CN107199696A - 一种基于fdm的3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于FDM的3D打印设备，包括：挤出机，具有挤出机套筒(5)、可在所述挤出机套筒(5)中转动送料的挤出螺杆(6)、以及安装在所述挤出机套筒(5)上为所述挤出机套筒(5)加热的第一加热器(4)；3D打印机，具有打印喷头(15)、安装在所述打印喷头(15)上的喷头加热器(16)，其中，所述挤出机套筒(5)的挤出料口，通过连接软管(7)与所述打印喷头(15)的入料口连通。本发明基于FDM的3D打印设备打印效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FDM的3D打印设备。
背景技术
目前，FDM技术可以打印的材料包括ABS,聚碳酸醋、PLA,聚苯矾等。与其他的3D打印技术相比，FDM是唯一使用工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法，打印出的物件具有耐高热、腐耐蚀性化学物质、抗菌和抗强烈机械应力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生产工具。由于其成型材料种类多，成型件强度高、精度高，表面质量好，易于装配、无公害，可在办公室环境下进行等特点，使得该工艺发展极为迅速，目前FDM在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30％。但因需要对整个截面进行扫描涂覆、进料装置复杂，成型时间较长，造成FDM打印效率较低，严重制约了FDM工艺3D打印设备在大规模工业上的推广使用。
申请号为201410083018.2的中国专利，公开了一种FDM的3D打印机，其没有涉及有关本发明中用以提升打印效率的任何相关技术手段。
发明内容
针对现有技术的相关技术问题，本发明的目的在于提供一种基于FDM的3D打印设备，以解决现有技术中基于FDM的3D打印设备打印效率较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于FDM的3D打印设备，包括：挤出机，所述挤出机具有挤出机套筒、可在所述挤出机套筒中转动送料的挤出螺杆、以及安装在所述挤出机套筒上为所述挤出机套筒加热的第一加热器；3D打印机，所述3D打印机具有打印喷头、以及安装在所述打印喷头上的喷头加热器，其中，所述挤出机套筒的挤出料口，通过连接软管与所述打印喷头的入料口连通；
所述挤出螺杆的材质为聚苯乙烯树脂，所述聚苯乙烯树脂的成分组成包括高抗冲聚苯乙烯、通用级聚苯乙烯、抗氧剂、白油和炭黑；其中高抗冲聚苯乙烯的重量含量为85％-95％，通用级聚苯乙烯的重量含量为8％-27％,抗氧剂、白油和炭黑为余量。
优选地，所述连接软管为不锈钢耐压金属软管，所述聚苯乙烯树脂的制备步骤为：
(1)首先将各原料按照重量含量用高速搅拌机搅拌混匀15min；
(2)然后转入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却；其中，挤出时双螺杆挤出机的料筒温度为：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，机头温度245-250℃，机头压力：5-9Mpa；
(3)最后造粒得圆柱状颗粒产品；
所述加工助剂为白油；
所述稳定剂为抗氧剂；
所述染料为炭黑。
优选地，挤出机还具有安装在所述挤出机套筒上进行加料的加料口，沿着所述挤出螺杆的送料方向，所述第一加热器位于所述加料口的下游并且设置在所述挤出机套筒的外侧壁上。
优选地，所述挤出机还具有挤出机传动马达，所述挤出机传动马达驱动所述挤出螺杆在所述挤出机套筒中转动送料，其中，所述挤出机传动马达、所述挤出机套筒、所述挤出螺杆安装在所述挤出机的挤出机底座上，所述挤出机底座固定在地面上。
优选地，所述挤出机传动马达设定为：在所述第一加热器将所述挤出机套筒预热到原料临界温度后，所述挤出机传动马达带动所述挤出螺杆转动；其中，来自所述挤出机套筒的被所述第一加热器加热成熔融状态的原料，借助于挤出压力通过所述连接软管输送至所述打印喷头；其中，所述喷头加热器设定为：在所述打印喷头出料口处有所述熔融状态的原料液体溢出后启动，以保证所述打印喷头温度维持在所述原料临界温度。
优选地，所述3D打印机还具有：X、Y、Z三轴运动系统，所述打印喷头通过所述X、Y、Z三轴运动系统进行逐层打印。
优选地，所述X轴运动系统包括：X轴齿条、X轴电机、X轴线轨、X轴滑块，其中所述X轴电机驱动所述X轴齿条以带动所述X轴滑块沿所述X轴线轨在X轴方向上运动；所述Y轴运动系统包括：Y轴齿条、Y轴电机、Y轴线轨、Y轴滑块、滑座，所述滑座固定在所述Y轴滑块上，所述Y轴电机驱动所述Y轴齿条以通过带动所述Y轴滑块而带动所述滑座沿所述Y轴线轨在Y轴方向上运动；所述Z轴运动系统包括：内置于所述3D打印机中工作箱中的抬升电机，所述抬升电机驱动所述3D打印机的工作台升降，通过所述工作台升降所述打印喷头与打印面一直处于同一面；其中，所述X轴齿条、所述X轴电机、所述X轴线轨、所述X轴滑块分别安装在所述3D打印机的打印机底座两侧，所述X轴滑块固定在所述3D打印机的X轴线轨上；其中，所述Y轴电机、所述Y轴齿条、所述Y轴线轨分别安装在所述横梁上，所述滑座通过所述Y轴线轨和可在所述Y轴线轨上滑动的所述Y轴滑块而与所述横梁连接，所述打印喷头固定在所述滑座上。
优选地，所述基于FDM的3D打印设备用于铸造模具的制造。
相比于现有技术，本发明的有益效果至少在于：
(1)本发明在挤出机套筒上设第一加热器，将挤出机套筒的挤出料口通过连接软管与3D打印机的打印喷头的入料口连通，从而通过第一加热器的加热可使从挤出机套筒中挤出的原料为熔融状态，从挤出机套筒中挤出的原料通过连接软管输送至打印喷头，这使得本发明基于FDM的3D打印设备的打印运行结构减轻，相应地使得3D打印设备整体轻巧，从而提高了打印效率。
(2)进一步，本发明中滑座通过Y轴线轨和可在Y轴线轨上滑动的Y轴滑块而与3D打印机的横梁连接，打印喷头固定在滑座上，从而本发明使得横梁整体轻巧，运行速度快，这进一步使得3D打印设备打印效率提高，例如打印效率可达30kg/h。
(3)由于打印效率高，使得本发明为铸造模具行业应用3D打印技术提供了更为有利的条件。
附图说明
图1是本发明基于FDM的3D打印设备示例性视图。
具体实施方式
以下参见附图描述本发明的具体实施方式。
参见图1，本发明基于FDM的3D打印设备包括：挤出机、3D打印机、以及连接软管7(也可以称之为恒温输送软管)，其中连接软管7例如不锈钢耐压金属软管。通过连接软管7，将挤出机的挤出机套筒5的挤出料口与3D打印机的打印喷头15的入料口连通。
具体而言，从图1可看出，挤压机还包括：可在挤出机套筒5中转动送料的挤出螺杆6、以及安装在挤出机套筒5上为挤出机套筒5加热的第一加热器4，挤出螺杆6转动可以将送入挤出机套筒5的原料送出挤出机套筒5。安装在挤出机套筒5上的第一加热器4可工作，以使得从挤出机套筒5中挤出的原料为熔融状态。3D打印机还具有喷头加热器16，喷头加热器16安装在打印喷头15上。通过第一加热器4对挤出机套筒5的加热，可以使得从挤出机套筒5中挤出的原料为熔融原料，在挤出螺杆6转动的情况下，该挤出的熔融原料由于挤出压力通过连接软管7输送至打印喷头15，挤出螺杆6的材质为为聚苯乙烯树脂，聚苯乙烯树脂的成分组成包括高抗冲聚苯乙烯、通用级聚苯乙烯、抗氧剂、白油和炭黑；其中高抗冲聚苯乙烯的重量含量为85％-95％，通用级聚苯乙烯的重量含量为8％-27％,抗氧剂、白油和炭黑为余量。
聚苯乙烯树脂的制备步骤为：
(1)首先将各原料按照重量含量用高速搅拌机搅拌混匀15min；
(2)然后转入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却；其中，挤出时双螺杆挤出机的料筒温度为：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，机头温度245-250℃，机头压力：5-9Mpa；
(3)最后造粒得圆柱状颗粒产品；
所述加工助剂为白油；
所述稳定剂为抗氧剂；
所述染料为炭黑。
从而本发明基于FDM的3D打印设备的打印运行结构减轻，相应地使得3D打印设备整体轻巧，提高了打印效率。继续参见图1，挤出机还具有加料口3，加料口3安装在挤出机套筒5上进行加料。
当沿着挤出螺杆6的送料方向时，第一加热器4位于加料口3的下游。还可以从图1中看出，第一加热器4设置在挤出机套筒5的外侧壁上。
进一步，参考图1对挤出机进行更为详细的描述。图1中，挤出机还具有挤出机传动马达2、挤出机底座1。挤出机传动马达2、挤出机套筒5、挤出螺杆6安装在挤出机底座1上，挤出机底座1固定在地面上。挤出机传动马达2可驱动挤出螺杆6在挤出机套筒5中转动送料。挤出机传动马达2可以设定为：在第一加热器4将挤出机套筒5预热到原料临界温度后，挤出机传动马达2带动挤出螺杆6转动。喷头加热器16可以设定为：在打印喷头15出料口处有熔融状态的原料液体溢出后启动，以保证打印喷头15温度维持在所述原料临界温度。
本发明3D打印设备的3D打印机还具有：X、Y、Z三轴运动系统，打印喷头15通过X、Y、Z三轴运动系统进行逐层打印。
X轴运动系统包括：X轴齿条9、X轴电机10、X轴线轨12、X轴滑块13，X轴齿条9、X轴电机10、X轴线轨12、X轴滑块13分别安装在打印机底座1两侧。X轴滑块13固定在3D打印机的X轴线轨12上。X轴电机10驱动X轴齿条9以带动X轴滑块13沿X轴线轨12在X轴方向上运动。在图1的示例中，X轴方向为垂直于纸面的方向。
Y轴运动系统包括：Y轴齿条18、Y轴电机17、Y轴线轨19、Y轴滑块、滑座14。Y轴电机17、Y轴齿条18、Y轴线轨19分别安装在横梁11上，滑座14固定在Y轴滑块上，滑座14通过Y轴线轨19和可在Y轴线轨19上滑动的Y轴滑块而与横梁11连接。Y轴电机17驱动Y轴齿条18以带动Y轴滑块在Y轴线轨19上滑动，进而通过Y轴滑块带动滑座14沿Y轴线轨19在Y轴方向上运动。打印喷头15固定在滑座14上，从而随滑座14一起运动。在图1的示例中，Y轴方向为水平方向。
Z轴运动系统包括：内置于3D打印机中工作箱(图1中以标号8示出了打印机底座及工作箱)中的抬升电机，抬升电机驱动3D打印机的工作台升降。在图1的示例中，Z轴方向为垂直方向。
图1中还以标号20示出了操纵台及电控系统。
本发明的基于FDM的3D打印设备可用于铸造模具的制造，尤其是中小型铸造模具制造。
为了便于进一步理解本发明，以下结合图1描述本发明的基于FDM的3D打印设备的工作过程：
首先，完成三维建模，并导入分层软件分层，生成轨迹运行代码。向加料口3加料，然后启动第一加热器4对挤出机套筒5进行预热；当达到原料临界温度后，启动挤出机传动马达2带动挤出螺杆6转动；原料通过挤出螺杆6由挤出机左端被输送至右端，在此过程中通过挤出机套筒5的第一加热器4(也可以称之为挤压机加热器)的加热逐渐达到熔融状态；原料完全达到熔融状态后，因挤出机压力通过不锈钢耐压金属软管7输送至打印喷头15。
打印喷头15处有熔融状液体溢出后，启动喷头加热器16，保证打印喷头15温度持续在原料临界温度，保证打印喷头15不阻塞。同时启动轨迹运行代码，通过X、Y、Z三轴运动系统，使喷头通过设备X、Y、Z三轴进行逐层打印。其中工作箱内置抬升电机，打印完一层后，工作台立即下降一个层厚，保证打印头与打印面一直处于同一面。
综上，本发明提高了打印效率，为铸造模具行业应用3D打印技术提供了更为有利的条件。本发明3D打印设备为高速3D打印设备，例如打印速度可达60m/min，打印范围可达3000mm*2000mm*500mm。与现有FDM设备相比，移动横梁不需要丝状加料装置或挤出加料装置，横梁整体轻巧，运行速度快，效率可达30kg/h。
本发明适用于于少品种大批量的中小型铸造模具的制造，提高了生产效率，降低了设备成本，变革了铸造模具企业现有的生产状况。本发明可以采用颗粒状工程塑料利用挤出机为3D打印机提供熔融态原料，通过恒温软管输送到打印喷头。
Claims (8)
1.一种基于FDM的3D打印设备，其特征在于，包括：
挤出机，具有挤出机套筒(5)、可在所述挤出机套筒(5)中转动送料的挤出螺杆(6)、以及安装在所述挤出机套筒(5)上为所述挤出机套筒(5)加热的第一加热器(4)；
3D打印机，具有打印喷头(15)、安装在所述打印喷头(15)上的喷头加热器(16)，其中，所述挤出机套筒(5)的挤出料口，通过连接软管(7)与所述打印喷头(15)的入料口连通；
所述挤出螺杆(6)的材质为聚苯乙烯树脂，所述聚苯乙烯树脂的成分组成包括高抗冲聚苯乙烯、通用级聚苯乙烯、抗氧剂、白油和炭黑；其中高抗冲聚苯乙烯的重量含量为85％-95％，通用级聚苯乙烯的重量含量为8％-27％,抗氧剂、白油和炭黑为余量。
2.根据权利要求1所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述连接软管(7)为不锈钢耐压金属软管，所述聚苯乙烯树脂的制备步骤为：
(1)首先将各原料按照重量含量用高速搅拌机搅拌混匀15min；
(2)然后转入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却；其中，挤出时双螺杆挤出机的料筒温度为：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，机头温度245-250℃，机头压力：5-9Mpa；
(3)最后造粒得圆柱状颗粒产品；
所述加工助剂为白油；
所述稳定剂为抗氧剂；
所述染料为炭黑。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述挤出机还具有：安装在所述挤出机套筒(5)上进行加料的加料口(3)，沿着所述挤出螺杆(6)的送料方向，所述第一加热器(4)位于所述加料口(3)的下游并且设置在所述挤出机套筒(5)的外侧壁上。
4.根据权利要求3所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述挤出机还具有挤出机传动马达(2)，所述挤出机传动马达(2)驱动所述挤出螺杆(6)在所述挤出机套筒(5)中转动送料，其中，所述挤出机传动马达(2)、所述挤出机套筒(5)、所述挤出螺杆(6)安装在所述挤出机的挤出机底座(1)上，所述挤出机底座(1)固定在地面上。
5.根据权利要求4所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述挤出机传动马达(2)设定为：在所述第一加热器(4)将所述挤出机套筒(5)预热到原料临界温度后，所述挤出机传动马达(2)带动所述挤出螺杆(6)转动，其中，来自所述挤出机套筒(15)的被所述第一加热器(4)加热成熔融状态的原料，借助于挤出压力通过所述连接软管(7)输送至所述打印喷头(15)，其中，所述喷头加热器(16)设定为：在所述打印喷头(15)出料口处有所述熔融状态的原料液体溢出后启动，以保证所述打印喷头(15)温度维持在所述原料临界温度。
6.根据权利要求1-2、4-5中任一项所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印机还具有：X、Y、Z三轴运动系统，所述打印喷头(15)通过所述X、Y、Z三轴运动系统进行逐层打印。
7.根据权利要求6所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述X轴运动系统包括：X轴齿条(9)、X轴电机(10)、X轴线轨(12)、X轴滑块(13)，其中所述X轴电机(10)驱动所述X轴齿条(9)以带动所述X轴滑块(13)沿所述X轴线轨(12)在X轴方向上运动；所述Y轴运动系统包括：Y轴齿条(18)、Y轴电机(17)、Y轴线轨(19)、Y轴滑块、滑座(14)，所述滑座(14)固定在所述Y轴滑块上，所述Y轴电机(17)驱动所述Y轴齿条(18)以通过带动所述Y轴滑块而带动所述滑座(14)沿所述Y轴线轨(19)在Y轴方向上运动；所述Z轴运动系统包括：内置于所述3D打印机中工作箱中的抬升电机，所述抬升电机驱动所述3D打印机的工作台升降，通过所述工作台升降所述打印喷头(15)与打印面一直处于同一面；其中，所述X轴齿条(9)、所述X轴电机(10)、所述X轴线轨(12)、所述X轴滑块(13)分别安装在所述3D打印机的打印机底座两侧，所述X轴滑块(13)固定在所述X轴线轨(12)上，其中，所述Y轴电机(17)、所述Y轴齿条(18)、所述Y轴线轨(19)分别安装在所述横梁(11)上，所述滑座(14)通过所述Y轴线轨(19)和可在所述Y轴线轨(19)上滑动的所述Y轴滑块而与所述横梁(11)连接，所述打印喷头(15)固定在所述滑座(14)上。
8.根据权利要求1-2、4-5、7中任一项所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于，所述基于FDM的3D打印设备用于铸造模具的制造。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170926 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |