CN108724697A - 一种基于fdm的面成型3d打印设备及方法 - Google Patents

一种基于fdm的面成型3d打印设备及方法 Download PDF

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    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
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Abstract

本发明公开了一种基于FDM的面成型3D打印设备及方法，该设备包括总打印喷头、打印喷嘴、送料管、水平平移系统、可升降打印平台以及喷嘴控制系统。总打印喷头上安装若干打印喷嘴，每个送料管安装于每个打印喷嘴上侧，总打印喷头安装于水平平移系统上，并由水平平移系统驱动作往复运动，每次打印一个层面，可升降打印平台位于总打印喷头下方，承载打印实体。本发明通过安装于总打印喷头的一排若干打印喷嘴同时工作的原理，打印喷嘴同时挤出丝材，相对于老式单喷嘴FDM打印设备，实现了FDM打印设备的面成型制造，提升了打印速度及效率。

Description

一种基于FDM的面成型3D打印设备及方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种基于FDM的面成型3D打印设备及方法。
背景技术
国内现有FDM打印设备原料形式主要为丝材，包括ABS、PLA等。与其他3D打印技术相比，FDM是唯一使用工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法，打印出的实体具备耐高热、耐腐蚀性化学物质、抗菌和抗强烈机械应力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生产工具。由于其成型材料种类多，成型件强度高、精度高，表面质量好，易于装配、无公害，可在办公室环境下进行等特点，使得该工艺发展极为迅速，目前FDM在全球已安装快速成形系统中的份额大约30％。FDM工作原理是将丝状热塑性材料由送丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态，经喷嘴挤出，熔融态的丝状材料被挤压出来，按照三维软件的分层数据控制的路径挤压并在指定的位置凝固成型，逐层沉积凝固，最后形成整个三维产品。但成型时间较长，造成FDM打印效率较低，严重制约了FDM工艺3D打印设备在大规模工业上的推广使用。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述现有技术中的缺点，提供了一种基于FDM的面成型3D打印设备，采用该设备，可完成FDM的面成型打印，提升打印效率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于FDM的面成型3D打印设备，主要包括总打印喷头、打印喷嘴、送料管、水平平移系统、可升降打印平台以及喷嘴控制系统。总打印喷头上安装若干打印喷嘴，每个送料管安装于每个打印喷嘴上侧，总打印喷头安装于水平平移系统上，并由水平平移系统驱动作往复运动。可升降打印平台位于总打印喷头下方，承载打印实体。
上述基于FDM的面成型3D打印设备中，所述总打印喷头上有若干个打印喷嘴，总打印喷头为长方体状，且打印喷嘴并排一列安装于总打印喷头上。
上述基于FDM的面成型3D打印设备中，所述打印喷嘴内置有搅拌旋桨，内为真空且喷头出口为圆柱形，若干打印喷嘴之间无间距，挤出丝材之间无间距。
上述基于FDM的面成型3D打印设备中，所述送料管为塑料空心软管，其空心处装有丝材，送料管数量与打印喷嘴数量一致，安装于总打印喷头上，通过总打印喷头内接于各个打印喷嘴。
上述基于FDM的面成型3D打印设备中，所述水平平移系统包括一根水平丝杆、两根水平导杆、一个可正反转步进电机，步进电机驱动水平丝杆转动带动总打印喷头作水平平移往复运动，两根水平导杆用于对总打印喷头作水平导向。
上述基于FDM的面成型3D打印设备中，所述可升降打印平台位于打印喷嘴下方，在总打印喷头完成一层打印后向下降一个层厚的距离，直至完成整个成型件的打印制作。
上述基于FDM的面成型3D打印设备中，所述喷嘴控制系统在总打印喷头作水平运动时，根据计算机三维模型每一面层条形状，分别控制每一个打印喷嘴向外挤出丝材或停止挤出。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明通过安装于总打印喷头的一排若干打印喷嘴同时工作的原理，打印喷嘴同时挤出丝材，相对于老式单喷嘴FDM打印设备，实现了FDM打印设备的面成型制造，提升了打印速度及效率。
附图说明
图1是基于FDM的面成型3D打印设备结构示意图。
图中各数字标号的名称分别是：1-打印喷嘴，2-总打印喷头，3-送料管，4-水平丝杆，5-水平导杆，6-步进电机，7-可升降打印平台，8-熔融丝材。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应被认为属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明所述的基于FDM的面成型3D打印设备由打印喷嘴1、总打印喷头2、送料管3、水平平移系统(水平丝杆4、水平导杆5、步进电机6)、可升降打印平台7以及喷嘴控制系统组成。总打印喷头2上安装若干打印喷嘴1，每个送料管3安装于每个打印喷嘴1上侧，打印丝材通过送料管3接入总打印喷头2并分别接入相应打印喷嘴1，总打印喷头2安装于水平平移系统(4、5、6)上，并由水平平移系统(4、5、6)中步进电机6转动带动水平丝杆4转动以及水平导杆5作导向作用，进一步驱动总打印喷头2作往复运动。可升降打印平台7位于总打印喷头2下方，承载熔融丝材8，总打印喷头2由水平平移系统(4、5、6)驱动从左至右移动，同时各打印喷嘴1挤出熔融丝材8打印第一层，喷嘴控制系统分别控制各打印喷头1根据计算机三维模型每一面层条形状，向外挤出熔融丝材8或停止挤出，第一层打印完成后，可升降打印平台7下降一个层厚的距离，步进电机6反转，驱动总打印喷头2从右至左移动，同时各打印喷嘴1挤出熔融丝材8打印第二层，如此循环直至打印完毕。
如图1所示，该基于FDM的面成型3D打印设备工作方法如下：
步骤1：开启FDM面成型3D打印设备、计算机控制系统、喷嘴控制系统，将原材料丝材通过送料管3接入总打印喷头2，分别接入相应打印喷嘴1；
步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层的条状扫描路径通过软件计算传输给水平平移系统(4、5、6)以及喷嘴控制系统。
步骤3：水平平移系统(4、5、6)将总打印喷头2复位至一侧，可升降打印平台7移动至距离打印喷嘴1一个层厚的距离；
步骤4：计算机控制系统通过控制水平平移系统(4、5、6)驱动总打印喷头2从左至右平移，并通过喷嘴控制系统控制各打印喷嘴1挤出或停止挤出熔融丝材8，实现第一层打印；
步骤5：可升降打印平台7下降一个层厚的距离，步进电机6反向转动，水平平移系统(4、5、6)驱动总打印喷头2从右至左平移，完成第二层打印；
步骤6：重复步骤4、步骤5，直至最后一层成型完毕，即三维模型制作完毕；
步骤7：取下实体模型并将各系统复位，将FDM面成型3D打印设备恢复至最初打印状态。

Claims (7)

1.一种基于FDM的面成型3D打印设备，其特征在于：由打印喷嘴(1)、总打印喷头(2)、送料管(3)、水平平移系统包括水平丝杆(4)、水平导杆(5)、步进电机(6)、可升降打印平台(7)以及喷嘴控制系统组成。总打印喷头(2)上安装若干打印喷嘴(1)，每个送料管(3)安装于每个打印喷嘴(1)上侧，打印丝材通过送料管(3)接入总打印喷头(2)并分别接入相应打印喷嘴(1)，总打印喷头(2)安装于水平平移系统(4、5、6)上，并由水平平移系统(4、5、6)中步进电机(6)转动带动水平丝杆(4)转动以及水平导杆(5)作导向作用，进一步驱动总打印喷头(2)作往复运动。可升降打印平台(7)位于总打印喷头(2)下方，承载熔融丝材(8)，总打印喷头(2)由水平平移系统(4、5、6)驱动从左至右移动，同时各打印喷嘴(1)挤出熔融丝材(8)打印第一层，喷嘴控制系统分别控制各打印喷头(1)根据计算机三维模型每一面层形状，向外挤出熔融丝材(8)或停止挤出，第一层打印完成后，可升降打印平台(7)下降一个层厚的距离，步进电机(6)反转，驱动总打印喷头(2)从右至左移动，同时各打印喷嘴(1)挤出熔融丝材(8)打印第二层，如此循环直至打印完毕。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDM的面成型3D打印设备，其特征在于：所述的总打印喷头(2)上有若干个打印喷嘴(1)，总打印喷头(2)为长方体状，且打印喷嘴(1)并排一列安装于总打印喷头(2)上。
3.根据权利要求2所述的一种基于FDM的面成型3D打印设备，其特征在于：所述的打印喷嘴(1)内置有搅拌旋桨，内为真空且喷头出口为圆柱形，若干打印喷嘴(1)之间无间距，挤出丝材之间无间距。
4.根据权利要求1所述的一种基于FDM的面成型3D打印设备，其特征在于：所述的送料管(3)为塑料空心软管，其空心处装有丝材，送料管(3)数量与打印喷嘴(1)数量一致，安装于总打印喷头(2)上，通过总打印喷头(2)内接于各个打印喷嘴(1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于FDM的面成型3D打印设备，其特征在于：所述的水平平移系统(4、5、6)包括一根水平丝杆(4)、两根水平导杆(5)、一个可正反转步进电机(6)，步进电机(6)驱动水平丝杆(4)转动带动总打印喷头(2)作水平平移往复运动，两根水平导杆(5)用于对总打印喷头(2)作水平导向。
6.根据权利要求1所述的一种基于FDM的面成型3D打印设备，其特征在于：所述的喷嘴控制系统在总打印喷头(2)作水平运动时，根据计算机三维模型每一面层条形状，分别控制每一个打印喷嘴(1)向外挤出丝材或停止挤出。
7.一种利用权利要求1-6任意之一所述的基于FDM的面成型3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：开启FDM面成型3D打印设备、计算机控制系统、喷嘴控制系统，将原材料丝材通过送料管接入总打印喷头，分别接入相应打印喷嘴；
步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层的条状扫描路径通过软件计算传输给水平平移系统以及喷嘴控制系统。
步骤3：水平平移系统将总打印喷头复位至一侧，可升降打印平台移动至距离打印喷嘴一个层厚的距离；
步骤4：计算机控制系统通过控制水平平移系统驱动总打印喷头从左至右平移，并通过喷嘴控制系统控制各打印喷嘴挤出或停止挤出熔融丝材，实现第一层打印；
步骤5：可升降打印平台下降一个层厚的距离，步进电机反向转动，水平平移系统驱动总打印喷头从右至左平移，完成第二层打印；
步骤6：重复步骤4、步骤5，直至最后一层成型完毕，即三维模型制作完毕；
步骤7：取下实体模型并将各系统复位，将FDM面成型3D打印设备恢复至最初打印状态。
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