CN107471630A - 一种3d打印装置和方法 - Google Patents
一种3d打印装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107471630A CN107471630A CN201710770996.8A CN201710770996A CN107471630A CN 107471630 A CN107471630 A CN 107471630A CN 201710770996 A CN201710770996 A CN 201710770996A CN 107471630 A CN107471630 A CN 107471630A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- temperature control
- printing head
- control device
- printing
- 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
Links
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 250
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 128
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 67
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 63
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 14
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 10
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 10
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 3
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 239000004816 latex Substances 0.000 claims description 2
- 229920000126 latex Polymers 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 34
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 5
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- MPZNMEBSWMRGFG-UHFFFAOYSA-N bismuth indium Chemical compound [In].[Bi] MPZNMEBSWMRGFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 229910000925 Cd alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N gallium tin Chemical compound [Ga].[Sn] YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000416536 Euproctis pseudoconspersa Species 0.000 description 1
- 229910001074 Lay pewter Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N bismuth tin Chemical compound [Sn].[Bi] JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N ferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- 229910000648 terne Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
-
- 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
Abstract
本发明提供一种3D打印装置和方法，其中，所述装置包括：打印喷头、多轴机械臂、温控系统、工作平台、机箱和控制单元；打印喷头通过多轴机械臂活动设置在机箱内，多轴机械臂用于控制打印喷头实现任一方向的打印材料的堆叠；打印喷头有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头；温控系统包括表面温控装置，表面温控装置活动设置在机箱内，表面温控装置用于在任一打印喷头打印前，对已打印材料上任一打印喷头的目标打印位置进行加热；工作平台设置在机箱内；控制单元分别与多轴机械臂和温控系统电连接。本发明提供的一种3D打印装置和方法，通过减小打印喷头的挤出材料与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印装置和方法。
背景技术
随着时代的进步和科技的发展，做工精细、独特且非量产的物品越来越受到广大消费人群的喜爱。3D打印机来打印各种我们所需要的、想要的。3D打印技术，又称增材制造技术，以计算机三维设计模型为蓝本，通过计算机数字软件程序控制，利用激光或者加热熔融等方式将金属或聚合物等材料逐层堆积成型，可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。
其中，FDM(Fused Deposition Modeling)打印技术是3D打印技术领域的常规技术手段。FDM打印技术控制加热喷头根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，材料在喷头中加热熔化成半液态，挤出并涂覆在工作台上。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，如此循环，最终形成三维产品零件。基于上述原理，FDM打印技术具备了成型精度高、打印模型硬度好、多种颜色等优点，获得了广泛的应用。
然而，在FDM打印技术的实际作业的过程中，由于在打印喷头挤出熔融材料构造新一层结构时，已成型的上一层材料已基本完成固化，表面温度降低，与新一层材料不能实现良好复合，导致层间结合力差，所以经常出现打印件开裂甚至两层结构完全不能相连接的情况，因此FDM 3D打印技术及其打印制品的质量仍需改善。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的打印复合强度低导致打印失败的问题，提供了一种3D打印装置和方法。
一方面，本发明提出一种3D打印装置，包括：打印喷头、多轴机械臂、温控系统、工作平台、机箱和控制单元；所述打印喷头通过所述多轴机械臂活动设置在所述机箱内，所述多轴机械臂用于控制所述打印喷头实现任一方向的打印材料的堆叠；所述打印喷头有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头；所述温控系统包括表面温控装置，所述表面温控装置活动设置在所述机箱内，所述表面温控装置用于在任一所述打印喷头打印前，对已打印材料上任一所述打印喷头的目标打印位置进行加热；所述工作平台设置在所述机箱内；所述控制单元分别与所述多轴机械臂和所述温控系统电连接。
优选地，所述金属打印喷头用于打印液态金属，所述液态金属包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金，所述液态金属的成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳和硅中的一种或多种，所述液态金属形式包括金属单质、合金和金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体中的一种或多种。
优选地，所述非金属打印喷头用于打印非金属材料，所述非金属材料为有机高分子材料和/或无机非金属材料，所述非金属材料包括ABS、PLA、PET、橡胶、乳胶、硅胶、碳纤维、石膏和陶瓷中的一种或多种。
优选地，还包括步进电机，所述步进电机与任一所述打印喷头内部的活塞连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头的挤出量。
优选地，所述温控系统还包括喷头温控装置，所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置；还能够包括喷头制冷装置；所述控制单元根据所述任一打印喷头挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业。
优选地，所述温控系统还包括平台温控装置，所述平台温控装置设置在所述工作平台上，所述平台温控装置包括平台加温装置；还能够包括平台制冷装置。
优选地，所述温控系统还包括机箱温控装置，所述机箱温控装置设置在所述机箱上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置；还能够包括机箱制冷装置。
优选地，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制。
优选地，所述温控系统还包括喷头温控装置、平台温控装置和机箱温控装置，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制；所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置和喷头制冷装置，所述控制单元根据所述打印喷头挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业；任一所述打印喷头内部的活塞与步进电机连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头的挤出量；所述平台温控装置设置在所述工作平台上，所述平台温控装置包括平台加温装置和平台制冷装置；所述机箱温控装置设置在所述机箱上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置和机箱制冷装置；所述喷头温控装置、所述平台温控装置、所述表面温控装置与所述机箱温控装置协同作业，用于在任一打印喷头作业完成后、另一打印喷头作业开始前，调节所述另一打印喷头挤出材料的挤出温度、工作平台温度、所述目标打印位置的温度和机箱内环境温度，减小所述另一打印喷头挤出材料与所述目标打印位置间的温差。
另一方面，本发明提出一种基于如前所述装置的3D打印方法，包括：S1，控制所述机箱温控装置使所述机箱内环境温度稳定在第一预设温度；控制所述平台温控装置使所述工作平台温度稳定在第二预设温度；S2，控制所述喷头温控装置使任一所述打印喷头挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；S3，控制所述表面温控装置使已打印材料上所述任一打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度；S4，控制所述多轴机械臂带动所述任一打印喷头执行打印操作；S5，所述任一打印喷头打印操作完成后，控制所述喷头温控装置使另一所述打印喷头挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；S6，控制所述表面温控装置使已打印材料上所述另一打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度；S7，控制所述多轴机械臂带动所述另一打印喷头执行打印操作。
本发明提供的一种3D打印装置和方法，通过控制单元调控温控系统，减小打印喷头挤出材料与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。
附图说明
图1为本发明具体实施例的一种3D打印装置的整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例的打印喷头结构示意图；
图3为本发明具体实施例的一种3D打印方法的整体流程示意图；附图标记说明：
1-打印喷头； 2-表面温控装置； 3-工作平台；
201-活塞； 4-机箱； 5-多轴机械臂；
6-机箱加温装置； 7-机箱制冷装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明具体实施例的一种3D打印装置的整体结构示意图，如图1所示，一种3D打印装置，包括：打印喷头1、多轴机械臂5、温控系统、工作平台3、机箱4和控制单元；所述打印喷头1通过所述多轴机械臂5活动设置在所述机箱4内，所述多轴机械臂用于控制所述打印喷头1实现任一方向的打印材料的堆叠；所述打印喷头1有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头；所述温控系统包括表面温控装置2，所述表面温控装置2活动设置在所述机箱4内，所述表面温控装置2用于在任一所述打印喷头1打印前，对已打印材料上任一所述打印喷头1的目标打印位置进行加热；所述工作平台3设置在所述机箱4内；所述控制单元分别与所述多轴机械臂5和所述温控系统电连接。
具体地，为了解决打印复合强度低的问题，减小打印喷头的挤出材料与目标打印位置间的温差，需要对已经打印的材料上的目标打印位置温度进行控制。由于打印材料的逐层堆积，后面打印的材料由于空气的散热等原因，表面温度与打印喷头1挤出材料的挤出温度相差较大，而传统的热床并不能较好地实现对上层材料的加热。
针对这种情况，本发明具体实施例中，所述3D打印装置包括打印喷头1、多轴机械臂5、温控系统、工作平台3、机箱4和控制单元。
其中，所述机箱4用于隔离内外部环境并安置打印喷头1、温控系统和工作平台3等装置。本发明具体实施例中，为了起到良好的温度隔离作用，保证外部环境不会影响到整个装置的正常运行，所述机箱4采用隔温材料制作。
进一步地，所述打印喷头1通过所述多轴机械臂5活动设置在机箱4内。多轴机械臂5又称多轴机器人轴机械手，是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。
相对于传统3D打印装置中打印喷头在平面上位移以及工作平台上下位移构成三维空间实现3D打印，将多轴机械臂5应用于本发明具体实施例的一种3D打印装置，并通过多轴机械臂5将打印喷头1活动设置在所述机箱内，能够带动任一打印喷头1沿着X、Y、Z轴线性作业，使打印材料的逐层堆叠不再限制于在重力方向，而是能够在任一方向进行打印材料的堆叠，通过对被打印物体表面测量、规划路径、控制间隙，满足特殊的工艺要求，实现高强度的材料复合打印。
此外，所述打印喷头1有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头，上述两个打印喷头1可用于执行金属与非金属材料的复合打印功能。
进一步地，所述金属打印喷头内装设液态金属材料，用于实现液态金属的打印。所述液态金属包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金，成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等中的一种或多种，其形式可以是金属单质、合金，也可以是金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体，例如汞、镓、铟、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。
所述非金属打印喷头内装设非金属材料，用于实现非金属的打印。所述非金属材料为有机高分子材料和/或无机非金属材料，所述非金属材料包括ABS、PLA、PET、橡胶、乳胶、硅胶、碳纤维、石膏和陶瓷中的一种或多种。本发明具体实施例中，所述非金属材料为ABS。
所述温控系统包括表面温控装置2，所述表面温控装置2活动设置在所述机箱4内。在任一所述打印喷头1打印前，表面温控装置2对已打印材料上层的目标打印位置进行加热，减小已打印材料的表面温度与所述任一打印喷头1的挤出温度差值，使所述任一打印喷头1执行打印操作时，能够实现上层材料与新一层材料的良好复合。
工作平台3设置在所述机箱4内，用于在3D打印过程中承置打印制件，本发明具体实施例中工作平台3设置在所述机箱4的底部。所述工作平台3设置在任一所述打印喷头1的打印范围和所述表面温控装置2的加热范围内，能够配合任一打印喷头1和表面温控装置2协同作业。
控制单元分别与所述多轴机械臂5和温控系统电连接，用于控制所述多轴机械臂5带动打印喷头执行多自由度的打印操作，并控制温控系统调节温度。
本发明具体实施例提供的一种3D打印装置，通过控制单元调控温控系统，减小打印喷头的挤出材料与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。
基于上述具体实施例，图2为本发明具体实施例的打印喷头结构示意图，如图2所示，一种3D打印装置，还包括步进电机，所述步进电机与任一所述打印喷头1内部的活塞201连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头1的挤出量。
具体地，步进电机与打印喷头1内设置的活塞201相连，步进电机的旋转推动活塞201向下运动，将打印喷头1内部储存的打印材料从喷头口处挤出。步进电机每旋转一个单位角度，则推动活塞201下移一个单位距离，使打印喷头1挤出一个单位量的打印材料，进而对打印喷头1的挤出量进行精确控制。
例如打印喷头1的打印材料容量为1ml，步进电机转动360度则活塞201下移2mm。同时步进电机为64细分，脉冲数为200，即64*200个脉冲推动活塞201下移2mm，每个脉冲推动活塞201下移0.00015625mm。打印喷头1的内径为2.3mm，将活塞201的单位移动距离换算成打印喷头1的挤出量，可知一个脉冲下打印材料的挤出量为0.002595406ml，因此步进电机可用于精确控制所述任一打印喷头1的挤出量。
本发明具体实施例中提供了步进电机控制打印喷头挤出量的方法，实现了打印材料挤出量的精确控制，提高了3D打印精度。
基于上述任一具体实施例，一种3D打印装置，所述温控系统还包括喷头温控装置，所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头1上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置；还能够包括喷头制冷装置。
具体地，打印喷头1是3D打印装置的关键部件，如何控制挤出材料的挤出温度直接影响着3D打印的精度。所述任一打印喷头1上设置喷头温控装置，控制所述喷头温控装置作业将挤出温度稳定在一定温度范围，以确保打印精度能够满足要求。
所述喷头温控装置与所述控制单元电连接，控制单元根据所述任一打印喷头1挤出材料的挤出温度进行分析，并发送指令给喷头温控装置，对打印喷头1的挤出温度进行调控。
进一步地，所述喷头温控装置包括喷头加温装置，用于将打印材料加热并熔化成半液态，为后续材料从打印喷头1挤出提供条件。此外，所述喷头温控装置还能够包括喷头制冷装置，所述喷头制冷装置用于在打印喷头1加热过冲时，对所述打印喷头1进行降温，使打印喷头1的挤出温度回复到一定的温度范围内。
本发明具体实施例中，通过在打印喷头上设置喷头温控装置，实现了对打印喷头1挤出材料的挤出温度的精确控制，提高了3D打印精度。
基于上述任一具体实施例，一种3D打印装置，所述控制单元根据所述打印喷头挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业。
具体地，为了实现材料的稳定挤出，打印出的线连续、不断线、不起球，以及与其他材料复合打印时温度的匹配，需要将打印喷头1的挤出温度稳定控制在一定的温度范围，并根据不同的材料，设定不同的温度。
其中，控制单元以所述打印喷头1挤出材料预设的挤出温度范围为基准，根据实际的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业，实现稳定的挤出温度调节。在加热过冲及升温过程中，控制单元通过计算加热部件及被加热部件的比例关系进行调控，在达到温度平衡后，外界的扰动基本不会引起打印喷头1的挤出温度的波动。
本发明具体实施例中，控制单元利用PID算法控制喷头温控装置，构建了稳定的打印喷头1的温度控制闭环系统，实现了对打印喷头1挤出材料的挤出温度的精确控制。
基于上述任一具体实施例，一种3D打印装置，所述温控系统还包括平台温控装置，所述平台温控装置设置在所述工作平台上，所述平台温控装置包括平台加温装置；还能够包括平台制冷装置。
具体地，为了保证材料受热均匀，在工作平台3上设置平台温控装置，与所述表面温控装置2协同控制已经打印的材料温度，以减小已打印材料的温度与打印喷头1挤出温度的差值。所述平台温控装置与所述控制单元电连接，控制单元根据已经打印的材料温度和需求，控制平台温控装置调节工作平台3的温度。
其中，平台温控装置包括平台加温装置，所述平台加温装置有助于实现材料的均匀受热，一定程度上避免了由于材料受热不均匀，尤其是ABS材料受热不均导致的制件翘曲问题。
此外，所述平台温控装置还能够包括平台制冷装置，所述平台制冷装置能够使打印出的材料迅速冷却降温，避免打印喷头1新挤出的高温材料融化已经打印成型的材料。例如在金属打印喷头进行打印过程中，平台制冷装置对工作平台上的液态金属材料进行迅速冷却降温，避免新挤出的高温液态金属材料融化已经打印成型的金属线。
本发明具体实施例中，通过在工作平台3上设置平台温控装置，实现了工作平台3温度的精确控制，避免了受热不均导致的制件翘曲，提高了3D打印质量。
基于上述任一具体实施例，一种3D打印装置，所述温控系统还包括机箱温控装置，所述机箱温控装置设置在所述机箱上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置6；还能够包括机箱制冷装置7。
具体地，机箱5上设置的机箱温控装置与控制单元电连接，控制单元通过控制机箱温控装置的作业实现对箱体内部环境温度的调控。
机箱温控装置包括机箱加温装置6，参考图1所示的3D打印装置结构，本发明具体实施例中将机箱加温装置6设置在机箱的侧面，但不限于此。机箱加温装置6升高打印环境温度，并且将打印环境温度稳定保持在一定的范围，减小外界温度的变化对打印的影响。
机箱温控装置在包括机箱加温装置6的基础上，还能够包括机箱制冷装置7，参考图1，本发明具体实施例中将机箱制冷装置7设置在机箱的顶板上，但不限于此。所述机箱制冷装置7在外界环境温度高于需要设定的温度时，进行制冷操作，实现将打印空间的温度下降，并且稳定在一定的温度区间。
本发明具体实施例提供的机箱温控装置，能够精确控制机箱内打印环境温度，有助于3D打印制品质量的提高。
基于上述任一具体实施例，一种3D打印装置，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制。
具体地，所述温控系统的实现方式有多种，例如激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注等。其中，红外加温装置能够通过红外管的热辐射实现加温操作，射频加温装置则是通过快速交变的电场，引起物料内部极性分子的快速转动，摩擦生热产生热效应。
本发明具体实施例提供的多种温控系统的实现方式，使得装置的实现与应用更加灵活。
基于上述任一具体实施例，一种3D打印装置，所述温控系统还包括喷头温控装置、平台温控装置和机箱温控装置，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制；所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头1上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置和喷头制冷装置，所述控制单元根据所述打印喷头1挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业；任一所述打印喷头1内部的活塞201与步进电机连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头1的挤出量；所述平台温控装置设置在所述工作平台3上，所述平台温控装置包括平台加温装置和平台制冷装置；所述机箱温控装置设置在所述机箱4上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置6和机箱制冷装置7；所述喷头温控装置、所述平台温控装置、所述表面温控装置2与所述机箱温控装置协同作业，用于在任一打印喷头1作业完成后、另一打印喷头1作业开始前，调节所述另一打印喷头1挤出材料的挤出温度、工作平台3温度、所述目标打印位置的温度和机箱4内环境温度，减小所述另一打印喷头1挤出材料与所述目标打印位置间的温差。
具体地，本发明具体实施例用于实现液态金属材料和非金属材料复合打印。
所述3D打印装置包括两个打印喷头1，分别是金属打印喷头和非金属打印喷头，其中金属打印头装载液态金属材料，非金属打印喷头装载非金属材料。所述两个打印喷头1均设置有喷头温控装置，控制单元根据所述打印喷头1挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业，以构建稳定的打印喷头1的温度控制闭环系统，实现打印喷头1温度的精确控制，确保打印喷头1的挤出温度为最佳温度。
同时，步进电机与打印喷头1内设置的活塞201相连，步进电机每旋转一个单位角度，则推动活塞201下移一个单位距离，使打印喷头1挤出一个单位量的打印材料，进而对打印喷头1的挤出量进行精确控制。
此外，所述两个打印喷头1均与多轴机械臂5连接，控制单元通过多轴机械臂5带动打印喷头1完成多自由度的打印操作，实现任一方向的打印材料的堆叠。
与此同时，所述机箱4内的工作平台3上设置的所述平台温控装置，包括平台加温装置和平台制冷装置，保证了材料的均匀受热，为已经打印的材料温度的调控提供了有效的技术方案。
在任一所述打印喷头1作业完成后、另一所述打印喷头1作业开始前，此处以非金属打印喷头作业完成后、金属打印喷头即将开始作业时为例。所述喷头温控装置、平台温控装置、表面温控装置2与机箱温控装置协调作业，此时金属打印喷头的喷头温控装置加热，使金属打印喷头的挤出温度稳定在最佳温度；机箱温控装置协同作业维持打印环境温度；同时平台温控装置作业，为已经打印的非金属材料加温；为了避免平台温控装置对已经打印的非金属材料上层温控力度不足，表面温控装置2协同作业，对金属打印喷头的目标打印位置进行加热，减小金属打印喷头挤出材料与目标打印位置间的温差。
上述各部分温度稳定后，金属打印喷头在多轴机械臂5带动下进行一层打印作业，将液态金属材料较牢固地复合到已经打印的非金属材料上。
本发明具体实施例提供了液态金属材料和非金属材料复合打印的技术方案，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。
基于上述装置具体实施例，图3为本发明具体实施例的一种3D打印方法的整体流程示意图。如图3所示，一种基于如前所述装置的3D打印方法包括：S1，控制所述机箱温控装置使所述机箱4内环境温度稳定在第一预设温度；控制所述平台温控装置使所述工作平台3温度稳定在第二预设温度；S2，控制所述喷头温控装置使任一所述打印喷头1挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；S3，控制所述表面温控装置2使已打印材料上所述任一打印喷头1的目标打印位置的温度达到第四预设温度；S4，控制所述多轴机械臂5带动所述任一打印喷头1执行打印操作；S5，所述任一打印喷头1打印操作完成后，控制所述喷头温控装置2使另一所述打印喷头1挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；S6，控制所述表面温控装置2使已打印材料上所述另一打印喷头1的目标打印位置的温度达到第四预设温度；S7，控制所述多轴机械臂5带动所述另一打印喷头1执行打印操作。
具体地，首先，控制单元向机箱温控装置发送指令，所述机箱温控装置接收指令后对机箱4的温度进行调节，使机箱4内环境温度稳定在第一预设温度。
其中，所述机箱温控装置包括机箱加温装置6和机箱制冷装置7。首先，机箱加温装置6对机箱4进行加热。一旦出现机箱4内环境温度过高，控制单元会快速响应关闭机箱加温装置6，开启机箱降温装置7，保证机箱4内环境温度可以快速降回第一预设温度。控制单元通过控制机箱温控装置实现了机箱4内环境温度的精确控制，为提高3D打印质量提供了条件
机箱4温度稳定后，控制单元向平台温控装置发送指令，平台温控装置接收指令后对工作平台3的温度进行调节。平台温控装置开始作业后会保持工作平台3的表面温度稳定在第二预设温度，直到控制单元发出关闭工作平台3加热功能的指令。
其中，平台加温装置对工作平台3进行加热，所述第二预设温度可以根据不同材质进行相应调节，以保证打印中打印质量的最优化。一旦出现工作平台3温度过高，控制单元会快速响应关闭平台加温装置，开启平台降温装置，保证工作平台3的温度可以快速降回第二预设温度。控制单元通过平台温控装置实现了工作平台3温度的精确控制，避免了受热不均导致的制件翘曲，有助于3D打印质量的提高。
接着，控制单元向喷头温控装置发送指令，喷头温控装置接收指令后对任一打印喷头1的挤出温度进行调节。喷头温控装置开始作业后会保持所述任一打印喷头1挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度，直到控制单元发出关闭打印喷头1加热功能的指令。
其中，控制单元向喷头温控装置发送指令，控制喷头温控装置对所述任一打印喷头1加热。控制单元控制喷头加温装置将打印材料加热并熔化成半液态，为后续材料从打印喷头1挤出提供条件。在打印喷头1加热过冲时，控制单元控制喷头制冷装置对所述打印喷头1进行降温，使打印喷头1的挤出温度回复到额定材料温度。
进一步地，控制单元以额定所述打印喷头1挤出材料的挤出温度范围为基准，根据实际挤出温度利用PID控制算法控制所述喷头加温装置和喷头制冷装置作业，实现稳定的挤出温度调节。在加热过冲及升温过程中，控制单元通过计算加热部件及被加热部件的比例关系进行调控，在达到温度平衡后，外界的扰动基本不会引起打印喷头1的温度波动。控制单元通过在打印喷头上设置喷头温控装置，实现对打印喷头1挤出材料的挤出温度的精确控制，以提高3D打印精度。
所述任一打印喷头1挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度后，控制单元获取任一所述打印喷头1的目标打印位置温度，将目标打印位置温度与第四预设温度相比较，如果目标打印位置温度偏低，则控制单元发送指令给表面温控装置2，表面温控装置2对目标打印位置加热，使已打印材料上所述任一打印喷头1的目标打印位置的温度达到第四预设温度。
然后控制单元控制多轴机械臂5带动所述任一打印喷头1按照规划路径进行挤出操作，直至对应运动轨迹全部完成，此后喷头温控装置停止对所述任一打印喷头1的温度控制。
接着控制单元向喷头温控装置发送指令，喷头温控装置接收指令后对另一打印喷头1的挤出温度进行调节。喷头温控装置开始作业后会保持另一打印喷头1挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度，直到控制单元发出关闭另一打印喷头1加热功能的指令。
所述另一打印喷头1挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度后，控制单元获取另一所述打印喷头1的目标打印位置温度，将目标打印位置温度与第四预设温度相比较，如果目标打印位置温度偏低，则控制单元发送指令给表面温控装置2，表面温控装置2对目标打印位置加热，使已打印材料上所述另一打印喷头1的目标打印位置的温度达到第四预设温度。
然后控制单元控制多轴机械臂5带动所述另一打印喷头1按照规划路径进行挤出操作，直至对应运动轨迹全部完成，此后喷头温控装置停止对所述另一打印喷头1的温度控制。
本发明具体实施例所述的方法是基于上述装置具体实施例执行的，详细实施流程此处不再赘述。
本发明具体实施例中，通过控制单元调控温控系统，减小打印喷头1挤出材料与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。
在FDM 3D打印技术作业过程中，经常出现打印件开裂甚至两层结构完全不能相连接，和打印ABS薄片翘曲、变形的情况。这是由于在打印喷头挤出熔融材料构造新一层结构时，已成型的上一层材料已基本完成固化，表面温度降低，与新一层材料不能实现良好复合，导致层间结合力差，或材料受热不均所造成的。要解决打印复合强度低、制件翘曲的问题，需要减小打印喷头与目标打印位置间的温差，保证打印制品均匀受热。基于上述情况，本发明提供了一种3D打印装置和方法。
为了更好地理解与应用本发明提出的一种3D打印装置和方法，本发明进行以下示例，且本发明不仅局限于以下示例。
参考图1，4为所述3D打印装置的机箱，机箱4底面设置有工作平台3，侧面设置有机箱加温装置6，顶部设置有机箱制冷装置7，金属打印喷头、非金属打印喷头和表面温控装置通过多轴机械臂5活动设置在机箱4中。其中所述金属打印喷头用于打印液态金属材料，非金属打印喷头用于打印非金属材料。所述金属打印喷头和非金属打印喷头内分别设置有与步进电机连接的活塞201，用于精确控制打印材料的挤出量。
所述工作平台3上设置有平台温控装置。平台温控装置包括平台加温装置和平台制冷装置。所述金属打印喷头和非金属打印喷头均设置有喷头温控装置，所述喷头温控装置包括喷头加温装置和喷头制冷装置。
所述3D打印装置启动工作后，首先控制单元先确认机箱内部温度是否达到第一预设温度，没有达到第一预设温度，则机箱加温装置6提供加热，一旦温度超过第一预设温度，机箱制冷装置7会对箱内进行降温，使机箱4内打印环境温度稳定在第一预设温度，偏差不大于1度。
在保证箱内温度达到第一预设温度后，控制单元向设置在工作平台3上的平台温控装置发出指令，平台加温装置开始对工作平台3进行加热，一旦出现工作平台3温度过高时，控制单元会快速响应关闭平台加温装置，开启平台制冷装置，保证工作平台3的温度可以快速降回第二预设温度。所述第二预设温度可以根据不同材质进行相应调节，以保证打印中打印质量的最优化。平台温控功能开启后会保持工作平台3表面温度稳定在第二预设温度，直到控制单元发出指令结束工作平台3的温度控制。
当工作平台温度达到要求范围时，控制单元启动金属打印喷头和非金属打印喷头中设置的喷头温控装置向对应的打印喷头进行加热。
如果首先选择的打印材料为非金属时，控制单元向非金属打印喷头的喷头温控装置发送指令，并利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业。具体地，控制喷头加温装置对非金属打印喷头加热，在非金属打印喷头加热过冲时，控制单元控制喷头制冷装置对非金属打印喷头进行降温，使非金属打印喷头的挤出温度回复到非金属预设温度，非金属预设温度可达到200度左右，偏差不大于1度。
在非金属打印喷头的挤出温度稳定在非金属预设温度后，打印操作执行前，控制单元获取非金属打印喷头的目标打印位置温度，将目标打印位置温度与第四预设温度相比较，如果目标打印位置温度偏低，则控制单元发送指令给表面温控装置2，表面温控装置2对目标打印位置加热，使已打印的材料上非金属打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度。
目标打印位置的温度达到第四预设温度后，多轴机械臂5开始执行归零位操作，归零位完成后，步进电机转动，带动非金属打印喷头内的活塞201下推非金属打印材料，执行精确定量的挤出操作，同时多轴机械臂5按照系统内的运动规划路径进行运动，直至对应运动轨迹全部完成，随后非金属打印喷头的喷头温控装置停止对非金属打印喷头进行温度控制。
在打印完非金属结构部分后，控制单元向金属打印喷头的喷头温控装置发送指令，并利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业。具体地，控制喷头加温装置对金属打印喷头加热，在金属打印喷头加热过冲时，控制单元控制喷头制冷装置对金属打印喷头进行降温，使金属打印喷头的挤出温度回复到金属预设温度，所述金属预设温度可达到200度左右，偏差不大于2度。
在金属打印喷头的挤出温度稳定在金属预设温度后，打印操作执行前，控制单元获取金属打印喷头的目标打印位置温度，将目标打印位置温度与第四预设温度相比较，如果目标打印位置温度偏低，则控制单元发送指令给表面温控装置2，表面温控装置2对目标打印位置的非金属材料进行加热，使已打印的非金属材料上金属打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度。
目标打印位置的温度达到第四预设温度后，多轴机械臂5开始执行归零位操作，归零位完成后，步进电机转动，带动金属打印喷头内的活塞201下推液态金属材料，执行精确定量的挤出操作，同时多轴机械臂5按照系统内的运动规划路径进行运动，直至对应运动轨迹全部完成，随后金属打印喷头的喷头温控装置停止对金属打印喷头进行温度控制。
本发明具体实施例中，通过控制单元调控喷头温控装置、表面温控装置2和平台温控装置，减小打印喷头与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印装置，其特征在于，包括：打印喷头、多轴机械臂、温控系统、工作平台、机箱和控制单元；
所述打印喷头通过所述多轴机械臂活动设置在所述机箱内，所述多轴机械臂用于控制所述打印喷头实现任一方向的打印材料的堆叠；所述打印喷头有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头；
所述温控系统包括表面温控装置，所述表面温控装置活动设置在所述机箱内，所述表面温控装置用于在任一所述打印喷头打印前，对已打印材料上任一所述打印喷头的目标打印位置进行加热；
所述工作平台设置在所述机箱内；
所述控制单元分别与所述多轴机械臂和所述温控系统电连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属打印喷头用于打印液态金属，所述液态金属包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金，所述液态金属的成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳和硅中的一种或多种，所述液态金属形式包括金属单质、合金和金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述非金属打印喷头用于打印非金属材料，所述非金属材料为有机高分子材料和/或无机非金属材料，所述非金属材料包括ABS、PLA、PET、橡胶、乳胶、硅胶、碳纤维、石膏和陶瓷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括步进电机，所述步进电机与任一所述打印喷头内部的活塞连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头的挤出量。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控系统还包括喷头温控装置，所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置；还能够包括喷头制冷装置；所述控制单元根据所述任一打印喷头挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控系统还包括平台温控装置，所述平台温控装置设置在所述工作平台上，所述平台温控装置包括平台加温装置；还能够包括平台制冷装置。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控系统还包括机箱温控装置，所述机箱温控装置设置在所述机箱上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置；还能够包括机箱制冷装置。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述温控系统还包括喷头温控装置、平台温控装置和机箱温控装置，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制；
所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置和喷头制冷装置，所述控制单元根据所述打印喷头挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业；任一所述打印喷头内部的活塞与步进电机连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头的挤出量；
所述平台温控装置设置在所述工作平台上，所述平台温控装置包括平台加温装置和平台制冷装置；
所述机箱温控装置设置在所述机箱上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置和机箱制冷装置；
所述喷头温控装置、所述平台温控装置、所述表面温控装置与所述机箱温控装置协同作业，用于在任一打印喷头作业完成后、另一打印喷头作业开始前，调节所述另一打印喷头挤出材料的挤出温度、工作平台温度、所述目标打印位置的温度和机箱内环境温度，减小所述另一打印喷头挤出材料与所述目标打印位置间的温差。
10.一种基于权利要求9的3D打印方法，其特征在于，包括：
S1，控制所述机箱温控装置使所述机箱内环境温度稳定在第一预设温度；控制所述平台温控装置使所述工作平台温度稳定在第二预设温度；
S2，控制所述喷头温控装置使任一所述打印喷头挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；
S3，控制所述表面温控装置使已打印材料上所述任一打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度；
S4，控制所述多轴机械臂带动所述任一打印喷头执行打印操作；
S5，所述任一打印喷头打印操作完成后，控制所述喷头温控装置使另一所述打印喷头挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；
S6，控制所述表面温控装置使已打印材料上所述另一打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度；
S7，控制所述多轴机械臂带动所述另一打印喷头执行打印操作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710770996.8A CN107471630A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 一种3d打印装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710770996.8A CN107471630A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 一种3d打印装置和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107471630A true CN107471630A (zh) | 2017-12-15 |
Family
ID=60603281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710770996.8A Pending CN107471630A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 一种3d打印装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107471630A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108326309A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-07-27 | 北京梦之墨科技有限公司 | 打印墨盒及打印装置 |
| CN108342614A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-07-31 | 深圳市美信电子有限公司 | 一种3d打印金属材料和3d打印金属器件 |
| CN108511238A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-07 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种薄膜开关及其制备薄膜开关的装置和方法 |
| CN108566736A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-09-21 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种打印装置及印制电路的制备方法 |
| CN108749341A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 合肥汉闻数字印刷设备有限公司 | 橡胶卷材喷墨数字打印装置 |
| CN110303679A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-08 | 长春工业大学 | 一种金属与非金属混合增材制造装置及制造方法 |
| CN113474170A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-01 | 株式会社理光 | 构造为对三维被建模对象进行建模的设备、构造为使粒子飞行的设备以及对三维被建模对象进行建模的方法 |
| KR20210141172A (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-23 | 한국생산기술연구원 | 액상 다이렉트 적층이 가능한 3d 프린터 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| CN114571733A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-03 | 珠海天威飞马打印耗材有限公司 | 三维打印设备及其打印控制方法、计算机可读存储介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104148637A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-11-19 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种熔融挤出快速成型金属部件的系统及其实现方法 |
| CN105922596A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-09-07 | 杭州捷诺飞生物科技有限公司 | 多轴机器人的多喷头生物3d打印设备及使用方法 |
| KR20170015442A (ko) * | 2017-01-31 | 2017-02-08 | 전남대학교산학협력단 | 압출기 일체형 프린트 헤드를 구비하는 다축 3d 프린터 |
| CN206025171U (zh) * | 2016-07-15 | 2017-03-22 | 杭州时印科技有限公司 | 一种用于3d打印的智能温控喷头 |
| US20170173879A1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Desktop Metal, Inc. | Fused filament fabrication extrusion nozzle with concentric rings |
| CN207415984U (zh) * | 2017-08-31 | 2018-05-29 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种3d打印装置 |
-
2017
- 2017-08-31 CN CN201710770996.8A patent/CN107471630A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104148637A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-11-19 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种熔融挤出快速成型金属部件的系统及其实现方法 |
| US20170173879A1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Desktop Metal, Inc. | Fused filament fabrication extrusion nozzle with concentric rings |
| CN105922596A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-09-07 | 杭州捷诺飞生物科技有限公司 | 多轴机器人的多喷头生物3d打印设备及使用方法 |
| CN206025171U (zh) * | 2016-07-15 | 2017-03-22 | 杭州时印科技有限公司 | 一种用于3d打印的智能温控喷头 |
| KR20170015442A (ko) * | 2017-01-31 | 2017-02-08 | 전남대학교산학협력단 | 압출기 일체형 프린트 헤드를 구비하는 다축 3d 프린터 |
| CN207415984U (zh) * | 2017-08-31 | 2018-05-29 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种3d打印装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 胡曙光等: "《混凝土温度-应力检测原理与装备》", 国防工业出版社, pages: 45 - 46 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108326309A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-07-27 | 北京梦之墨科技有限公司 | 打印墨盒及打印装置 |
| CN108342614A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-07-31 | 深圳市美信电子有限公司 | 一种3d打印金属材料和3d打印金属器件 |
| CN108511238A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-07 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种薄膜开关及其制备薄膜开关的装置和方法 |
| CN108511238B (zh) * | 2018-05-28 | 2023-09-26 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种薄膜开关及其制备薄膜开关的方法 |
| CN108749341A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 合肥汉闻数字印刷设备有限公司 | 橡胶卷材喷墨数字打印装置 |
| CN108566736A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-09-21 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种打印装置及印制电路的制备方法 |
| CN108566736B (zh) * | 2018-06-22 | 2023-09-26 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种打印装置及印制电路的制备方法 |
| CN113474170A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-01 | 株式会社理光 | 构造为对三维被建模对象进行建模的设备、构造为使粒子飞行的设备以及对三维被建模对象进行建模的方法 |
| CN110303679A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-08 | 长春工业大学 | 一种金属与非金属混合增材制造装置及制造方法 |
| KR20210141172A (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-23 | 한국생산기술연구원 | 액상 다이렉트 적층이 가능한 3d 프린터 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| KR102331977B1 (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-29 | 한국생산기술연구원 | 액상 다이렉트 적층이 가능한 3d 프린터 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| CN114571733A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-03 | 珠海天威飞马打印耗材有限公司 | 三维打印设备及其打印控制方法、计算机可读存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107471630A (zh) | 一种3d打印装置和方法 | |
| CN207415984U (zh) | 一种3d打印装置 | |
| US11571858B2 (en) | Method of printing an unsupported part with a robotic additive manufacturing system | |
| CN104552944B (zh) | 一种可实现在线合金化的3d打印配料挤出装置 | |
| US20160096327A1 (en) | Apparatus and method for producing objects utilizing three-dimensional printing | |
| CN104085111B (zh) | 一种多喷嘴3d打印机的打印速度和精度控制方法 | |
| CN1291829C (zh) | 挤压设备及用于该设备中的熔体流速补偿方法 | |
| US20210178685A1 (en) | Apparatus and method for printing large thermoplastic parts during additive manufacturing | |
| US20170173697A1 (en) | Removable support structure with an interface formed between thermally mismatched bulk metallic glasses | |
| JP2019518864A (ja) | 金属造形材料を用いた付加製造 | |
| US20200047417A1 (en) | Method And Apparatus For Controlling Heat For Improved Extrudate Flow In Three-Dimensional (3D) Printing | |
| US11241836B2 (en) | Method and apparatus for determining extrudate flow in three-dimensional (3D) printing | |
| US20220193996A1 (en) | System for leveling heated platen in 3d printer | |
| CN106001576B (zh) | 一种熔融涂覆增材制造的熔体流量控制方法与装置 | |
| CN106011839A (zh) | 一种金属材料熔融涂覆成形装置及方法 | |
| EP3533537A1 (en) | Metal 3d printing with local pre-heating | |
| CN105855528A (zh) | 金属凝固试样高通量的制备装置和制备方法 | |
| CN106515016B (zh) | 一种可用于成型大型制品的3d打印装置及工艺 | |
| EP4094927A1 (en) | Apparatus and method for thermal compensation during additive manufacturing | |
| CN108817395A (zh) | 一种增材制造装置及方法 | |
| CN107225755A (zh) | 一种垂直螺杆出料型3d挤出成型装置及工艺 | |
| CN109382517A (zh) | 一种基于激冷技术的激光沉积制造装置和方法 | |
| CN209598196U (zh) | 一种基于激冷技术的激光沉积制造装置 | |
| Fang et al. | Forming metal components through a novel fused-coating based additive manufacturing | |
| CN108908932B (zh) | 一种基于多区间连续控温的3d打印机辅热装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| 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: 20171215 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |