CN108367464A - 在3d喷射打印机上打印的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增加制造领域，即通过聚合物材料的连续沉积(分层)来制造三维物体，更特别是，本发明涉及3D喷射打印技术。本发明的在3D喷射打印机上打印的方法包括：控制3D打印机的打印头的移动；将至少两根可熔材料的长丝供给打印头；通过温控加热器来加热该长丝；通过打印机控制模块来交替起动喷嘴中的一个；以及将长丝增压供给有效喷嘴。在转换喷嘴的过程中，打印机控制模块起动打印头移动模块，该打印头移动模块使得喷嘴中的一个转移至有效位置。可运动平台的运动改变喷嘴相对于用于喷嘴的阀的位置、关闭无效喷嘴的开口和打开有效喷嘴的开口。一旦可运动平台完全固定在有效喷嘴起动位置，打印机就使用有效喷嘴继续打印。技术效果是提高了生产3D模型的质量。

Description

在3D喷射打印机上打印的方法
技术领域
本发明涉及增加制造领域，即通过材料(特别是聚合物材料)的连续沉积(分层)来制造三维物体，更特别是，本发明涉及3D喷射打印技术。目前的技术方案能够在工业上用于制造较宽适用性的3D模型，该3D模型可用于科学、教育、工程、医学和其它领域中。
背景技术
本说明书中公开的技术涉及3D喷射打印领域，该3D喷射打印主要实施为使用分配头部、喷嘴(或多个喷嘴)、用于调节和控制3D打印机的头部的功能的元件、用作工作材料的聚合物结构材料(热塑性材料)。
本领域中已知类似的技术方案，它基本包括：3D喷射打印机的分配头部将加热的热塑性塑料(聚合物材料)液滴压出至冷却的基部平台上。液滴快速固化显影，从而将形成多层物体。
WO 2015038072(BIO3D TECHNOLOGIES PTE LTD，SG)，B33Y10/00(19.03.2015)公开了使用具有可更换打印模块(喷嘴)的3D打印机的喷射打印方法。
在以下专利文献中公开了类似的解决方案：CN203945698，(CHEN LIANG)，19.11.2014-“3D(三维)打印机头”，CN203945690，(黑龙江省科学院自动化研究所)，19.11.2014“基于熔融沉积快速成型技术的3D打印机”，CN104149352(三亚市四海创新机电工程有限公司，陈明桥)，19.11.2014-“用于3D打印机的打印头”。
还有，在本领域中还已知3D喷射打印技术，特别是在Stratasys公司的US5121329(公开日为1992年6月9日，“Apparatus and method for creating three-dimensionalobjects”)、Stratasys，Inc.的US5340433(公开日为1994年8月23日，“Modeling apparatusfor three-dimensional objects”)、Stratasys，Inc.的US5738817(公开日为1998年4月14日，“Solid freeform fabrication methods”)、Stratasys，Inc.的US5764521(公开日为1998年6月9日，“Method and apparatus for solid prototyping”)和Stratasys，Inc.的US6022207(公开日为2000年2月8日，“Rapid prototyping system with filament supplyspool monitoring”)。
这些专利公开了用于实施的技术和装置(设备)，该技术包括通过“逐层”挤出沉积建造材料(通常为聚合物)根据预先制备的模型来创建3D物体。
在操作中，建造材料通过分配头的喷嘴来供给，并在XY平面中作为一系列条带而沉积在基底上。然后，打印头在一个步骤中沿Z轴(垂直于XY平面)升高离开基板，且重复该处理，以便形成与CAD模型类似的3D物体。
当需要执行与更换建造材料相关的操作时，这些已知的方法和装置需要将打印头和挤出器从打印区域移除以及另外加热和冷却喷嘴，这花费额外的时间。
本发明的最接近的现有技术是2009年12月1日公开的US7625200，它介绍了3D打印机和在3D喷射打印机上打印的方法，该方法包括可控制地移动3D打印机的打印头，将至少两根可熔材料长丝供给打印头，通过温控加热器来加热长丝，同时通过打印机控制模块来交替地起动一个喷嘴，以及在压力下将长丝供给起动(有效)的喷嘴；但是它的加热没有停止，无效喷嘴保持打开。
这种最接近的现有技术的严重缺点是技术效能较差，这让自己能够看到，当通过不同材料(例如，颜色或密度不同)用3D喷射打印一个物品(一个模型)时，处理必须不时中断，因为在利用两种或更多材料同时打印时固然有打印头的无效喷嘴的强制停止，这是更换建造材料(例如，性质不同的聚合物)所需的条件，即预热一个喷嘴和加热另一喷嘴。当该最接近的现有技术的装置操作时，两个喷嘴保持加热，并且塑料将从当前无效的喷嘴泄漏出来。泄漏的塑料将落入可打印区域，从而干扰打印图形。该装置的另一缺点是，在闲置期间，塑料保留在喷嘴上，该塑料固化，从而形成毛刺，该毛刺将最终阻碍泵送建造材料和干扰打印图形。
发明内容
本发明技术方案的目的是提供一种没有上述缺点的、在3D喷射打印机上打印的新方法。
该技术方案的技术效果是提高产生的3D模型的质量，同时缩短产生一个3D模型的时间。
该目的通过提供一种在3D喷射打印机上打印的方法来实现，该方法包括以下步骤：可控制地移动3D打印机的打印头；将至少两根可熔材料的长丝供给打印头；通过温控加热器来加热该长丝，同时通过打印机控制模块来交替起动喷嘴中的一个；以及在压力下将长丝供给有效喷嘴。当转换打印头的喷嘴时，打印机的控制模块起动凸轮齿轮马达，该凸轮齿轮马达使得凸轮齿轮旋转，可运动平台环绕枢轴螺钉的轴线推进，该可运动平台的轨迹受到引导辊的限制，并由该引导辊引导；当可运动平台运动时，通过使得进入无效状态的喷嘴的从动齿轮和驱动齿轮脱开以及连接进入有效状态的喷嘴的从动齿轮，从而使得喷嘴中的一个进入它的有效状态，可运动平台的行进使得喷嘴相对于用于该喷嘴的阀的位置移动；当可运动平台完全固定在第一喷嘴的起动位置时，打印机继续通过第一喷嘴来打印，保留在无效喷嘴上的毛刺通过用于该喷嘴的阀的开口的边缘来切除。
在本发明方法的一个实施例中，当打印头行进时，切除的毛刺通过提供在打印头的引导元件上的帽来除去。
在本发明方法的另一实施例中，由加热的喷嘴产生的热量通过在用于喷嘴的阀中的开口来除去。
附图说明
附加的附图将帮助理解本发明的本质。应该知道，这些附图只是本发明的一些实施例的示例说明，并不限制本发明的任何其它实施例。
图1是3D打印机的打印头的总体视图；
图2是3D打印机的打印头的可运动平台在其初始位置的总体视图；
图3表示了当喷嘴9起动时打印头的位置；
图4表示了当喷嘴10起动时打印头的位置；
图5表示了在一个实施方案中的、用于喷嘴的阀。
图6是在另一实施方案中的、用于喷嘴的阀的仰视图，其中提供了散热孔。
图1-5表示了以下结构部件：
1-引导辊；
2-枢轴螺钉；
3-凸轮齿轮；
4-位置捕获器；
5-用于喷嘴的阀；
6-驱动齿轮；
7-第二喷嘴从动齿轮；
8-第一喷嘴从动齿轮；
9-具有加热器的第二喷嘴；
10-具有加热器的第一喷嘴；
11-可运动平台。
具体实施方式
在3D喷射打印机上打印的方法工作如下。
首先，确定用于打印的必要参数和条件，例如打印的分辨率；打印头的行进速度；物品外部包络的厚度；塑料填充百分率(从0％(当制造空心物品时)到100％)；当模型有伸出元件时，需要建造支承结构；通过控制打印头的风扇的操作来冷却温度；需要在3D模型的基部上添加“裙边”，以便在打印处理开始时提高建造物品的初始层与工作台表面的粘接以及在打印过程中防止物品移动；打印基材的需要；消耗材料(塑料)的参数等。对于各种类型的塑料，将选择用于使得打印头内的塑料熔化的加热器温度以及在打印3D模型的第一层和随后层时工作台表面的温度。支承结构可以使用一个打印头而由模型的材料来建造，该支承结构设计和制造成与建造的模型有间隙，以便很容易地将它从最终物品的表面上移除。在其它情况下，支承结构可以使用第二喷嘴由不同的材料来制成。一些上述参数在表1中通过以下塑料的实例来表示：
-ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂)-基于丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚物的抗冲击技术热塑性树脂；
-PLA-可生物降解、可生物相容的热塑性脂肪族聚酯；以及
-HIPS-一种高抗冲击的聚苯乙烯，它的特性类似于ABS-长丝，从而影响阻力和硬度；它完全可溶于Limonen(液态烃)中。
HIPS用作ABS的支承材料。
在使用带有图形软件(例如Kompas 3D、AutoCAD、SolidWorks、Blender、3d Max、Google SketchUp)的PC来开始打印之前，将形成3D模型，该3D模型将与打印机的参数相对应。当形成时，该模型下载至相应软件(例如Polygon、Slic3r、KISSlicer)中，该软件提供模型分层(根据打印机设置)和准备打印任务。一旦准备好打印任务，就检查打印机的准备状况，然后使用可用接口来将任务发送给打印机。
准备打印任务将如下进行。当完成开始打印所需模型的所有操作时，该模型转换成打印机可理解的任务。存在于计算机代码(例如g代码)中的任务在将模型分成多层的过程中形成。层数由所需的分辨率来确定，并受特殊打印机的可能分辨率的限制。在准备任务时，将确定模型的所需强度特性、打印分辨率、打印速度以及伸出元件所需的建造支承结构。
(需要时，支承结构包括在模型分层过程中自动形成的元件，这些支承元件形成用于物品元件的支承平面，支承结构可以包括与构建物品相同的材料，或者它可以包括不同材料，根据特殊的打印机型号，该材料可以溶解在水或其它特殊液体中。)
对于各层，根据选择参数(壁厚、填充百分率等)来构造打印头行进的矢量-轮廓和内部结构。
当制造新层时，首先画出轮廓，然后根据填充百分率来填充该轮廓。当穿过模型的整个高度时，建造支承结构，然后将任务输出至准备好的文件中。
一旦准备好打印任务，就建立与打印机的连接。检查打印机的各机械单元的工作能力和所选消耗材料的可用性。然后通过网络接口或使用便携式信息载体而将准备好的打印任务下载至打印机的控制器中。
当完成所有准备时，开始打印。
当需要变化材料时，打印头的喷嘴能够转换，同时最少地中断打印处理。可运动平台(11)的位置由可运动平台的位置传感器来确定，该位置由位置捕获器(4)来限制。可运动平台的位置传感器能够确定两个位置：位置1和位置2。位置1是用于第二喷嘴(9)的操作所需的位置，位置2是用于第一喷嘴(10)的操作所需的位置。当需要使喷嘴(9)进入操作状态时，打印机控制模块(母板)启动凸轮齿轮马达，该凸轮齿轮马达使得凸轮齿轮旋转。
可运动平台(11)绕枢轴螺钉(2)的轴线推进，该可运动平台(11)的轨迹由引导辊(1)来限制和引导。当可运动平台(11)从有效喷嘴(9)的位置行进至有效喷嘴(10)的位置时，第二喷嘴从动齿轮(7)与驱动齿轮(6)分离，而第一喷嘴从动齿轮(8)与驱动齿轮(6)连接。可运动平台(11)的移动使得喷嘴相对于用于喷嘴的阀(5)(见图1)的位置移动，从而关闭第二喷嘴(9)的开口和打开第一喷嘴(10)的开口。当可运动平台(11)完全固定在第一喷嘴的起动位置时，打印机通过第一喷嘴来继续打印。
用于喷嘴的阀(5)能够实施为以下设计形式中的一种。用于喷嘴的阀的结构能够呈现为单个板，该板有用于有效喷嘴的孔，另外还有毛刺去除孔，该毛刺去除孔与用于喷嘴的孔对齐。
当可运动平台从使得一个喷嘴有效的位置行进至使得另一喷嘴有效的位置时，一个毛刺去除孔的边缘从喷嘴上切除材料残留物(毛刺)，从而使它的状态从有效变成无效，同时，用于喷嘴的阀关闭无效喷嘴，同时，有效喷嘴容纳在板的合适孔中。
为了除去由加热的喷嘴产生的热量，在用于喷嘴的阀上提供了弓形开口(图6表示了有两个弓形开口的实施例)。
从喷嘴上切除的毛刺通过提供在打印头的引导元件上的帽来除去。
要求保护的打印机的优点在于，在变化材料时使用一个挤压器，通过改变喷嘴位置(使喷嘴从工作位置移动至等待位置)来提供该变化，这能够快速地改变供给挤出器的材料，从而加速制造3D模型的处理。还有，由于从无效喷嘴上除去毛刺，因此提高了生产质量，该操作能够实现更高质量的3D打印以及当喷嘴起动时装置的无故障操作。这大大缩短了3D打印的时间和制造3D模型的时间。

Claims (5)

1.一种在3D喷射打印机上打印的方法，包括：控制3D打印机的打印头的移动；将至少两根可熔材料的长丝供给打印头；通过温控加热器来加热该长丝；通过打印机控制模块来交替起动喷嘴中的一个；以及将长丝增压供给有效喷嘴；其特征在于：在转换喷嘴的过程中，打印机控制模块起动打印头移动模块，该打印头移动模块使得喷嘴中的一个转移至有效位置，可运动平台的运动改变喷嘴相对于用于喷嘴的阀的位置、关闭无效喷嘴的开口和打开有效喷嘴的开口，一旦可运动平台完全固定在有效喷嘴的起动位置，打印机就使用有效喷嘴继续打印。
2.根据权利要求1所述的在3D喷射打印机上打印的方法，其中：所述打印头移动模块包括凸轮齿轮马达，该凸轮齿轮马达使凸轮齿轮旋转；可运动平台绕枢轴螺钉的轴线推进，该可运动平台的轨迹由引导辊限制和引导，当可运动平台运动时，通过使得进入无效状态的喷嘴的从动齿轮和驱动齿轮脱开以及连接进入有效状态的喷嘴的从动齿轮，从而使得喷嘴中的一个进入它的有效状态。
3.根据权利要求1所述的在3D喷射打印机上打印的方法，其中：在3D打印机的打印头的移动过程中，残留在无效喷嘴上的毛刺通过用于喷嘴的阀的开口的边缘来切除。
4.根据权利要求1所述的在3D喷射打印机上打印的方法，其中：在3D打印机的打印头的移动过程中，切除的毛刺通过提供在打印头的引导元件上的帽来除去。
5.根据权利要求1所述的在3D喷射打印机上打印的方法，其中：由加热的喷嘴产生的热量通过在用于喷嘴的阀中的开口来除去。
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