CN108058260A - 陶瓷材料3d打印装备及其工作方法 - Google Patents

陶瓷材料3d打印装备及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷材料3D打印装备及其工作方法。包括底座，置于底座两端的左、右机架，左、右机架上分别设有纵向的第一、第二轴运动机构，横梁的两端安装在第一、第二轴运动机构上，第三轴运动机构安装在横梁上；第三轴运动机构上安装有柱塞式挤出装置，柱塞式挤出装置包括竖向的支撑板，伺服电动缸固定于支撑板上，伺服电动缸的丝杠的端部与挤出头相连接，位于挤出头下方的料筒通过固定块安装在支撑板上，喷头固接于料筒的下部；柱塞式挤出装置与工作台配合，工作台安装在竖向的第四轴运动机构上，第四轴运动机构安装在底座一侧的竖支架上。本发明的柱塞式挤出装置使工作浆料均匀的挤出，确保了陶瓷零件的精度。

Description

陶瓷材料3D打印装备及其工作方法
技术领域
本发明涉及3D打印装备，特别是一种陶瓷材料3D打印装备及其工作方法。
背景技术
3D打印技术是一种新型的快速增材技术，近几年发展迅猛，3D打印作为一种增材加工的方法，能够打印三维实体模型，对于该技术在各种不同领域的讨论也越来越多。目前，浆料挤出方式的陶瓷3D打印多采用大直径简单料仓供料或者料泵供料，挤出压力较小，导致挤出孔直径较大且流量不稳定，导致陶瓷坯料精度较低，从而影响陶瓷零件的致密度，影响工作进度和产品质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种陶瓷材料3D打印装备及其工作方法，工作浆料均匀的挤出，确保了陶瓷零件的精度。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种陶瓷材料3D打印装备，包括底座，置于底座两端的左、右机架，左、右机架上分别设有纵向的第一、第二轴运动机构，横梁的两端安装在第一、第二轴运动机构上，第三轴运动机构安装在横梁上；第三轴运动机构上安装有柱塞式挤出装置，塞式挤出装置包括竖向的支撑板，伺服电动缸固定于支撑板的中上部，伺服电动缸的丝杠的端部与挤出头相连接，位于挤出头下方的料筒通过固定块安装在支撑板上，喷头固接于料筒的下部；柱塞式挤出装置与工作台配合，工作台安装在竖向的第四轴运动机构上，第四轴运动机构安装在底座一侧的竖支架上。
上述陶瓷材料3D打印装备的工作方法，按如下步骤进行:
（1）在3D打印装备工作前将所需原材装满料筒；
（2）通过控制伺服电动缸使与其丝杠连接的挤出头下降，当挤出头进入料筒且刚开始进入料筒时停止；
（3）利用软件建立模型、确定参数、生成代码，打开装备电源，传输数据至柱塞式陶瓷材料3D打印装备；
（4）柱塞式陶瓷材料3D打印装置的X、Y、Z轴运动方向上的第一轴运动机构4和第二轴运动机构5、第三轴运动机构6、第四轴运动机构7通过利用其上的导轨副、传动机构和电机进行位置归零运动；
（5）根据传输数据，柱塞式陶瓷材料3D打印装置通过X、Y轴方向上的轴运动机构控制柱塞式挤出装置在二维平面上的位置；通过Z轴方向上的轴运动机构确定工作台的上下位置；
（6）柱塞式挤出装置工作，通过控制伺服电动缸带动挤出头向下运动使料筒中的工作原料不断通过喷头流出；
（7）工作台的加热装置，根据浆料性质进行调热；
（8）完成打印。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：
使用方便，结构简单，成本较低，操作简便；柱塞式挤出装置使工作浆料均匀的挤出，确保了陶瓷零件的精度。
进一步的，本发明的优化方案是：
第一轴运动机构包括安装在轴支架上的导轨副和传动机构，导轨副包括第一导轨和第二导轨，第一滑块与第一导轨配合，第二滑块与第二导轨配合，传动机构置于第一导轨和第二导轨中间，传动机构包括丝杠和丝杠螺母，第一滑块、第二滑块和丝杠螺母分别与支撑板固接，丝杠的一端与步进电机连接。
第一导轨和第二导轨的截面为矩形或燕尾形结构。
工作台包括工作台面，工作台面安装在工作台支架上，工作台面和工作台支架之间设有加热块，工作台面和工作台支架通过螺栓连接，弹性件套装在工作台面和工作台支架之间的螺栓上。
弹性件是弹簧。
伺服电动缸、挤出头、料筒和喷头在同一轴线上。
附图说明
图1是本发明实施例的立体结构示意图；
图2是轴运动机构示意图；
图3是图2的A-A视图；
图4是工作台立体结构示意图；
图5是挤出装置立体结构示意图；
图6是料筒结构示意图；
图中：底座1；左机架2；右机架3；第一轴运动机构4；步进电机4-1；联轴器4-2；第一导轨4-3；第二导轨4-4；轴支架4-5；第一滑块4-6；丝杠螺母4-7；第二滑块4-8；丝杠4-9；支撑板4-10；第二轴运动机构5；第三轴运动机构6；第四轴运动机构7；工作台8；工作台面8-1；工作台支架8-2；加热块8-3；弹簧8-4；螺栓8-5；挤出装置9；料筒9-1；挤出头9-2；电动缸支撑板9-3；伺服电动缸9-4；喷头9-5；固定块9-6；横梁10；横梁支架11；竖支架12。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详述本发明。
参阅图1，一种陶瓷材料3D打印装备，底座1的两端分别焊接有左机架2和右机架3，左机架2和右机架3是结构件，左机架2和右机架3平行设置，左机架2和右机架3是框架结构。左机架2的上端面安装有纵向的第一轴运动机构4（图2、图3所示），第一轴运动机构4的轴支架4-5上安装有导轨副和传动机构，导轨副由第一导轨4-3、第二导轨4-4、第一滑块4-6和第二滑块4-8构成，第一滑块4-6与第一导轨4-3配合，第二滑块4-8与第二导轨4-4配合，第一导轨4-3和第二导轨4-4的截面为矩形或燕尾形结构。传动机构置于第一导轨4-3和第二导轨4-4的中间，传动机构由丝杠4-9、丝杠螺母4-7、联轴器4-2和步进电机4-1构成，丝杠螺母4-7旋合在丝杠4-9上，丝杠4-9的一端通过联轴器4-2与步进电机4-1连接。第一滑块4-6、第二滑块4-8和丝杠螺母4-7的上表面共面且分别与支撑板4-10焊接，支撑板4-10为U形。
第一轴运动机构4的步进电机4-1转动带动丝杠4-9转动，丝杠4-9的转动使丝杠4-9上的丝杠螺母4-7发生移动，与丝杠螺母4-7连接的支撑板4-10发生移动，与支撑板4-10连接的第一滑块4-6和第二滑块4-8分别沿第一导轨4-3和第二导轨4-4发生移动，第一轴运动机构4的第一导轨4-3和第二导轨4-4及第一滑块4-6和第二滑块4-8起支撑作用。
右机架3的上端面安装有第二轴运动机构5，第二轴运动机构5的结构和第一轴运动机构4的结构相同。第一轴运动机构4和第二轴运动机构5呈对称平行安装。第一轴运动机构4和第二轴运动机构5作为本实施例的Y轴。第一轴运动机构4和第二轴运动机构5的支撑板4-10上分别焊接有横梁支架11，横梁10的两端与横梁支架11通过螺栓连接，横向的第三轴运动机构6安装在横梁上，第三轴运动机构6作为本实施例的X轴，第三轴运动机构6的结构和第一轴运动机构4的结构相同。
第三轴运动机构6的支撑板4-10上安装有柱塞式挤出装置9（图5、图6所示），柱塞式挤出装置9安装在竖向的电动缸支撑板9-3上，电动缸撑板9-3通过螺栓与第三轴运动机构6的支撑板4-10连接，伺服电动缸9-4安装在电动缸支撑板9-3的中上部，伺服电动缸9-4的丝杠的端部与圆柱形的挤出头9-2通过螺纹连接，位于挤出头9-2下方的料筒9-1通过截面为U形的固定块9-6和螺栓安装在电动缸支撑板9-3上，挤出头9-2头部装有两个密封圈。喷头9-5安装在料筒9-1的下部，喷头9-5与料筒9-1螺纹连接。伺服电动缸9-4、挤出头9-2、料筒9-1和喷头9-5在同一轴线上。
工作台8与柱塞式挤出装置9（图4所示）配合，工作台8安装在竖向的第四轴运动机构7上，第四轴运动机构7安装在底座1一侧的竖支架12上，第四轴运动机构7作为本实施例的Z轴。工作台8的工作台面8-1安装在工作台支架8-2上，工作台支架8-2是结构件，工作台面8-1和工作台支架8-2通过4个螺栓8-5连接，4个螺栓8-5对称分布工作台面8-1上，工作台面8-1和工作台支架8-2之间安装加热块8-3，弹簧8-4套装在工作台面8-1和工作台支架8-2之间的螺栓上。工作台8通过弹簧8-4进行调平，加热块8-3能够加热平台。
Y轴运动方向上的第一轴运动机构4和第二轴运动机构5在步进电机的控制下进行同步的运动；X轴运动方向上的第三轴运动机构6控制柱塞式挤出装置9的左右移动；Y轴方向上的第一轴运动机构4和第二轴运动机构5控制柱塞式挤出装置9的前后移动；Z轴方向上的第四轴运动机构7控制工作台的上下移动。
本实施例所述的陶瓷材料3D打印装备，其工作方法按以下步骤进行:
（1）在3D打印装备工作前将所需原材装满料筒9-1；
（2）通过控制伺服电动缸9-4使与其丝杠连接的挤出头9-2下降，当挤出头9-2进入料筒9-1且刚开始进入料筒9-1时停止；
（3）利用软件建立模型、确定参数、生成代码，打开装备电源，传输数据至柱塞式陶瓷材料3D打印装备；
（4）柱塞式陶瓷材料3D打印装置的X、Y、Z轴运动方向上的第一轴运动机构4和第二轴运动机构5、第三轴运动机构6、第四轴运动机构7通过利用其上的导轨副、传动机构和步进电机进行位置归零运动；
（5）根据传输数据，柱塞式陶瓷材料3D打印装置通过X、Y轴方向上的第一轴运动机构4、第二轴运动机构5、第三轴运动机构6控制柱塞式挤出装置在二维平面上的位置；通过Z轴方向上的第四轴运动机构7确定工作台的上下位置；
（6）柱塞式挤出装置9工作，通过控制伺服电动缸9-4带动挤出头9-2向下运动使料筒9-1中的工作原料不断通过喷头9-5流出；
（7）工作台8的加热装置的加热块8-3，根据浆料性质进行调热；
（8）完成打印。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种陶瓷材料3D打印装备，包括底座，置于底座两端的左、右机架，其特征在于:左、右机架上分别设有纵向的第一、第二轴运动机构，横梁的两端安装在第一、第二轴运动机构上，第三轴运动机构安装在横梁上；第三轴运动机构上安装有柱塞式挤出装置，柱塞式挤出装置包括竖向的支撑板，伺服电动缸固定于支撑板上，伺服电动缸的丝杠的端部与挤出头相连接，位于挤出头下方的料筒通过固定块安装在支撑板上，喷头固接于料筒的下部；柱塞式挤出装置与工作台配合，工作台安装在竖向的第四轴运动机构上，第四轴运动机构安装在底座一侧的竖支架上。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料3D打印装备，其特征在于:第一轴运动机构包括安装在轴支架上的导轨副和传动机构，导轨副包括第一导轨和第二导轨，第一滑块与第一导轨配合，第二滑块与第二导轨配合，传动机构置于第一导轨和第二导轨中间，传动机构包括丝杠和丝杠螺母，第一滑块、第二滑块和丝杠螺母分别与支撑板固接，丝杠的一端与步进电机连接。
3.根据权利要求1所述的陶瓷材料3D打印装备，其特征在于:第一轴运动机构、第二轴运动机构、第三轴运动机构和第四轴运动机构的结构相同。
4.根据权利要求1所述的陶瓷材料3D打印装备，其特征在于:第一导轨和第二导轨的截面为矩形或燕尾形结构。
5.根据权利要求1所述的陶瓷材料3D打印装备，其特征在于:工作台包括工作台面，工作台面安装在工作台支架上，工作台面和工作台支架之间设有加热块，工作台面和工作台支架通过螺栓连接，弹性件套装在工作台面和工作台支架之间的螺栓上。
6.根据权利要求1所述的陶瓷材料3D打印装备，其特征在于:伺服电动缸、挤出头、料筒和喷头在同一轴线上。
7.根据权利要求5所述的陶瓷材料3D打印装备，其特征在于:弹性件是弹簧。
8.一种如权利要求1至6任意一项所述的陶瓷材料3D打印装备的工作方法，按如下步骤进行：
（1）在3D打印装备工作前将所需原材装满料筒；
（2）通过控制伺服电动缸使与其丝杠连接的挤出头下降，当挤出头进入料筒且刚开始进入料筒时停止；
（3）利用软件建立模型、确定参数、生成代码，打开装备电源，传输数据至柱塞式陶瓷材料3D打印装备；
（4）柱塞式陶瓷材料3D打印装置的X、Y、Z轴运动方向上的轴运动机构通过利用其上的导轨副、传动机构和步进电机进行位置归零运动；
（5）根据传输数据，柱塞式陶瓷材料3D打印装置通过X、Y轴方向上的轴运动机构控制柱塞式挤出装置在二维平面上的位置；通过Z轴方向上的轴运动机构确定工作台的上下位置；
（6）柱塞式挤出装置工作，通过控制伺服电动缸带动挤出头向下运动使料筒中的工作原料不断通过喷头流出；
（7）工作台的加热装置，根据浆料性质进行调热；
（8）完成打印。
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