CN107696478B - 一种包含冷却系统的高速3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包含冷却系统的高速3D打印机，本发明包含两个核心系统，一个是冷却系统，另一个是快速出丝系统，冷却系统与快速出丝系统相连接，可以实现快速三维打印。包括以下内容：通过冷却系统保证打印出的材料可以快速冷却凝固，与之前打印的材料相结合；挤出机构利用螺旋式的送丝机构保证送丝的速度和均匀性，同时喷头加热的温度比较高，提升材料的流动性，进一步提高材料挤出的速度。最终实现打印效率的提高，解放打印机机械的运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速FDM 3D打印设备，可以快速打印出三维实体。
背景技术
3D打印是快速成型技术中的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用各种可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术最大的特点就是个性化、定制化。应用这种技术，人们可以打印出任意复杂的形状，而不用受到无法进行机加工的限制。该技术最早应用于模具制造，后逐渐应用于一些产品的直接制造。随着3D打印技术的出现，有很多种方式实现三维立体打印，比如光固化技术(Stereo LithographyAppearance，简称SLA)，是最早出现的快速原型制造工艺或者说是最早的3D打印技术。FDM(FusedDeposition Modeling)工艺熔融沉积制造(FDM)工艺由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。其他3D打印技术还有比如3DP(三维立体印刷)、SLS(选区激光烧结)以及SLM(选区激光熔化)等等。
FDM三维打印技术结构简单、可靠，操作简单，是现在发展的比较成熟的一种3D打印技术。现阶段，从机械层面上分析打印机可以实现更高速的移动，但是FDM技术打印时必须要考虑到材料冷却固化的时间，打印速度相对较低。
基于以上考虑，利用FDM技术与材料冷却技术相结合，充分解放机械的工作效率，本发明提出一种高速FDM打印机。
发明内容
本发明将冷却装置与FDM三维打印机相结合，实现打印材料的快速冷却，最终达成快速打印的目的。
本发明采用的技术方案为一种包含冷却系统的高速3D打印机，本发明包含两个核心系统，一个是冷却系统，另一个是快速出丝系统，冷却系统与快速出丝系统相连接。
冷却系统包含冷却打印平台和可移动式的冷却喷头。冷却打印平台是对现有打印平台的一种改进，打印平台较传统打印平台更厚；冷却打印平台内部设有冷却液循环通道。外部冷却罐与可移动式的冷却喷头相连，可移动式的冷却喷头通过冷却液循环通道与外部冷却罐相连，冷却液在可移动式的冷却喷头、冷却液循环通道以及外部冷却罐之间循环流动，实现对冷却打印平台的冷却。可移动式的冷却喷头与冷却打印平台的Z方向移动轴滑动连接。可移动式的冷却喷头沿打印机Z轴方向移动，随着打印的进行，可移动式的冷却喷头能够沿Z方向移动保证对最后打印的一层喷洒冷却液，使打印件快速冷却。
快速出丝系统包含打印喷头及加热装置和螺旋式材料挤出机构，打印喷头及加热装置与螺旋式材料挤出机构连接，螺旋式材料挤出机构与材料盒连接。打印喷头及加热装置的加热装置用以为打印喷头及加热装置的打印喷头加热，使打印用的打印材料在喷头中熔化；为加快打印材料的流出速度将喷头温度加热到预设的温度，使打印材料熔化的程度高，增加打印材料的流动性，保证打印材料快速流出打印喷头。
为保证材料挤出的速度足够快，挤出机构不像传统的挤出机构那样采用两个摩擦轮，改为利用螺旋挤出的方式挤出材料，这样可以保证挤出的压力足够大，而且挤出速度的可控性更好。
利用上述装置对现有FDM打印机进行改进，可以实现更快速的完成打印过程。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
1.打印平台内有冷却液循环通道，可以实现对打印平台的冷却。
2.打印机的Z方向移动轴上有一个可移动式的冷却喷头，两者连接方式为滑动连接。
3.可移动式冷却喷头可以沿打印机的Z方向移动轴上下移动，并且可以对打印件最后打印的一层喷淋冷却液，保证实体的快速冷却。
4.加热装置可以对打印机喷头进行加热，温度需要保证打印材料熔化。
5.挤出机构采用螺旋式的挤出机构
6.打印机喷头可以实现XY平面上的移动，打印平台可以沿Z方向移动
附图说明
图1为高速FDM 3D打印设备示意图。
图中：1、螺旋式材料挤出机构 2、材料盒 3、打印材料 4、打印喷头及加热装置 5、打印机Z方向移动轴 6、冷却打印平台 7、打印平台内循环通道 8、打印机 9、可移动式冷却喷头 10、冷却液储存罐。
具体实施方式
首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
打印机8与螺旋式材料挤出机构1连接，打印开始，打印机喷头及加热装置4开始工作，打印机喷头及加热装置4的喷头加热到一定温度，保证打印材料3进入喷头时熔化。待喷头温度加热到预定温度后，螺旋式材料挤出机构1开始工作，将打印材料3从材料盒2中挤出，并将打印材料3挤入打印机喷头及加热装置4中。打印材料3在打印喷头中融化，同时打印机喷头在XY平面上移动，将打印材料3挤出到冷却打印平台6上。然后冷却装置工作，冷却液从冷却液储存罐10中流出沿打印平台内循环通道7流动，实现冷却打印平台6的降温冷却。同时可移动式冷却喷头9沿打印机Z方向移动轴5滑动，调整打印喷头位置对准最后打印的一层位置，喷出冷却液保证打印出的打印件快速冷却凝固。每层打印完成后，冷却打印平台6下降一层的距离，开始下一层打印。
Claims (2)
1.一种包含冷却系统的高速3D打印机，其特征在于：本打印机包含两个核心系统，一个是冷却系统，另一个是快速出丝系统，冷却系统与快速出丝系统相连接；
冷却系统包含冷却打印平台和可移动式的冷却喷头；冷却打印平台是对现有打印平台的一种改进，打印平台较传统打印平台更厚；冷却打印平台内部设有冷却液循环通道；外部冷却罐与可移动式的冷却喷头相连，可移动式的冷却喷头通过冷却液循环通道与外部冷却罐相连，冷却液在可移动式的冷却喷头、冷却液循环通道以及外部冷却罐之间循环流动，实现对冷却打印平台的冷却；可移动式的冷却喷头与冷却打印平台的Z方向移动轴滑动连接；可移动式的冷却喷头沿打印机Z轴方向移动，随着打印的进行，可移动式的冷却喷头能够沿Z方向移动保证对最后打印的一层喷洒冷却液，使打印件快速冷却；
快速出丝系统包含打印喷头及加热装置和螺旋式材料挤出机构，打印喷头及加热装置与螺旋式材料挤出机构连接，螺旋式材料挤出机构与材料盒连接；打印喷头及加热装置的加热装置用以为打印喷头及加热装置的打印喷头加热，使打印用的打印材料在喷头中熔化；为加快打印材料的流出速度将喷头温度加热到预设的温度，使打印材料熔化的程度高，增加打印材料的流动性，保证打印材料快速流出打印喷头。
2.根据权利要求1所述的一种包含冷却系统的高速3D打印机，其特征在于：打印机(8)与螺旋式材料挤出机构(1)连接，打印开始，打印机喷头及加热装置(4)开始工作，打印机喷头及加热装置(4)的打印喷头加热到一定温度，保证打印材料(3)进入打印喷头时熔化；待打印喷头温度加热到预定温度后，螺旋式材料挤出机构(1)开始工作，将打印材料(3)从材料盒(2)中挤出，并将打印材料(3)挤入打印机喷头及加热装置(4)中；打印材料(3)在打印喷头中融化，同时打印喷头在XY平面上移动，将打印材料(3)挤出到冷却打印平台(6)上；然后冷却装置工作，冷却液从冷却液储存罐(10)中流出沿打印平台内循环通道(7)流动，实现冷却打印平台(6)的降温冷却；同时可移动式冷却喷头(9)沿打印机Z方向移动轴(5)滑动，调整打印喷头位置对准最后打印的一层位置，喷出冷却液保证打印出的打印件快速冷却凝固；每层打印完成后，冷却打印平台(6)下降一层的距离，开始下一层打印。
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