CN108582777B - 一种熔融式3d打印装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融式3D打印装置及方法，包括气体保护装置，气体保护装置上设置有用于向其中充入氮气或惰性气体的进气嘴，气体保护装置的内侧底部设置有打印平台，气体保护装置的内壁上设置有3D传动机构，3D传动机构上连接有转换转盘，转换转盘底部连接有用于向打印平台喷涂金属打印材料的金属熔炉和用于向打印平台喷涂塑料打印材料的塑料熔炉，3D传动机构上还连接有用于向打印材料层与层之间吹气体的气体喷头。本发明可以最大程度上减少层与层之间的痕迹，提高零件外形效果，并且可以实现精确控制打印量。

Description

一种熔融式3D打印装置及方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种熔融式3D打印装置及方法。
背景技术
3D打印是当今获得快速发展的一种新型加工技术，特别适合各种个性化加工和单件小批量加工。3D打印技术一般采用分层打印的原理实现，即将所需要打印的3D模型分解为薄片，通过控制平面定位系统，每次打印一个薄片，然后将高度提升一个台阶，打印下一个薄片，通过反复打印薄片，最终形成的3D外形。
通常的3D打印技术包括以下几种：激光烧结、激光敏感技术、熔丝制造等。激光烧结的3D技术是通过激光高速加热，使粉末冶金材料熔化并成型，激光感光技术是使光敏材料固化成型。塑料熔丝制造是采用塑料丝进行热粘结技术，通过反复加热缠绕的塑料丝，并使之粘结在一起，成为所需的形状。
然而，目前所采用的以上技术的3D打印机产品均存在各种问题。例如表面分辨率偏低，同时适应的材料品种较少，打印范围较窄，以及加工速度慢的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供了一种熔融式3D打印装置及方法。本发明可以最大程度上减少层与层之间的痕迹，提高零件外形效果，并且可以实现精确控制打印量。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种熔融式3D打印装置，包括气体保护装置，气体保护装置上设置有用于向其中充入氮气或惰性气体的进气嘴，气体保护装置的内侧底部设置有打印平台，气体保护装置的内壁上设置有3D传动机构，3D传动机构上连接有转换转盘，转换转盘底部连接有用于向打印平台喷涂金属打印材料的金属熔炉和用于向打印平台喷涂塑料打印材料的塑料熔炉，转换转盘底部还连接有用于向打印材料层与层之间吹气体的气体喷头。
进一步地，所述气体喷头喷出的气体为能够提高或降低打印材料的固化时间的气体。
进一步地，所述金属熔炉的顶部连接有金属熔炉进气管，底部连接有金属熔炉喷嘴，金属熔炉进气管上连接有金属熔炉第一通断阀，金属熔炉喷嘴上连接有金属熔炉第二通断阀。
进一步地，所述金属熔炉第二通断阀为具有回吸功能的通断阀。
进一步地，所述塑料熔炉的顶部连接有塑料熔炉进气管，底部连接有塑料熔炉喷嘴，塑料熔炉进气管上连接有塑料熔炉第一通断阀，塑料熔炉喷嘴上连接有塑料熔炉第二通断阀。
进一步地，所述塑料熔炉第二通断阀为具有回吸功能的通断阀。
一种熔融式3D打印方法，开始打印前将打印材料按照金属和塑料分类，分别放入金属熔炉和塑料熔炉内，转动转换转盘，将要使用的熔炉处于打印的起点，当更换熔炉时，转动转换转盘将要使用的熔炉转至打印位置即可，整个过程中通过进气嘴向气体保护装置中通入氮气或惰性气体，且在打印过程中通过气体喷头向打印材料层与层之间吹气体。
进一步地，所述金属熔炉的顶部连接有金属熔炉进气管，底部连接有金属熔炉喷嘴，金属熔炉进气管上连接有金属熔炉第一通断阀，金属熔炉喷嘴上连接有金属熔炉第二通断阀，当采用金属熔炉时，打开金属熔炉第一通断阀，然后从金属熔炉进气管通入用于防止金属熔化后被氧化的保护气体，直至金属熔炉进气管中保持稳定的气体压力，然后接通金属熔炉的电源，金属打印材料变成熔融状态，在3D传动机构的驱动下，金属熔炉在三维空间内移动，金属打印材料则根据设置喷在要求位置，从而实现三维物体打印。
进一步地，所述塑料熔炉的顶部连接有塑料熔炉进气管，底部连接有塑料熔炉喷嘴，塑料熔炉进气管上连接有塑料熔炉第一通断阀，塑料熔炉喷嘴上连接有塑料熔炉第二通断阀，当采用塑料熔炉时，打开塑料熔炉第一通断阀，然后从塑料熔炉进气管通入用于防止塑料熔化后被氧化的保护气体，直至塑料熔炉进气管中保持稳定的气体压力，然后接通塑料熔炉的电源，塑料打印材料变成熔融状态，在3D传动机构的驱动下，塑料熔炉在三维空间内移动，塑料打印材料则根据设置喷在要求位置，从而实现三维物体打印。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明主要包括3D传动机构、转换转盘、金属熔炉、塑料熔炉、气体喷头、气体保护装置、打印平台等。金属熔炉和塑料熔炉安装在转换转盘上，通过转动转换转盘，可以切换打印位置上方的熔炉类型，从而实现打印材料的快速切换。在打印过程中，气体喷头会一直向熔炉打印材料出口处喷气体，该气体可以加速打印材料的固化时间，同时通过控制气体喷头的角度可以对刚从熔炉喷出的打印材料起到整形作用，从而提高打印精度，整个打印过程均在气体保护装置内，该装置内一直通入氮气或惰性气体，保证打印材料不会被氧化或者被其它气体腐蚀。
进一步地，金属熔炉和塑料熔炉为封闭式结构，在熔炉上方有一进气口，该进气口可以向熔炉内冲入定量或者定压的气体。通过控制通入气体的压力或流量可以控制从熔炉喷出的打印材料的量，从而实现精确控制打印量。在熔炉的出口处有一通断阀，用来控制打印材料从熔炉的通断，该通断阀具有回吸功能，当打印完毕后，将打印材料回吸至熔炉内，并停止从熔炉内继续喷出打印材料，防止打印材料在熔炉出口处凝结或有残留，从而影响下次打印效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明气体喷头的工作原理图；
图3为本发明的整体结构示意图；
图4为图3的D处放大图；
图5为本发明的气体保护装置示意图；
图6为本发明金属熔炉或塑料熔炉的结构示意图；
图7为本发明金属熔炉或塑料熔炉的剖视图。
其中，1、3D传动机构；2、转换转盘；3、金属熔炉；3a、金属熔炉第一通断阀；3b、金属熔炉进气管；3c、金属熔炉第二通断阀；4、塑料熔炉；5、气体喷头；6、气体保护装置；7、打印平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图7，一种熔融式3D打印装置，由3D传动机构1、转换转盘2、金属熔炉3、塑料熔炉4、气体喷头5、气体保护装置6组成。金属熔炉3、塑料熔炉4安装在转换转盘2上，转换转盘2和气体喷头5安装在转换转盘2上，在3D传动机构1的驱动下，转换转盘2可以实现在三维空间内移动，打印材料可以根据设置喷在要求位置，从而实现三维物体打印；3D传动机构1、转换转盘2、金属熔炉3、塑料熔炉4、气体喷头5均在气体保护装置6内部，气体保护装置6内部充满氮气或惰性气体，保证打印材料不会被氧化或者被其它气体腐蚀，金属熔炉3、塑料熔炉4安装在转换转盘2上，可以根据打印材料的材质特性选择相对应的熔炉，通过旋转转换转盘2可以实现材料的迅速切换，从而提高工作效率，金属熔炉3、塑料熔炉4为封闭式结构，在熔炉上方有一进气管，该进气管可以向熔炉内冲入定量或者定压的气体。通过控制通入气体的压力或流量可以控制从熔炉喷出的打印材料的量，从而实现精确控制打印量，在熔炉的出口处有一通断阀，用来控制打印材料从熔炉的通断，该通断阀具有回吸功能，当打印完毕后，停止从熔炉内继续喷出打印材料，并将打印材料回吸至熔炉内，防止打印材料在熔炉出口处凝结或有残留，从而影响下次打印效果，在打印过程中，气体喷头5会一直向熔炉打印材料出口处喷气体，该气体可以增加或减少打印材料的固化时间，同时通过控制气体喷头5的角度可以对刚从熔炉喷出的打印材料起到整形作用。
下面结合实施例对本发明做详细描述：
一种熔融式3D打印装置，如图1和图3所示，由3D传动机构1、转换转盘2、金属熔炉3、塑料熔炉4、气体喷头5、气体保护装置6、打印平台7组成。
开始打印前将打印材料按照金属和塑料分类，分别放入金属熔炉3和塑料熔炉4内。转动转换转盘2，将要使用的熔炉处于打印的起点。金属熔炉3和塑料熔炉4工作方式相同，以金属熔炉为例进行说明。如图6所示，将打印材料放入金属熔炉3后，封闭熔炉，打开金属熔炉第一通断阀3a，然后从金属熔炉进气管3b通入保护气体，该气体防止金属熔化后被氧化。通入保护气体一段时间后，金属熔炉进气管3b保持稳定的气体压力。接通熔炉的电源，打印材料变成熔融状态。在3D传动机构1的驱动下，金属熔炉3可以实现在三维空间内移动，打印材料可以根据设置喷在要求位置，从而实现三维物体打印。在打印过程中，金属熔炉第一通断阀3a和金属熔炉第二通断阀3c同时关闭或者打开。首先在临时打印点喷出打印材料，用来判断打印材料喷出的流量是否稳定。此时3D传动机构1的运动速度与打印材料喷出量进行匹配，保证打印材料喷出后没有堆积和断续打印的现象。如需要提高打印速度，可以将金属熔炉进气管3b的气体压力增大，同时提高3D传动机构1的运动速度，保证打印材料喷出量与3D传动机构1的运动速度匹配，从而实现打印速度的可调性。
在金属熔炉3喷出熔融的打印的同时气体喷头5会一直向熔炉打印材料出口处喷气体，该气体可以根据实际需要可以增加或减少打印材料的固化时间，同时通过控制气体喷头的角度可以对刚从熔炉喷出的打印材料起到整形作用，可以将层与层之间的过度更加圆滑，如图2所示，从而提高打印精度。气体喷头5的角度可以根据实际需要作出调整。金属熔炉第二通断阀3c用来控制打印材料从熔炉的通断，该金属熔炉第二通断阀3c具有回吸功能，当打印完毕后，将打印材料回吸至熔炉内，并停止从熔炉内继续喷出打印材料，防止打印材料在熔炉出口处凝结或有残留，从而影响下次打印效果。该3D打印装置可以根据实际要求分层打印3D物体，同时也可以螺旋式打印或者按照实际需要设置特殊轨迹。
整个打印过程均在气体保护装置6内，该装置内一直通入氮气或惰性气体，保证打印材料不会被氧化或者被其它气体腐蚀。

Claims (3)

1.一种熔融式3D打印方法，其特征在于，采用熔融式3D打印装置，所述熔融式3D打印装置包括气体保护装置(6)，气体保护装置(6)上设置有用于向其中充入氮气或惰性气体的进气嘴，气体保护装置(6)的内侧底部设置有打印平台(7)，气体保护装置(6)的内壁上设置有3D传动机构(1)，3D传动机构(1)上连接有转换转盘(2)，转换转盘(2)底部连接有用于向打印平台(7)喷涂金属打印材料的金属熔炉(3)和用于向打印平台(7)喷涂塑料打印材料的塑料熔炉(4)，转换转盘(2)底部还连接有用于向打印材料层与层之间吹气体的气体喷头(5)；
开始打印前将打印材料按照金属和塑料分类，分别放入金属熔炉(3)和塑料熔炉(4)内，转动转换转盘(2)，将要使用的熔炉处于打印的起点，当更换熔炉时，转动转换转盘(2)将要使用的熔炉转至打印位置即可，整个过程中通过进气嘴向气体保护装置(6)中通入氮气或惰性气体，且在打印过程中通过气体喷头(5)向打印材料层与层之间吹气体。
2.根据权利要求1所述的一种熔融式3D打印方法，其特征在于，所述金属熔炉(3)的顶部连接有金属熔炉进气管(3b)，底部连接有金属熔炉喷嘴，金属熔炉进气管(3b)上连接有金属熔炉第一通断阀(3a)，金属熔炉喷嘴上连接有金属熔炉第二通断阀(3c)，当采用金属熔炉时，打开金属熔炉第一通断阀(3a)，然后从金属熔炉进气管(3b)通入用于防止金属熔化后被氧化的保护气体，直至金属熔炉进气管(3b)中保持稳定的气体压力，然后接通金属熔炉(3)的电源，金属打印材料变成熔融状态，在3D传动机构(1)的驱动下，金属熔炉(3)在三维空间内移动，金属打印材料则根据设置喷在要求位置，从而实现三维物体打印。
3.根据权利要求1所述的一种熔融式3D打印方法，其特征在于，所述塑料熔炉(4)的顶部连接有塑料熔炉进气管，底部连接有塑料熔炉喷嘴，塑料熔炉进气管上连接有塑料熔炉第一通断阀，塑料熔炉喷嘴上连接有塑料熔炉第二通断阀，当采用塑料熔炉(4)时，打开塑料熔炉第一通断阀，然后从塑料熔炉进气管通入用于防止塑料熔化后被氧化的保护气体，直至塑料熔炉进气管中保持稳定的气体压力，然后接通塑料熔炉(4)的电源，塑料打印材料变成熔融状态，在3D传动机构(1)的驱动下，塑料熔炉(4)在三维空间内移动，塑料打印材料则根据设置喷在要求位置，从而实现三维物体打印。
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