CN109318483A - 一种三维打印台及其多面支撑打印方法 - Google Patents

一种三维打印台及其多面支撑打印方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109318483A
CN109318483A CN201811361230.5A CN201811361230A CN109318483A CN 109318483 A CN109318483 A CN 109318483A CN 201811361230 A CN201811361230 A CN 201811361230A CN 109318483 A CN109318483 A CN 109318483A
Authority
CN
China
Prior art keywords
support
printing
plc
positioning system
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811361230.5A
Other languages
English (en)
Inventor
周晶晶
周应国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN201811361230.5A priority Critical patent/CN109318483A/zh
Publication of CN109318483A publication Critical patent/CN109318483A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种三维打印台，包括机架、底面支撑、四周支撑、打印头定位系统、支撑定位系统；所述打印头定位系统包括单片机、打印头、步进电机以及相应的皮带光杆传动件；所述底面支撑和四周支撑由多个微支撑件离散组合而成，所述支撑定位系统包括可编程逻辑控制器PLC以及与其连接的多个气缸，所述每个微支撑件均连接一个气缸，可通过气缸的驱动独立进行定位运动并拼装形成支撑组架；还公开了采用该三维打印台进行多面支撑打印的方法。该发明实现悬空件的精确一体化3D打印，在打印对于具有复杂曲面的悬空件优势更加明显；所有支撑组件均循环使用，打印过程中无需打印支撑，节约大量原材料，简化后处理过程，节约了从打印模型到产品的时间。

Description

一种三维打印台及其多面支撑打印方法
技术领域
本发明涉及增材制造装备技术领域，尤其是涉及一种三维打印台及其多面支撑打印方法。
背景技术
3D打印即增材制造，它主要包括激光选择性烧结(SLS)、光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、熔融沉积技术(FDM)等。这些技术多通过计算机软件将欲打印制件的CAD三维模型沿某一个或几个方向分层切片处理后，得到每层截面轮廓的加工信息，在3D打印机中层层堆积，并采用不同方式来使堆积的材料固化，从来快速、精确的获得所需制件的方法。在该过程中，3D打印装置是必要的设备，这些设备因打印方式及打印材料的不同存在较大差异，以熔融沉积设备为例，主要包括桌面式的3D打印机和工业级的3D打印机。
然而，目前不论哪一款FDM设备，例如3D打印领域的龙头企业Stratasys公司推出的最新版大型工业级3D打印机FDM900打印具有悬空部位的模型，也是通过在打印过程中额外的逐层打印支撑来解决这一问题，但仍无法保证悬空件的精度，同时带来原材料严重浪费、去除支撑等繁杂的后处理、打印周期长等问题，对于打印具有复杂曲面的悬空件更是个难题。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种支撑循环利用，能够打印具有复杂曲面悬空件的三维打印台，第二目的是公开采用该三维打印台进行多面支撑打印的方法。
技术方案：本发明所述的三维打印台，包括机架、设于机架内的底面支撑和四周支撑、打印头定位系统、支撑定位系统；所述打印头定位系统包括单片机、悬于底面支撑上方的打印头、步进电机以及相应的皮带光杆传动件，所述打印头通过单片机控制来完成机架范围内任意方向上的运动；所述底面支撑和四周支撑由多个微支撑件离散组合而成，所述支撑定位系统包括可编程逻辑控制器PLC以及与其连接的多个气缸，所述每个微支撑件均连接一个气缸，可通过气缸的驱动独立进行定位运动并拼装形成支撑组架，该打印机的平台不是现有打印机平台用的玻璃或者铝基板，而是根据“微分原理”，将打印底面及四周的四个面离散为很多个可以独立控制的大小均匀的微支撑件，离散单元越小微支撑件越多，成型精度越高，并且这些微支撑件能够被可编程逻辑控制器PLC独立控制自由活动。
其中，所述打印头定位系统是单片机通过G代码控制步进电机，步进电机旋转通过皮带带动光杆旋转，进而带动安装在光杆上的打印头进行定位运动。
所述支撑定位系统是可编程逻辑控制器PLC通过PLC定位程序来控制气缸，进而驱动微支撑件的定位运动。
进一步的，所述PLC程序是通过手工或者编制算法来添加完成。
进一步的，所述底面支撑的微支撑件内均安装有加热电阻，通过PID温控模块调节流经该电阻的电流使电阻发热来对打印台底面进行加热，打印过程中可以开启底面所有支撑的加热，也可以根据打印模型开启相应支撑的加热。
随着可编程逻辑控制器PLC的快速发展及应用，PLC可以很方便的进行多点输入输出控制，并且具备精度好，易扩展等优势。由于本发明除了控制打印头在XYZ三轴向相关的运动控制，还需要精确控制较多数量的微支撑件，所以该三维打印台的控制器采用西门子公司的S7-1200PLC。
打印过程中，单片机先执行切片生成的G代码，当执行到添加的G代码延时程序对打印头的运动进行暂停延时，由可编程逻辑控制器PLC根据添加的PLC定位程序来独立控制与微支撑件的微型气缸，进而驱动微支撑件的定位运动，使得微支撑件自动移动到模型相应的悬空部位组成临时支撑组架，从而实现对打印模型悬空部位的支撑，单片机再执行下面的G代码，这时候打印头就可以在运动到位的微支撑件上完成上部悬空部位的逐层二维堆积打印，如此往复，最终实现工字梁模型的3D打印。
采用上述的三维打印台进行多面支撑打印方法，包括以下步骤：
(1)对于具有悬空部位的打印模型，通过3D打印机自带的切片软件将其切片生成打印路径即G代码；在其悬空部位的最低所在层的下一层结束与最低悬空层开始之间添加G代码延时程序，再添加可编程逻辑控制PLC定位程序，添加的G代码延时程序是保证接下来的支撑定位运动能够完成，添加的可编程逻辑控制器PLC定位程序是用来控制悬空部位对应支撑的定位运动；假设悬空部位是从第N层开始的，那么在第N-1层结束与第N层开始之间添加G代码延时程序然后再添加可编程逻辑控制器PLC定位程序；对于无悬空部位的打印模型，只需要通过3D打印机自带的切片软件将其切片生成G代码而无需添加任何程序。
(2)通过打印头定位系统控制打印头校准零、通过支撑定位系统将底面支撑和四周支撑校准零。
(3)通过温控模块开启打印头和底面支撑的加热，达到打印温度后即可开始打印。
(4)单片机顺序读取执行G代码，可编程逻辑控制PLC发送相应的脉冲信号驱动气缸，进而控制微支撑件的定位运动形成支撑组架。
(5)打印头在支撑组架上完成悬空部位的逐层二维堆积打印，进而实现对该悬空部位的3D打印，如此往复，最终实现打印模型的3D打印。
(6)打印完成后通过可编程逻辑控制器PLC将所有微支撑件归位，取出打印完成的三维模型。
其中，步骤A中打印过程自下而上，如果打印模型有多处悬空部位，则按照从下往上的顺序添加G代码延时程序和可编程逻辑控制PLC定位程序。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：(1)通过可编程逻辑控制器PLC独立控制支撑组件的定位运动实现对模型悬空部位的支撑，实现悬空件的精确一体化3D打印，尤其在打印对于具有复杂曲面的悬空件优势更加明显；(2)所有支撑组件均循环使用，在打印过程中无需额外打印支撑，可以节约大量原材料，大大简化后处理过程，节约了从打印模型到产品的时间。
附图说明
图1为本发明中的三维打印台结构示意图；
图2为待打印的工字梁打印模型；
图3为工字梁打印模型所需底面支撑定位示意图；
图4为工字梁打印模型所需背面支撑定位示意图；
图5为工字梁打印模型所需支撑定位示意图；
图6为本发明多面支撑打印方法运行流程图；
图7为本发明中编制算法设计流程图；
图8为本发明工字梁打印模型下部悬空部位添加的PLC程序；
图9为本发明工字梁打印模型上部悬空部位添加的PLC程序。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的包括机架1、设于机架1内的底面支撑2和四周支撑3、打印头定位系统、支撑定位系统；所述打印头定位系统包括单片机8、悬于底面支撑2上方的打印头4、步进电机以及相应的皮带光杆传动件，所述打印头4通过单片机8控制来完成机架1范围内任意方向上的运动；所述底面支撑2和四周支撑3由多个微支撑件5离散组合而成，所述支撑定位系统包括可编程逻辑控制器PLC6以及与其连接的多个气缸，所述每个微支撑件5均连接一个气缸，可通过气缸的驱动独立进行定位运动并拼装形成支撑组架。
所述底面支撑2的微支撑件5内均安装有加热电阻，通过温控模块调节流经该加热电阻的电流使其发热来对底面支撑2进行加热。
如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，以工字梁模型作为打印模型7进行打印说明。
对打印模型7的前处理：
首先对打印模型7(工字梁模型)通过安装于个人电脑(PC)上的切片软件进行切片处理，生成用于打印的打印路径G代码；如图2所示，该工字梁模型有上下两处悬空部位，每个悬空部位都需要添加添加G代码延时程序和用于控制对应的微支撑件5定位运动的PLC程序，所以先添加下部悬空部位的程序，下部悬空部位在第231层开始，所以在第230层结束与第231层开始之间先添加G代码延时程序然后再添加可编程逻辑控制器PLC定位程序；上部悬空部位在第307层开始，所以在第306层结束与第307层开始之间先添加G代码延时程序然后再添加可编程逻辑控制器PLC定位程序，添加的程序如图8和图9所示。
(2)通过打印头定位系统控制打印头校准零、通过支撑定位系统将底面支撑2和四周支撑3校准零。
(3)通过温控模块开启打印头4和底面支撑2的加热，温度达到后即可开始打印。
打印过程：
本实施例中底面支撑2和四周支撑3使用的离散单元面(即支撑单元面)为1*1mm，可编程逻辑控制器PLC采用西门子公司的S7-1200，每层层厚为0.3mm，工字梁模型下部悬空部位添加的程序用于控制对应的底面支撑2的定位运动，上部悬空部位添加的程序用于控制对应的背面支撑的定位运动，为了更好地展示打印过程，在图中将除底面和背面支撑以外的组件都省略了。打印过程中，打印头4首先按照打印路径G代码一层一层的进行打印，当打印完第230层的时候执行添加的G代码延时程序G4P1000(延时1000ms)，该延时保证接下来的支撑定位运动能够完成，接下来就是可编程逻辑控制器PLC执行添加的PLC定位程序，控制下部悬空部位需要的63个底部支撑的定位运动，这些支撑需要运动69mm(0.3*230)，支撑到位后即添加的PLC程序执行完成，然后打印头就可以在运动到位的微支撑件上完成下部悬空部位的逐层二维堆积打印；随着打印的进行，当打印完第306层的时候执行第二处添加的G代码延时程序G4P500(延时500ms)，该延时也是为了保证接下来的支撑定位运动能够完成，接下来就是可编程逻辑控制器PLC执行添加的PLC定位程序，控制上部悬空部位需要的9个背面支撑的定位运动，这些支撑需要运动22mm，支撑到位后即添加的PLC程序执行完成，然后打印头就可以在运动到位的微支撑件上完成上部悬空部位的逐层二维堆积打印，如此往复，最终实现工字梁模型(打印模型)的3D打印。
打印完成后将所有微支撑件5归零，即可取出打印模型7，无需去除支撑等复杂的后处理，实现了支撑组件均循环使用，也大大缩短打印周期，实现了对具有悬空部位模型的精确一体化3D打印。

Claims (8)

1.一种三维打印台，其特征在于：包括机架(1)、设于机架(1)内的底面支撑(2)和四周支撑(3)、打印头定位系统、支撑定位系统；所述打印头定位系统包括单片机(8)、悬于底面支撑(2)上方的打印头(4)、步进电机以及相应的皮带光杆传动件，所述打印头(4)通过单片机(8)控制来完成机架(1)范围内任意方向上的运动；所述底面支撑(2)和四周支撑(3)由多个微支撑件(5)离散组合而成，所述支撑定位系统包括可编程逻辑控制器PLC(6)以及与其连接的多个气缸，所述每个微支撑件(5)均连接一个气缸，可通过气缸的驱动独立进行定位运动并拼装形成支撑组架。
2.根据权利要求1所述的三维打印台，其特征在于：所述打印头定位系统是单片机(8)通过G代码控制步进电机，步进电机旋转通过皮带带动光杆旋转，进而带动安装在光杆上的打印头(4)进行定位运动。
3.根据权利要求1所述的三维打印台，其特征在于：所述支撑定位系统是可编程逻辑控制器PLC(6)通过PLC定位程序来控制气缸，进而驱动微支撑件(5)的定位运动。
4.根据权利要求3所述的三维打印台，其特征在于：所述PLC程序是通过手工或者编制算法来添加完成。
5.根据权利要求1所述的三维打印台，其特征在于：所述底面支撑(2)的微支撑件(5)内均安装有加热电阻。
6.根据权利要求5所述的三维打印台，其特征在于：所述加热电阻通过温控模块调节流经该加热电阻的电流使其发热来对底面支撑(2)进行加热。
7.采用权利要求6所述的三维打印台进行多面支撑打印方法，其特征在于包括以下步骤：
A、对于具有悬空部位的打印模型(7)，通过3D打印机自带的切片软件将其切片生成打印路径即G代码；在其悬空部位的最低所在层的下一层结束与最低悬空层开始之间添加G代码延时程序，再添加可编程逻辑控制PLC定位程序；
B、通过打印头定位系统控制打印头校准零、通过支撑定位系统将底面支撑(2)和四周支撑(3)校准零；
C、通过温控模块开启打印头(4)和底面支撑(2)的加热，达到打印温度后即可开始打印；
D、单片机(8)顺序读取执行G代码，可编程逻辑控制PLC发送相应的脉冲信号驱动气缸，进而控制微支撑件(5)的定位运动形成支撑组架；
E、打印头(4)在支撑组架上完成悬空部位的逐层二维堆积打印，进而实现对该悬空部位的3D打印，如此往复，最终实现打印模型(7)的3D打印；
F、打印完成后通过可编程逻辑控制器PLC(6)将所有微支撑件(5)归位，取出打印完成的三维模型。
8.根据权利要求7所述的多面支撑打印方法，其特征在于：步骤A中打印过程自下而上，如果打印模型(7)有多处悬空部位，则按照从下往上的顺序添加G代码延时程序和可编程逻辑控制PLC定位程序。
CN201811361230.5A 2018-11-15 2018-11-15 一种三维打印台及其多面支撑打印方法 Pending CN109318483A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811361230.5A CN109318483A (zh) 2018-11-15 2018-11-15 一种三维打印台及其多面支撑打印方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811361230.5A CN109318483A (zh) 2018-11-15 2018-11-15 一种三维打印台及其多面支撑打印方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109318483A true CN109318483A (zh) 2019-02-12

Family

ID=65258201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811361230.5A Pending CN109318483A (zh) 2018-11-15 2018-11-15 一种三维打印台及其多面支撑打印方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109318483A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111906422A (zh) * 2020-07-15 2020-11-10 杨静 基于三维扫描确定增材尺寸的电弧增材制造系统
CN113021561A (zh) * 2021-03-26 2021-06-25 上海建工建材科技集团股份有限公司 3d打印混凝土打印支撑装置及打印支撑方法
WO2022218496A1 (en) * 2021-04-12 2022-10-20 Abb Schweiz Ag Support arrangement for additive manufacturing, additive manufacturing device and method of producing three-dimensional object

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397531A (en) * 1992-06-02 1995-03-14 Advanced Materials Technologies Pte Limited Injection-moldable metal feedstock and method of forming metal injection-molded article
CN107791509A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 佛山市叱咤科技有限公司 3d打印机
CN107856310A (zh) * 2017-10-19 2018-03-30 西安交通大学 一种大尺寸悬空构件3d打印的在线分区支撑方法及系统
CN108162397A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 广州艺林信息科技有限公司 一种3d打印机构建平台
EP3351321A1 (de) * 2017-01-24 2018-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung wenigstens eines formkörpers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397531A (en) * 1992-06-02 1995-03-14 Advanced Materials Technologies Pte Limited Injection-moldable metal feedstock and method of forming metal injection-molded article
CN107791509A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 佛山市叱咤科技有限公司 3d打印机
EP3351321A1 (de) * 2017-01-24 2018-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung wenigstens eines formkörpers
CN107856310A (zh) * 2017-10-19 2018-03-30 西安交通大学 一种大尺寸悬空构件3d打印的在线分区支撑方法及系统
CN108162397A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 广州艺林信息科技有限公司 一种3d打印机构建平台

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111906422A (zh) * 2020-07-15 2020-11-10 杨静 基于三维扫描确定增材尺寸的电弧增材制造系统
CN113021561A (zh) * 2021-03-26 2021-06-25 上海建工建材科技集团股份有限公司 3d打印混凝土打印支撑装置及打印支撑方法
CN113021561B (zh) * 2021-03-26 2022-05-31 上海建工建材科技集团股份有限公司 3d打印混凝土打印支撑装置及打印支撑方法
WO2022218496A1 (en) * 2021-04-12 2022-10-20 Abb Schweiz Ag Support arrangement for additive manufacturing, additive manufacturing device and method of producing three-dimensional object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109318483A (zh) 一种三维打印台及其多面支撑打印方法
US11433596B2 (en) System and method for three-dimensional printing
CN108437470B (zh) 生成用于制作三维物体的控制数据的装置和方法
US8609204B2 (en) Apparatus and method for solid freeform fabrication
Kumar et al. Developing low cost 3 D printer
CA2847856C (en) Shim manufacturing system
CN108602279B (zh) 配置增材制造中层生成时间
CN105328910A (zh) 一种多功能组装式3d打印设备及3d打印方法
WO2017194122A1 (en) Temperature control prior to fusion
CN111873433A (zh) 树脂涂层3d打印方法及系统
CN107379520A (zh) 一种基于fdm打印技术的光固化3d打印机
US20170144328A1 (en) High temperature additive manufacturing print head
JP7282259B2 (ja) 成形品を生産するための３ｄスクリーン印刷装置及び３ｄスクリーン印刷方法
CN112703099A (zh) 使用闭环温度控制的用于增材制造的方法及系统
Shulunov A roll powder sintering additive manufacturing technology
WO2020068066A1 (en) Method and apparatus for determining extrudate flow in three-dimensional (3d) printing
CN104589647A (zh) 一种3d打印平移台装置
CN107599379A (zh) 三维物体制造方法及三维物体制造设备
EP3755521B1 (en) Layering of a three-dimensional object
CN111531882A (zh) 一种蜡质零件3d打印机
WO2019112453A1 (en) Method for producing three-dimensional objects
CN212603432U (zh) 一种蜡质零件3d打印机
CN212072969U (zh) 一种3d打印机可拆卸喷头组件
Andersen Optimization of a low-melting alloy for fused filament fabrication
CN109940873A (zh) 一种3d打印装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190212

RJ01 Rejection of invention patent application after publication