CN109130176B - 一种用于批量生产的3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于批量生产的3D打印机，采用全新转动结构设计，以共用仓室（1）为基础，在仓室（1）的顶面、底面分别设置多组彼此相对应的3D打印装置，并结合仓室（1）内所设计、基于转动电机（2）控制的各铺料斗（5），使得各铺料斗（5）能够同时分别针对各组3D打印装置进行服务，并基于各组3D打印装置中的振镜（3），同时完成各次选择性烧结，并在反复的工作控制下，实现了多组3D打印装置的同时批量3D打印操作，实现了一台设备分别加工多件零件，仓室和大部分零部件共用，具有设备成本和使用成本低，加工稳定等特点，在工业、医疗等批量生产应用场景具有明显优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于批量生产的3D打印机，属于快速成型制造技术领域。
背景技术
快速成型制造的主要技术手段是3D打印技术，3D打印技术中很多都是采用粉末作为原材料，分层堆积，最后成型。这种新型的快速制造技术可以直接获得任意形状的成型件，不受成型件的复杂度的影响，为设计提供了更高的自由度，同时相比之前的加工工艺，其加工成本低，加工速度快，尤其适用于研发前期的实验验证和小批量生产，具有广阔的应用前景。
现阶段，3D打印技术越来越成熟，已广泛应用于医疗、军工、汽车等领域，目前大部分3D打印机都是单仓室结构，加工效率低，如果要进行批量生产，需要采购多台设备，无形中增加了生产成本，设备成本高已成为制约3D打印技术推广的重要因素，亟待解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用全新转动结构设计，能够高效、快速实现多产品同时生产的用于批量生产的3D打印机。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种用于批量生产的3D打印机，包括仓室、转动电机和至少两组3D打印装置；
仓室为盒体结构，仓室水平设置应用，仓室的顶面、底面均呈水平姿态，仓室顶面、底面的形状、尺寸彼此相等，且仓室顶面、底面在竖直方向上彼此相互对应；仓室顶面上表面上划定预设半径的圆形区域，并确定圆心位置，作为仓室顶面圆心位置，以仓室顶面圆心位置，针对仓室顶面上表面圆形区域划分至少两个扇形区域，各个扇形区域的形状、尺寸彼此相等；同时在竖直方向上，针对仓室底面下表面上与仓室顶面圆心位置相对应的位置，定义为仓室底面圆心位置，并针对仓室底面下表面，以仓室底面圆心位置为圆心、划定同仓室顶面上表面上同样的圆形区域，以仓室底面圆心位置，针对仓室底面下表面圆形区域划分至少两个扇形区域，各个扇形区域的形状、尺寸彼此相等；仓室顶面上表面圆形区域中扇形区域数量与仓室底面下表面圆形区域中扇形区域数量彼此相等，且仓室顶面上表面圆形区域中各扇形区域与仓室底面下表面圆形区域中各扇形区域、在竖直方向上彼此一一对应，构成各组纵向扇形区；转动电机固定设置于仓室中，且仓室顶面圆心位置与仓室底面圆心位置之间的连线与转动电机上转动杆的中轴线相共线；
3D打印装置的组数小于或等于纵向扇形区的数量，各组3D打印装置分别与其中一组纵向扇形区一一对应；各组3D打印装置分别均包括振镜、料斗、铺料斗、成型缸；料斗顶部敞开、底部下料口设置电控阀门，电控阀门用于控制料斗底部下料口的下料，成型缸顶部敞开，成型缸底部封闭，成型缸的内部固定设置电控升降平台，平台的形状、尺寸与成型缸内部截面的形状、尺寸相适应，铺料斗顶部设接料口、底部设出料口，铺料斗底部设出料口为矩形形状；各纵向扇形区中对应仓室顶面上表面的区域、设置贯穿仓室内外空间的打印通孔和下料通孔，打印通孔的口径与振镜工作端外径相适应，下料通孔的口径与料斗底部下料口的口径相适应，各纵向扇形区中对应仓室底面下表面的区域、设置贯穿仓室内外空间的铺粉通孔，铺粉通孔的口径与成型缸顶部敞开口的口径相适应；各纵向扇形区中、打印通孔与铺粉通孔在竖直方向上彼此位置相对应；
各组3D打印装置中，振镜和料斗固定设置于对应纵向扇形区中、对应仓室顶面上表面的区域，且振镜的工作端对接打印通孔、竖直向下，以及料斗的底部下料口对接下料通孔，成型缸竖直设置于对应纵向扇形区中、对应仓室底面的下表面，成型缸顶部敞开口固定对接铺粉通孔；
各组3D打印装置中的铺料斗均位于仓室内部，各铺料斗围绕转动电机、分别与转动电机的转动杆相固定连接，各铺料斗底部出料口与仓室内底面之间保持预设间距间隙，各铺料斗随转动电机上转动杆的转动、以转动杆为轴进行转动，转动过程中，各铺料斗的顶部接料口同时分别与对应3D打印装置中料斗底部下料口相位置对应，以及各铺料斗底部矩形出料口长边的移动区域、分别同时覆盖对应3D打印装置中成型缸顶部敞开口。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各组3D打印装置分别均还包括收料斗，收料斗顶部敞开、底部封闭，所述各纵向扇形区中对应仓室底面下表面的区域、设置贯穿仓室内外空间的收料通孔，收料通孔的口径与收料斗顶部敞开口的口径相适应，所述各组3D打印装置中铺料斗顶部接料口同时分别与对应料斗底部下料口相位置对应时，在垂直仓室顶面的方向上，各铺料斗底部出料口位置与对应收料通孔位置分别位于对应铺粉通孔的两侧，以及在各铺料斗随转动电机转动过程中，各铺料斗底部出料口同时分别与对应收料通孔相位置对应；各组3D打印装置中，收料斗设置于对应纵向扇形区中、对应仓室底面的下表面，收料斗顶部敞开口固定对接收料通孔。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各铺料斗底部矩形出料口上、与其长边相垂直的两彼此相对面为锥形。
作为本发明的一种优选技术方案：所述仓室侧壁一周上设置镂空结构。
作为本发明的一种优选技术方案：所述仓室的顶面为以其顶面圆心位置为圆心的中心对称形状。
本发明所述一种用于批量生产的3D打印机采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计用于批量生产的3D打印机，采用全新转动结构设计，以共用仓室为基础，在仓室的顶面、底面分别设置多组彼此相对应的3D打印装置，并结合仓室内所设计、基于转动电机控制的各铺料斗，使得各铺料斗能够同时分别针对各组3D打印装置进行服务，并基于各组3D打印装置中的振镜，同时完成各次选择性烧结，并在反复的工作控制下，实现了多组3D打印装置的同时批量3D打印操作，实现了一台设备分别加工多件零件，仓室和大部分零部件共用，具有设备成本和使用成本低，加工稳定等特点，在工业、医疗等批量生产应用场景具有明显优势。
附图说明
图1是本发明所设计用于批量生产的3D打印机的立体结构示意图；
图2是本发明所设计用于批量生产的3D打印机的俯视结构示意图；
图3是本发明所设计用于批量生产的3D打印机的仰视结构示意图。
其中，1. 仓室，2. 转动电机，3. 振镜，4. 料斗，5. 铺料斗，6. 成型缸，7. 收料斗。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了一种用于批量生产的3D打印机，实际应用当中，如图1所示，包括仓室1、转动电机2和至少两组3D打印装置。
仓室1为盒体结构，仓室1水平设置应用，仓室1的顶面、底面均呈水平姿态，仓室1顶面、底面的形状、尺寸彼此相等，且仓室1顶面、底面在竖直方向上彼此相互对应；实际应用中，仓室1的顶面为以其顶面圆心位置为圆心的中心对称形状，诸如圆形、正六边形；仓室1顶面上表面上划定预设半径的圆形区域，并确定圆心位置，作为仓室1顶面圆心位置，以仓室1顶面圆心位置，针对仓室1顶面上表面圆形区域划分至少两个扇形区域，各个扇形区域的形状、尺寸彼此相等；同时在竖直方向上，针对仓室1底面下表面上与仓室1顶面圆心位置相对应的位置，定义为仓室1底面圆心位置，并针对仓室1底面下表面，以仓室1底面圆心位置为圆心、划定同仓室1顶面上表面上同样的圆形区域，以仓室1底面圆心位置，针对仓室1底面下表面圆形区域划分至少两个扇形区域，各个扇形区域的形状、尺寸彼此相等；仓室1顶面上表面圆形区域中扇形区域数量与仓室1底面下表面圆形区域中扇形区域数量彼此相等，且仓室1顶面上表面圆形区域中各扇形区域与仓室1底面下表面圆形区域中各扇形区域、在竖直方向上彼此一一对应，构成各组纵向扇形区；转动电机2固定设置于仓室1中，且仓室1顶面圆心位置与仓室1底面圆心位置之间的连线与转动电机2上转动杆的中轴线相共线。
3D打印装置的组数小于或等于纵向扇形区的数量，各组3D打印装置分别与其中一组纵向扇形区一一对应；各组3D打印装置分别均包括振镜3、料斗4、铺料斗5、成型缸6、收料斗7；料斗4顶部敞开、底部下料口设置电控阀门，电控阀门用于控制料斗4底部下料口的下料，成型缸6顶部敞开，成型缸6底部封闭，成型缸6的内部固定设置电控升降平台，平台的形状、尺寸与成型缸6内部截面的形状、尺寸相适应，铺料斗5顶部设接料口、底部设出料口，铺料斗5底部设出料口为矩形形状，铺料斗5底部矩形出料口上、与其长边相垂直的两彼此相对面为锥形；收料斗7顶部敞开、底部封闭；各纵向扇形区中对应仓室1顶面上表面的区域、设置贯穿仓室1内外空间的打印通孔和下料通孔，打印通孔的口径与振镜3工作端外径相适应，下料通孔的口径与料斗4底部下料口的口径相适应，各纵向扇形区中对应仓室1底面下表面的区域、设置贯穿仓室1内外空间的铺粉通孔、收料通孔，铺粉通孔的口径与成型缸6顶部敞开口的口径相适应，收料通孔的口径与收料斗7顶部敞开口的口径相适应；各纵向扇形区中、打印通孔与铺粉通孔在竖直方向上彼此位置相对应。
各组3D打印装置中，振镜3和料斗4固定设置于对应纵向扇形区中、对应仓室1顶面上表面的区域，且振镜3的工作端对接打印通孔、竖直向下，以及料斗4的底部下料口对接下料通孔，成型缸6竖直设置于对应纵向扇形区中、对应仓室1底面的下表面，成型缸6顶部敞开口固定对接铺粉通孔。
各组3D打印装置中的铺料斗5均位于仓室1内部，各铺料斗5围绕转动电机2、分别与转动电机2的转动杆相固定连接，各铺料斗5底部出料口与仓室1内底面之间保持预设间距间隙，各铺料斗5随转动电机2上转动杆的转动、以转动杆为轴进行转动，转动过程中，各铺料斗5的顶部接料口同时分别与对应3D打印装置中料斗4底部下料口相位置对应，以及各铺料斗5底部矩形出料口长边的移动区域、分别同时覆盖对应3D打印装置中成型缸6顶部敞开口。
各组3D打印装置中铺料斗5顶部接料口同时分别与对应料斗4底部下料口相位置对应时，在垂直仓室1顶面的方向上，各铺料斗5底部出料口位置与对应收料通孔位置分别位于对应铺粉通孔的两侧，以及在各铺料斗5随转动电机2转动过程中，各铺料斗5底部出料口同时分别与对应收料通孔相位置对应；各组3D打印装置中，收料斗7设置于对应纵向扇形区中、对应仓室1底面的下表面，收料斗7顶部敞开口固定对接收料通孔；仓室1侧壁一周上设置镂空结构。
将上述所设计用于批量生产的3D打印机，应用于实际当中，初始化各料斗4底部下料口电控阀门关闭，各成型缸6内部电控升降平台的上表面低于对应铺粉通孔所在表面预设高度，这里预设高度即为3D打印中每次铺粉的高度，然后各料斗4中分别注入3D打印所用的粉末。
实际操作中，首先控制转动电机2工作驱动其转动杆转动，各铺料斗5随转动电机2上转动杆的转动、以转动杆为轴进行转动，控制使各铺料斗5顶部接料口同时分别与对应料斗4底部下料口相位置对应，此时，控制各料斗4底部下料口电控阀门打开，则各料斗4中的粉料分别落向对应铺料斗5顶部接料口，即分别落入对应铺料斗5中，并控制落入的粉料量，然后控制各料斗4底部下料口电控阀门关闭；由于各铺料斗5底部出料口与仓室1内底面之间保持预设间距间隙，则分别落入各铺料斗5中的粉料、会少许漏出铺料斗5的底部出料口至仓室1内底面上，并且所漏出的少许粉料阻挡铺料斗5中粉料的进一步下落；然后，进一步控制转动电机2工作驱动其转动杆转动，带动各铺料斗5进行转动，由于各组3D打印装置中铺料斗5顶部接料口同时分别与对应料斗4底部下料口相位置对应时，在垂直仓室1顶面的方向上，各铺料斗5底部出料口位置与对应收料通孔位置分别位于对应铺粉通孔的两侧，则伴随此次针对转动电机2的控制转动，使得各铺料斗5的底部出料口分别首先划过对应铺粉通孔，然后再划向对应收料通孔，在此过程中，各铺料斗5的底部出料口不断漏出粉料，在划过对应铺粉通孔的过程中，铺料斗5底部出料口所漏出的粉料会在对应铺粉通孔内平铺一层，即平铺在对应成型缸6内部电控升降平台的上表面上，然后针对各振镜3进行控制，各振镜3工作，依次经打印通孔、铺粉通孔，针对对应成型缸6内部电控升降平台上表面的粉料进行选择性烧结，如此各组3D打印装置即分别完成了一层的3D烧结。
然后分别控制各成型缸6内部电控升降平台工作下降，再一次下降预设高度；此时，若铺料斗5中存在粉料，则控制转动电机2的转动，使得各铺料斗5底部出料口再次分别划过对应铺粉通孔，再次针对对应成型缸6内部电控升降平台上表面进行粉料平铺，之后再控制各振镜3工作，分别针对对应成型缸6内部电控升降平台上表面的粉料进行选择性烧结；若铺料斗5中不存在粉料，则按之前方式，控制转动电机2工作，使各铺料斗5分别接取对应料斗4中的粉料，并再按上述方式进行各成型缸6内的烧结操作。
如此按上述操作，同时分别针对各成型缸6，按铺一层粉料，选择性烧结一次的方式，实现了各成型缸6的批量3D打印，当完成3D打印操作后，控制转动电机2的工作，使得各铺料斗5的底部出料口分别与对应收料通孔相对应，则各铺料斗5中残余的粉料即分别落入对应的收料斗7中，完成各铺料斗5中粉料的回收，至此，完成批量3D打印的全部操作。
综上，本发明所设计用于批量生产的3D打印机，采用全新转动结构设计，以共用仓室1为基础，在仓室1的顶面、底面分别设置多组彼此相对应的3D打印装置，并结合仓室1内所设计、基于转动电机2控制的各铺料斗5，使得各铺料斗5能够同时分别针对各组3D打印装置进行服务，并基于各组3D打印装置中的振镜3，同时完成各次选择性烧结，并在反复的工作控制下，实现了多组3D打印装置的同时批量3D打印操作，实现了一台设备分别加工多件零件，仓室和大部分零部件共用，具有设备成本和使用成本低，加工稳定等特点，在工业、医疗等批量生产应用场景具有明显优势。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (3)
1.一种用于批量生产的3D打印机，其特征在于，包括仓室（1）、转动电机（2）和至少两组3D打印装置；
仓室（1）为盒体结构，仓室（1）水平设置应用，仓室（1）的顶面、底面均呈水平姿态，仓室（1）顶面、底面的形状、尺寸彼此相等，且仓室（1）顶面、底面在竖直方向上彼此相互对应；仓室（1）顶面上表面上划定预设半径的圆形区域，并确定圆心位置，作为仓室（1）顶面圆心位置，以仓室（1）顶面圆心位置，针对仓室（1）顶面上表面圆形区域划分至少两个扇形区域，各个扇形区域的形状、尺寸彼此相等；同时在竖直方向上，针对仓室（1）底面下表面上与仓室（1）顶面圆心位置相对应的位置，定义为仓室（1）底面圆心位置，并针对仓室（1）底面下表面，以仓室（1）底面圆心位置为圆心，划定同仓室（1）顶面上表面上同样的圆形区域，以仓室（1）底面圆心位置，针对仓室（1）底面下表面圆形区域划分至少两个扇形区域，各个扇形区域的形状、尺寸彼此相等；仓室（1）顶面上表面圆形区域中扇形区域数量与仓室（1）底面下表面圆形区域中扇形区域数量彼此相等，且仓室（1）顶面上表面圆形区域中各扇形区域与仓室（1）底面下表面圆形区域中各扇形区域、在竖直方向上彼此一一对应，构成各组纵向扇形区；转动电机（2）固定设置于仓室（1）中，且仓室（1）顶面圆心位置与仓室（1）底面圆心位置之间的连线与转动电机（2）上转动杆的中轴线相共线；
3D打印装置的组数小于或等于纵向扇形区的数量，各组3D打印装置分别与其中一组纵向扇形区一一对应；各组3D打印装置均分别包括振镜（3）、料斗（4）、铺料斗（5）、成型缸（6）；料斗（4）顶部敞开，底部下料口设置电控阀门，电控阀门用于控制料斗（4）底部下料口的下料，成型缸（6）顶部敞开，成型缸（6）底部封闭，成型缸（6）的内部固定设置电控升降平台，平台的形状、尺寸与成型缸（6）内部截面的形状、尺寸相适应，铺料斗（5）顶部设接料口，底部设出料口，铺料斗（5）底部设出料口为矩形形状；各纵向扇形区中对应仓室（1）顶面上表面的区域设置贯穿仓室（1）内外空间的打印通孔和下料通孔，打印通孔的口径与振镜（3）工作端外径相适应，下料通孔的口径与料斗（4）底部下料口的口径相适应，各纵向扇形区中对应仓室（1）底面下表面的区域设置贯穿仓室（1）内外空间的铺粉通孔，铺粉通孔的口径与成型缸（6）顶部敞开口的口径相适应；各纵向扇形区中打印通孔与铺粉通孔在竖直方向上彼此位置相对应；
各组3D打印装置中，振镜（3）和料斗（4）固定设置于对应纵向扇形区中对应仓室（1）顶面上表面的区域，且振镜（3）的工作端对接打印通孔，竖直向下，以及料斗（4）的底部下料口对接下料通孔，成型缸（6）竖直设置于对应纵向扇形区中对应仓室（1）底面的下表面，成型缸（6）顶部敞开口固定对接铺粉通孔；
各组3D打印装置中的铺料斗（5）均位于仓室（1）内部，各铺料斗（5）围绕转动电机（2）分别与转动电机（2）的转动杆相固定连接，各铺料斗（5）底部出料口与仓室（1）内底面之间保持预设间距间隙，各铺料斗（5）随转动电机（2）上转动杆的转动，以转动杆为轴进行转动，转动过程中，各铺料斗（5）的顶部接料口同时分别与对应3D打印装置中料斗（4）底部下料口位置相对应，以及各铺料斗（5）底部矩形出料口长边的移动区域分别同时覆盖对应3D打印装置中成型缸（6）顶部敞开口；
各组3D打印装置均分别还包括收料斗（7），收料斗（7）顶部敞开，底部封闭，所述各纵向扇形区中对应仓室（1）底面下表面的区域设置贯穿仓室（1）内外空间的收料通孔，收料通孔的口径与收料斗（7）顶部敞开口的口径相适应，所述各组3D打印装置中铺料斗（5）顶部接料口同时分别与对应料斗（4）底部下料口位置相对应时，在垂直仓室（1）顶面的方向上，各铺料斗（5）底部出料口位置与对应收料通孔位置分别位于对应铺粉通孔的两侧，以及在各铺料斗（5）随转动电机（2）转动过程中，各铺料斗（5）底部出料口同时分别与对应收料通孔位置相对应；各组3D打印装置中，收料斗（7）设置于对应纵向扇形区中对应仓室（1）底面的下表面，收料斗（7）顶部敞开口固定对接收料通孔；
仓室（1）侧壁一周上设置镂空结构。
2.根据权利要求1所述一种用于批量生产的3D打印机，其特征在于：所述各铺料斗（5）底部矩形出料口上与其长边相垂直的两彼此相对面为锥形。
3.根据权利要求1所述一种用于批量生产的3D打印机，其特征在于：所述仓室（1）的顶面为以其顶面圆心位置为圆心的中心对称形状。
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