CN108177335A - 熔体固体双相3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔体固体双相3D打印机，包括计算机、三维移动装置、打印平台、控制台、打印机构，采用熔体喷头和固体颗粒给料喷头双喷头打印方式，这样使得固体颗粒给料喷头输送的固体颗粒料准确的落在熔体喷头喷出的熔体路径上，固体颗粒料落在尚处于高温的熔体上经高温熔化表面使二者熔融连接待冷却后固化成型，类似“砌墙”模式熔体层和固体层循环往复层层叠加。本发明的熔体固体双向打印的3D打印机打印一层即相当于打印了一层熔体层和一层固体层两层结合，大大缩短3D打印成型时间，实现了高效率成型，防止了熔体冷却速度较慢引起的喷出的熔体落在尚未冷却的路径上引起的熔融塌陷现象，固体颗粒落在熔体路径上可以显著降低熔体温度防止塌陷。

Description

熔体固体双相3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种熔体固体双相3D打印机。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，即应用快速成型技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的设备。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现在正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。现阶段三维打印机被用来制造产品，将数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。
熔融堆积3D打印技术(FDM)是现在使用较为普遍的一种3D打印技术，然而该技术存在着如下缺陷：(1)靠驱动轮挤丝的方式来熔融塑料材料，且需要层层叠加打印方式，这限制了打印速度。(2)若材料的冷却速度较慢则会导致局部塌陷问题出现，因此其使用材料的范围大大缩小。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于熔体固体双相3D打印方法的高效率多功能新型3D打印设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种熔体固体双相3D打印机，包括计算机、三维移动装置、打印平台、控制台、打印机构。三维移动装置包括三个方向上的驱动轴即X向驱动轴、Y向驱动轴、Z向驱动轴，打印机构放置于X向驱动轴上且可随X向驱动轴左右移动，计算机通过数据线控制控制台进行打印机构的三维移动。
所述打印机构包括熔体喷头、固体颗粒给料喷头、自动给料计数装置、加热环、塑化螺杆、异步电机、固体给料箱、旋转装置和给料斗，计算机通过控制异步电机和自动给料计数装置控制熔体和固体颗粒的进料状况，自动给料计数装置固定于旋转装置上且可绕熔体喷头旋转，自动给料计数装置通过固体颗粒输送管与固体给料箱相连，固体颗粒输送管可根据所需材料的类型及颜色种类需要连接多条，多条固体颗粒输送管通过自动给料计数装置根据当前所需固体颗粒种类情况进行分时分段输送，自动给料计数装置固定于旋转装置上可绕熔体喷头轴心作旋转运动，控制台位于打印平台的最下端。
该3D打印机采用熔体喷头和固体颗粒给料喷头双喷头打印方式，在打印过程中，通过旋转装置使固体颗粒给料喷头随时处于熔体喷头前进方向的反方向侧，即固体颗粒给料喷头随时跟随在熔体喷头的后面。两个喷头同时工作，这样使得固体颗粒给料喷头输送的固体颗粒料准确的落在熔体喷头喷出的熔体路径上，固体颗粒料落在尚处于高温的熔体上经高温熔化表面使二者熔融连接待冷却后固化成型，类似“砌墙”模式熔体层和固体层循环往复层层叠加。
本发明的有益效果是，普通采用层层打印的3D打印机在打印时只能一层一层的打印，而采用了本发明的熔体固体双向打印的3D打印机打印一层即相当于打印了一层熔体层和一层固体层两层结合，这将大大缩短3D打印成型时间，实现了高效率成型，同时防止了熔体冷却速度较慢引起的喷出的熔体落在尚未冷却的路径上引起的熔融塌陷现象，固体颗粒落在熔体路径上可以显著降低熔体温度防止塌陷。
附图说明
图1是本发明的采用熔体固体双相打印技术的高效率多功能3D打印机的结构示意图；
图2是本发明的采用熔体固体双相打印技术的高效率多功能3D打印机的打印机构的结构示意图。
图3是本发明的基于熔体固体双相打印技术运用三种不同颜色色母粒打印出的一种实例图。
图中：1.控制台数据线，2.计算机，3.自动给料计数装置数据线，4.异步电机数据线，5.Z向驱动轴，6.打印机构，7.Y向驱动轴，8.X向驱动轴，9.打印平台，10.控制台，11.色母粒a，12熔体喷头，13.旋转装置，14.加热装置，15.机筒，16.塑化螺杆，17.异步电机，18.色母粒a输送管，19.给料斗，20.固体给料箱，21.色母粒b输送管，22.色母粒c输送管，23.自动给料计数装置，24.固体颗粒给料喷头，25.色母粒c，26.色母粒b。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的快速成型方法，因此仅显示与本发明有关的构成。
图1所示的是一种采用熔体固体双相打印的3D打印机结构简图，包括计算机2、Z向驱动轴5、打印机构6、Y向驱动轴7、X向驱动轴8、打印平台9、控制台10。打印机构6放置在X向驱动轴8上，X向驱动轴8、Y向驱动轴7、Z向驱动轴5构成了三维移动控制体系控制打印机构6按指定轨迹移动，计算机2通过异步电机数据线4与异步电机17连接控制其转速大小，计算机2通过自动给料计数装置数据线3与自动给料计数装置23连接使其根据需要分时分段输送不同种类的色母粒，计算机2通过控制台数据线1与控制台10连接控制打印机构6的三维移动。
图2所示的是该3D打印机的打印机构的结构示意图，打印机构6包括熔体喷头12、旋转装置13、加热装置14、机筒15、塑化螺杆16、异步电机17、色母粒a输送管18、给料斗19、固体给料箱20、色母粒b输送管21、色母粒c输送管22、自动给料计数装置23、固体颗粒给料喷头24，自动给料计数装置23固定在旋转装置13上可绕熔体喷头12轴心旋转，塑化螺杆16将固态物料塑化为熔融态，加热装置14位于机筒15周围对聚合物进行加热，熔融态物料通过位于机头最下方的熔体喷头12喷射在打印平台9上，固体给料箱20可以分别给三种色母粒(色母粒a11、色母粒c25、色母粒b26)输送管输送物料颗粒。
下面通过图3的一种运用实例叙述其打印出英文字母“BH”及其花边的实例图，其中边框用色母粒b26进行打印，字母“BH”用色母粒a11进行打印，其余背景用色母粒c25进行打印。在打印过程中我们通过计算机2构建物体三维模型及设计轨迹路径，通过计算机2控制异步电机17和控制台10来控制熔体的挤出速度和打印路径，通过计算机2控制自动给料计数装置23来控制不同颜色的色母粒的分时分段输送，在打印工作进行时，计算机2控制自动给料计数装置23通过旋转装置13旋转使其随时处于打印速度方向的反方向，熔体喷头12和固体颗粒给料喷头24沿打印路径同时出料，由于固体颗粒给料喷头24时刻处于熔体喷头12前进的反方向，所以固体颗粒给料喷头24喷出的色母粒将平稳的落在熔体喷头12喷出的熔体路径上，色母粒与尚未冷却的熔体路径相接触受热表面熔化使其二者熔融结合，这样层层叠加，打印机打印一层即相当于打印了一层熔体层一层固体层，提高了打印效率，同时防止了熔体冷却速度较慢引起的喷出的熔体落在尚未冷却的路径上引起的熔融塌陷现象，固体颗粒落在熔体路径上可以显著降低熔体温度防止塌陷。
本专利中色母粒的形状是可变化的，可以为长方形、正方形、球形、椭球形等，一般情况下优选球形色母粒。色母粒的大小可根据需要进行调整，如可在需要精细做工的地方采用小色母粒进行打印修饰而在表面不需精工时采用大颗粒快速打印，这将缩短成型时间，提高成型效率。色母粒的颜色可根据需要进行配置，可以选用任意多种颜色组合进行打印。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术范围。

Claims (5)

1.熔体固体双相3D打印机，其特征在于：主要包括计算机、三维移动装置、打印平台、控制台和打印机构，三维移动装置包括三个方向上的驱动轴即X向驱动轴、Y向驱动轴、Z向驱动轴，打印机构放置于X向驱动轴上且可随X向驱动轴左右移动，计算机通过数据线控制控制台进行打印机构的三维移动；所述打印机构包括熔体喷头、固体颗粒给料喷头、自动给料计数装置、加热环、塑化螺杆、异步电机、固体给料箱、旋转装置和给料斗，计算机通过控制异步电机和自动给料计数装置控制熔体和固体颗粒的进料状况，自动给料计数装置固定于旋转装置上且可绕熔体喷头旋转，自动给料计数装置通过固体颗粒输送管与固体给料箱相连，自动给料计数装置固定于旋转装置上可绕熔体喷头轴心作旋转运动，控制台位于打印平台的最下端。
2.根据权利要求1所述的熔体固体双相3D打印机，其特征在于：固体颗粒输送管可根据所需材料的类型及颜色种类需要连接多条，多条固体颗粒输送管通过自动给料计数装置根据当前所需固体颗粒种类情况进行分时分段输送。
3.根据权利要求1所述的熔体固体双相3D打印机，其特征在于：在打印过程中，通过旋转装置使固体颗粒给料喷头随时处于熔体喷头前进方向的反方向侧。
4.根据权利要求1所述的熔体固体双相3D打印机，其特征在于：固体颗粒给料喷头输送的固体颗粒料准确地落在熔体喷头喷出的熔体路径上，固体颗粒料落在尚处于高温的熔体上经高温熔化表面使二者熔融连接待冷却后固化成型。
5.根据权利要求1所述的熔体固体双相3D打印机，其特征在于：固体颗粒的形状为长方形、正方形、球形或椭球形。
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