路径，保证喷射液流不会发生较大的偏移，提高了实体零件精度、强度及生产效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的成型模的结构示意图。
图3为本发明的控制模块示意图。
图4为本发明的打印方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，如图1至图3所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种3D喷射打印装置，包括：
三维建模模块，用于建立三维模型；
模型轮廓成型模块，根据三维模型提取三维模型的数据设定模具界限特征；
数字雾化金属滴液模块，包括数字流体发生器3和数字喷射控制模块，数字喷射控制模块的输出端与数字化喷射液流雾化模块的输入端连接用于驱动数字化喷射液流雾化模块按照设定的顺序与方向喷射，数字流体发生器根据三维模型的数据产生滴液；
成型模块，成型模块设有成型内腔，成型模块由不浸滴液的纤维布制备而成的，成型模块的表面设有高强度超疏液涂层；
计算机控制模块，其与三维建模模块、模型轮廓成型模块、数字雾化金属滴液模块、成型模块控制连接。
本实施方式按照喷射成型工艺将金属液雾化成细小颗粒，借助成型模块把金属液雾化的小颗粒喷射到成型内腔中，最终形成所需的实体模型，运用计算机控制喷射路径，保证喷射液流不会发生较大的偏移，提高了实体零件精度、强度及生产效率。同时，成型模块由不浸滴液的纤维布制备而成，限定喷射滴液的界限，高强度超疏液涂层与金属滴液不相容，在成型内腔内不会残留金属滴液，金属滴液可以自由脱落。
其中，三维建模模块通过计算机建模软件建立三维模型或通过多维度扫描三维物体获得三维模型。
另外，数字流体发生器根据三维模型的数据产生一定尺寸的滴液，若该三维模型的尺寸较大，为提高生产效率，计算机控制模块可以驱动数字流体发生器产生直径相对较大的液滴；若该三维模型的尺寸较小，并且精度要求较高，则计算机可驱动数字流体发生器产生直径相对较小的液滴以满足要求。所以，具体的液滴尺寸可根据模型自身的属性及生产现状决定。
如图1所示，还设有金属液供料机构，包括坩埚1和上通棒2，上通棒2竖直贯通设置于坩埚1内。
如图1所示，数字流体发生器3设置于坩埚1的下方且其进料口与坩埚1的出料口连接，数字流体发生器3内设有数字流体导流管10，数字流体导流管的底部设有喷嘴4。
如图1至图2所示，成型模块包括工作台7、基材8和模具体9，模具体9设有成型内腔12，模具体9内且位于成型内腔12的周向设有小挡板13，基材8套设于模具体上，基材8上设形态定位销轴5、挡板定位销轴、弹簧14和连接销轴15，形态定位销轴5均匀分布于成型内腔12周向，挡板定位销轴设置于小挡板13的两侧，连接销轴15连接设置于弹簧14上且设置于小挡板13的外侧。
挡板定位销轴包括第一挡板销轴16和第二挡板销轴17，第一挡板销轴16和第二挡板销轴17设置于小挡板13的两侧；形态定位销轴5包括第一定位销轴18、第二定位销轴19、第三定位销轴20、第四定位销轴21、第五定位销轴22、第六定位销轴23、第七定位销轴24，是NURBS曲线形态控制的定位点，各点的位置随着模型不同截面的变化而变化。
模具成型是通过计算机控制模块获得模型外轮廓，并控制成型模块形成同样的外轮廓，在形成后，模具可能会出现缺口，该缺口是由于“纤维布”的截面周长要比模型轮廓的周长要长，所以成型模具在形成外轮廓后，会多出一部分“纤维布”，该模具缺口很微小，通过固定小挡板可以消除模具缺口。
坩埚1装有一定体积的熔体11，计算机控制模块驱动数字流体发生器3雾化产生金属液滴，通过数字流体导流管10及喷嘴4向成型内腔中喷射雾化液滴，最终固化成型。在样件成型的过程中，当某一截面喷射完成后，工作台7在计算机的控制下向下移动某一距离，然后成型模块的“纤维布”的周长会自适应调整，喷嘴4会喷射金属液滴，继续下一个截面的成型工艺。这种模具随实体的逐步堆积动态调整水平截面外轮廓形态，其调整的原理是基于NURBS曲线形态控制的。
如图4所示，本实施方式还提供一种3D喷射打印方法，包括以下步骤：
S1、创建3D喷射打印所需要的三维模型；
S2、根据步骤S1中获得的三维模型的提取模型轮廓数据；
S3、根据步骤S2中获得的模型轮廓数据设计喷射路径；
S4、驱动数字流体发生器雾化产生一定尺寸的液滴，并根据步骤S3中的喷射路径控制数字流体发生器向成型模块的成型内腔内喷射；
S5、完成零件成型。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，步骤S1中通过计算机建模软件建立三维模型或通过多维度扫描三维物体获得三维模型。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，喷射路径为计算机软件计算模拟喷射路径或自主设计模拟喷射路径。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种3D喷射打印装置，其特征在于，包括：
三维建模模块，用于建立三维模型；
模型轮廓成型模块，根据三维模型提取三维模型的数据设定模具界限特征；
数字雾化金属滴液模块，包括数字流体发生器和数字喷射控制模块，数字喷射控制模块的输出端与数字化喷射液流雾化模块的输入端连接用于驱动数字化喷射液流雾化模块按照设定的顺序与方向喷射，数字流体发生器根据三维模型的数据产生滴液；
成型模块，成型模块设有成型内腔，成型模块由不浸滴液的纤维布制备而成的，成型模块的表面设有高强度超疏液涂层；
计算机控制模块，其与三维建模模块、模型轮廓成型模块、数字雾化金属滴液模块和成型模块控制连接；
三维建模模块通过计算机建模软件建立三维模型或通过多维度扫描三维物体获得三维模型；
还设有金属液供料机构，包括坩埚和上通棒，上通棒竖直贯通设置于坩埚内；
数字流体发生器设置于坩埚的下方且其进料口与坩埚的出料口连接，数字流体发生器内设有数字流体导流管，数字流体导流管的底部设有喷嘴；
成型模块包括工作台、基材和模具体，模具体设有成型内腔，模具体内且位于成型内腔的周向设有小挡板，基材套设于模具体上，基材上设形态定位销轴、挡板定位销轴、弹簧和连接销轴，形态定位销轴均匀分布于成型内腔周向，挡板定位销轴设置于小挡板的两侧，连接销轴连接设置于弹簧上且设置于小挡板的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种3D喷射打印装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、创建3D喷射打印所需要的三维模型；
S2、根据步骤S1中获得的三维模型提取模型轮廓数据；
S3、根据步骤S2中获得的模型轮廓数据设定模具界限特征并设计喷射路径；
S4、驱动数字流体发生器雾化产生一定尺寸的液滴，并根据步骤S3中的喷射路径控制数字流体发生器向成型模块的成型内腔内喷射；
S5、完成零件成型。
3.根据权利要求2所述的3D喷射打印方法，其特征在于，步骤S1中通过计算机建模软件建立三维模型或通过多维度扫描三维物体获得三维模型。
4.根据权利要求2所述的3D喷射打印方法，其特征在于，喷射路径为计算机软件计算模拟喷射路径或自主设计模拟喷射路径。
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