CN109366985A - 一种橡胶粉末激光烧结3d打印成型装置及打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置及打印方法，包括机体，机体底部通过升降结构连接有打印平台，机体顶端设置有烧结装置，烧结装置正下方设置有固定在机体两侧支撑滑杆，支撑滑杆上设置有撒粉装置，烧结装置包括设置在机体顶端的移动导轨，移动导轨上安装有第一电动滑块，第一电动滑块底端通过旋转连接件连接有扫描镜，扫描镜侧方设置有激光发生器，激光发生器与扫描镜之间设置有折射镜组件，该装置的烧结精度较高、烧结更充分，不会对周围原料产生影响，同时能够使橡胶粉末的铺洒更均匀，且铺洒精度更高，避免橡胶粉末的位置出现偏差，此外，该装置所制备的橡胶粉末品质更好，且各成分混合更均匀，能够保证产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体为一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置及打印方法。
背景技术
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
烧结，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布，进而影响材料的性能。
在3D打印时，通常需要将橡胶粉末烧结，再进行打印，现有的3D打印成型装置在对橡胶粉末烧结时，通常是微波烧结，之后用铺粉辊将橡胶粉末铺设在打印平台上，从而进行3D打印操作。
但是，现有的3D打印成型装置及打印方法存在以下缺陷：
(1)现有的3D打印成型装置在烧结橡胶粉末时，通常是使用微波烧结，但是微波烧结，烧结精度较低、烧结不充分，且微波覆盖面积较大，容易对周围原料产生影响，影响3D打印的质量；
(2)现有的3D打印成型装置在铺粉时，通常是使用铺粉辊，但是铺粉辊铺粉不均匀，且铺粉精度不高，容易使橡胶粉末的位置偏离预期，从而影响3D打印效果；
(3)现有的3D打印成型装置所使用的橡胶粉末通常是橡胶粉碎制得，品质并不好，且各成分混合不均匀，影响产品的品质。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置及打印方法，该装置使用激光烧结代替微波烧结，烧结精度较高、烧结更充分，不会对周围原料产生影响，能够保证3D打印的质量，同时，能够使橡胶粉末的铺洒更均匀，且铺洒精度更高，避免橡胶粉末的位置出现偏差，避免影响3D打印的效果，此外，该装置所采用的橡胶粉末由天然胶乳以及各种助剂的混合物经过雾化干燥机干燥制得，品质更好，且各成分混合更均匀，能够保证产品的质量，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，包括机体，所述机体的底部通过升降结构连接有打印平台，且机体的顶端设置有烧结装置，所述烧结装置的正下方设置有固定在机体两侧支撑滑杆，且支撑滑杆上设置有撒粉装置；
所述烧结装置包括设置在机体顶端的移动导轨，且移动导轨上安装有与移动导轨匹配的第一电动滑块，所述第一电动滑块的底端通过旋转连接件连接有扫描镜，所述扫描镜的侧方设置有固定在机体顶部的激光发生器，且在激光发生器与扫描镜之间设置有固定在机体顶部的折射镜组件。
进一步地，所述升降结构包括设置在机体两侧的竖直滑槽，所述打印平台的两侧均设置有与竖直滑槽匹配的竖直滑块，所述打印平台的正下方设置有固定在机体底部第一驱动气缸，且第一驱动气缸的输出端通过升降轴与打印平台连接。
进一步地，所述撒粉装置包括撒粉壳体，且撒粉壳体的顶部侧方设置有加粉口，所述加粉口上设置有配套的密封盖，所述撒粉壳体的底端设置有撒粉口，且撒粉口上安装有电磁阀。
进一步地，所述撒粉壳体的顶端固定安装有微型气泵，且微型气泵的出气口通过出气管与撒粉壳体连接，所述微型气泵的进气口连接有进气管，且进气管的管口向外延伸至机体的外部。
进一步地，所述支撑滑杆的顶面均设置有水平滑槽，所述撒粉壳体的正下方设置有支撑移动板，且支撑移动板的两端底部均设置有与水平滑槽匹配的水平滑块，所述机体的侧方固定安装有第二驱动气缸，且第二驱动气缸的输出端通过伸缩轴与支撑移动板的侧面连接。
进一步地，所述支撑移动板的表面设置有贯穿的条形孔，且条形孔的两侧均设置有限位滑槽，所述撒粉壳体的外侧套设有固定圈，且固定圈的侧方固定安装有第二电动滑块，所述第二电动滑块的两侧均设置有与限位滑槽匹配的限位凸起。
另外，本发明还提供了一种橡胶粉末激光烧结3D打印方法，包括如下步骤：
S100、制备橡胶粉末；
S200、按照打印要求将橡胶粉末铺设在打印平台上；
S300、按照打印要求对橡胶粉末进行激光烧结；
S400、撒粉和激光烧结交替进行，直至产品完全成型。
进一步地，在步骤S100中，制备橡胶粉末的具体步骤为：
S101、按重量份数称取30份二氧化硅、2份硅69、1.2份促进剂CZ、1份硫、6份配合剂和100份60wt％的离心浓缩天然乳胶；
S102、将二氧化硅放入烧瓶中，并加入一定量的去离子水，再依次加入硅69、促进剂CZ、硫和配合剂，搅拌均匀，得到二氧化硅混合溶液；
S103、将二氧化硅混合溶液倒入行星式球磨机的球磨罐中，待球磨充分后，再超声处理1个小时，得到质量分数为25wt％的分散均匀的二氧化硅浆料；
S104、将离心浓缩天然乳胶加入二氧化硅浆料中，用叶片式搅拌器搅拌均匀之后，再利用雾化干燥机干燥，得到橡胶粉末。
进一步地，在步骤S200中，将橡胶粉末铺设在打印平台上的方法为撒粉铺设，并通过调节撒粉装置的移动速度来控制橡胶粉末层的厚度。
进一步地，在步骤S300中，激光烧结采用脉冲激光，且激光发生器固定不动，通过折射镜将激光导入扫描镜，再通过调节扫描镜使激光在平面内移动，实现对橡胶粉末的逐点扫描。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明用激光烧结代替微波烧结，烧结精度较高、烧结更充分，不会对周围原料产生影响，能够保证3D打印的质量；
(2)本发明能够使橡胶粉末的铺洒更均匀，且铺洒精度更高，避免橡胶粉末的位置出现偏差，避免影响3D打印的效果；
(3)本发明所采用的橡胶粉末由天然胶乳以及各种助剂的混合物经过雾化干燥机干燥制得，品质更好，且各成分混合更成分、均匀，能够保证产品的质量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的支撑移动板俯视结构示意图；
图3为本发明的整体流程结构示意图。
图中标号：
1-机体；2-升降结构；3-打印平台；4-烧结装置；5-支撑滑杆；6-撒粉装置；
201-竖直滑槽；202-竖直滑块；203-第一驱动气缸；204-升降轴；
401-移动导轨；402-第一电动滑块；403-旋转连接件；404-扫描镜；405-激光发生器；406-折射镜组件；
601-撒粉壳体；602-加粉口；603-密封盖；604-撒粉口；605-电磁阀；606-微型气泵；607-出气管；608-进气管；609-水平滑槽；610-支撑移动板；611-水平滑块；612-第二驱动气缸；613-伸缩轴；614-条形孔；615-限位滑槽；616-固定圈；617-第二电动滑块；618-限位凸起。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供了一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，包括机体1，机体1的底部通过升降结构2连接有打印平台3，打印平台3为3D打印的操作平台，在3D打印时，橡胶粉末铺设在打印平台3上，并在打印平台3上完成橡胶粉末的烧结。
升降结构2包括设置在机体1两侧的竖直滑槽201，打印平台3的两侧均设置有与竖直滑槽201匹配的竖直滑块202，打印平台3的正下方设置有固定在机体1底部第一驱动气缸203，且第一驱动气缸203的输出端通过升降轴204与打印平台3连接。
通过启动第一驱动气缸203.能够使打印平台3在升降轴204的带动下上下移动，使得打印平台3的操作空间能够改变，使得黄钻之能够适用不同大小产品的加工，同时，在向打印平台3上撒粉时，通过调节打印平台3的高度，能够避免橡胶粉末飘走。
机体1的顶端设置有烧结装置4，烧结装置4包括设置在机体1顶端的移动导轨401，且移动导轨401上安装有与移动导轨401匹配的第一电动滑块402，第一电动滑块402内设置有独立的驱动机构，使得在控制机构的控制下，能够使第一电动滑块402沿着移动导轨401移动，且移动速度可控。
第一电动滑块402的底端通过旋转连接件403连接有扫描镜404，通过设置旋转连接件403，能够使扫描镜404旋转，从而可以改变激光的扫描方向，当然，旋转连接件403可以为自动控制，使得扫描镜404的旋转精度更高。
扫描镜404的侧方设置有固定在机体1顶部的激光发生器405，且在激光发生器405与扫描镜404之间设置有固定在机体1顶部的折射镜组件406，激光发生器405发射的激光，能够通过折射镜组件406射入扫描镜404内，且激光为脉冲激光，可以避免生热严重，通过激光扫描对橡胶粉末进行烧结，代替常用的微波烧结，能够使烧结精度较高、烧结更充分，且不会对周围原料产生影响，能够保证3D打印的质量。
当打印平台3上铺设橡胶粉末，且需要对橡胶粉末进行烧结时，驱动机构驱动第一电动滑块402横向移动，使得装置能够对橡胶粉末进行横向扫描，通过旋转连接件403控制扫描镜404纵向旋转，能够使装置对橡胶粉末进行纵向扫描，使得橡胶粉末的烧结能够逐点进行，烧结精度更高。
烧结装置4的正下方设置有固定在机体1两侧支撑滑杆5，且支撑滑杆5上设置有撒粉装置6，撒粉装置6用于向打印平台3上撒粉，通过撒粉的方式代替铺粉辊铺粉，能够使橡胶粉末的铺洒更均匀，且铺洒精度更高，避免橡胶粉末的位置出现偏差，避免影响3D打印的效果。
撒粉装置6包括撒粉壳体601，且撒粉壳体601的顶部侧方设置有加粉口602，加粉口602上设置有配套的密封盖603，通过加粉口602能够向撒粉壳体601内添加橡胶粉末，通过密封盖603，能够实现加粉口602的密封。
撒粉壳体601的底端设置有撒粉口604，且撒粉口604上安装有电磁阀605，电磁阀605的通断有控制机构控制，当电磁阀打开时，橡胶粉末能够通过撒粉口604流出，并落到下方的打印平台3上。
撒粉壳体601的顶端固定安装有微型气泵606，且微型气泵606的出气口通过出气管607与撒粉壳体601连接，微型气泵606的进气口连接有进气管608，且进气管608的管口向外延伸至机体1的外部，撒粉壳体601内的橡胶粉末是在重力的作用下洒出，当随着撒粉壳体601内橡胶粉末的不断减少，其流出的速度会不断减弱,从而会造成撒粉的不均匀，而通过设置微型气泵606，并且不断调整微型气泵606的工作状态，能够维持撒粉壳体601内橡胶粉末受力的平衡，从而保证橡胶粉末洒出的速度始终不变，确保均匀撒粉。
支撑滑杆5的顶面均设置有水平滑槽609，撒粉壳体601的正下方设置有支撑移动板610，且支撑移动板610的两端底部均设置有与水平滑槽609匹配的水平滑块611，机体1的侧方固定安装有第二驱动气缸612，且第二驱动气缸612的输出端通过伸缩轴613与支撑移动板610的侧面连接，当第二驱动气缸612启动时，能够使支撑移动板610在伸缩轴613的带动下横向移动，从而可以控制撒粉壳体601横向撒粉。
支撑移动板610的表面设置有贯穿的条形孔614，且条形孔614的两侧均设置有限位滑槽615，撒粉壳体601的外侧套设有固定圈616，且固定圈616的侧方固定安装有第二电动滑块617，第二电动滑块617的两侧均设置有与限位滑槽615匹配的限位凸起618。
第二电动滑块617内安装有独立的驱动机构，使得在控制机构的控制下，能够使第二滑块617沿着支撑移动板610纵向移动，使得撒粉壳体601能够跟着纵向移动，从而可以使撒粉壳体601纵向撒粉，在撒粉时，可以通过控制撒粉壳体601在横向和纵向的移动速度来控制橡胶粉末的厚度。
另外，如图3所示，本发明还提供了一种橡胶粉末激光烧结3D打印方法，包括如下步骤：
步骤S100、制备橡胶粉末。
在步骤S100中，制备橡胶粉末的具体步骤为：
步骤S101、按重量份数称取30份二氧化硅、2份硅69、1.2份促进剂CZ、1份硫、6份配合剂和100份60wt％的离心浓缩天然乳胶，在实际操作中，可以根据生产需求，略微调整各成分的重量配比。
步骤S102、将二氧化硅放入烧瓶中，并加入一定量的去离子水，再依次加入硅69、促进剂CZ、硫和配合剂，搅拌均匀，得到二氧化硅混合溶液。
步骤S103、将二氧化硅混合溶液倒入行星式球磨机的球磨罐中，待球磨充分后，再超声处理1个小时，得到质量分数为25wt％的分散均匀的二氧化硅浆料。
行星式球磨机是混合、细磨、小样制备、纳米材料分散、新产品研制和小批量生产高新技术材料的必备装置，其工作原理是利用磨料与试料在研磨罐内高速翻滚，对物料产生强力剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的，行星式球磨机在同一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐在绕转盘轴公转的同时又围绕自身轴心自转，作行星式运动，罐中磨球在高速运动中相互碰撞，研磨和混合样品，使得二氧化硅混合溶液中的固体颗粒能够被彻底研磨粉碎，当然，也可以采用其它的研磨设备对二氧化硅混合溶液进行研磨。
步骤S104、将离心浓缩天然乳胶加入二氧化硅浆料中，用叶片式搅拌器搅拌均匀之后，再利用雾化干燥机干燥，得到橡胶粉末，在搅拌时，要充分搅拌，保证各成分能够混合均匀，通过此方法得到的橡胶粉末品质更好，且各成分混合更成分、均匀，能够保证产品的质量。
步骤S200、按照打印要求将橡胶粉末铺设在打印平台上。
在步骤S200中，将橡胶粉末铺设在打印平台上的方法为撒粉铺设，并通过调节撒粉装置的移动速度来控制橡胶粉末层的厚度，通过撒粉的方式代替铺粉辊铺粉，能够使橡胶粉末的铺洒更均匀，且铺洒精度更高，避免橡胶粉末的位置出现偏差。
步骤S300、按照打印要求对橡胶粉末进行激光烧结。
在步骤S300中，激光烧结采用脉冲激光，且激光发生器固定不动，通过折射镜将激光导入扫描镜，再通过调节扫描镜使激光在平面内移动，实现对橡胶粉末的逐点扫描，通过激光扫描对橡胶粉末进行烧结，代替常用的微波烧结，能够使烧结精度较高、烧结更充分，且不会对周围原料产生影响，能够保证3D打印的质量，同时，激光采用脉冲式激光，能够避免生热严重，避免破坏橡胶粉末的性质。
步骤S400、撒粉和激光烧结交替进行，直至产品完全成型，在进行3D打印时，通常是一层一层打印，因此需要不断的撒粉、烧结，直至产品完成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，包括机体(1)，其特征在于：所述机体(1)的底部通过升降结构(2)连接有打印平台(3)，且机体(1)的顶端设置有烧结装置(4)，所述烧结装置(4)的正下方设置有固定在机体(1)两侧支撑滑杆(5)，且支撑滑杆(5)上设置有撒粉装置(6)；
所述烧结装置(4)包括设置在机体(1)顶端的移动导轨(401)，且移动导轨(401)上安装有与移动导轨(401)匹配的第一电动滑块(402)，所述第一电动滑块(402)的底端通过旋转连接件(403)连接有扫描镜(404)，所述扫描镜(404)的侧方设置有固定在机体(1)顶部的激光发生器(405)，且在激光发生器(405)与扫描镜(404)之间设置有固定在机体(1)顶部的折射镜组件(406)。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，其特征在于：所述升降结构(2)包括设置在机体(1)两侧的竖直滑槽(201)，所述打印平台(3)的两侧均设置有与竖直滑槽(201)匹配的竖直滑块(202)，所述打印平台(3)的正下方设置有固定在机体(1)底部第一驱动气缸(203)，且第一驱动气缸(203)的输出端通过升降轴(204)与打印平台(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，其特征在于：所述撒粉装置(6)包括撒粉壳体(601)，且撒粉壳体(601)的顶部侧方设置有加粉口(602)，所述加粉口(602)上设置有配套的密封盖(603)，所述撒粉壳体(601)的底端设置有撒粉口(604)，且撒粉口(604)上安装有电磁阀(605)。
4.根据权利要求3所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，其特征在于：所述撒粉壳体(601)的顶端固定安装有微型气泵(606)，且微型气泵(606)的出气口通过出气管(607)与撒粉壳体(601)连接，所述微型气泵(606)的进气口连接有进气管(608)，且进气管(608)的管口向外延伸至机体(1)的外部。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，其特征在于：所述支撑滑杆(5)的顶面均设置有水平滑槽(609)，所述撒粉壳体(601)的正下方设置有支撑移动板(610)，且支撑移动板(610)的两端底部均设置有与水平滑槽(609)匹配的水平滑块(611)，所述机体(1)的侧方固定安装有第二驱动气缸(612)，且第二驱动气缸(612)的输出端通过伸缩轴(613)与支撑移动板(610)的侧面连接。
6.根据权利要求5所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印成型装置，其特征在于：所述支撑移动板(610)的表面设置有贯穿的条形孔(614)，且条形孔(614)的两侧均设置有限位滑槽(615)，所述撒粉壳体(601)的外侧套设有固定圈(616)，且固定圈(616)的侧方固定安装有第二电动滑块(617)，所述第二电动滑块(617)的两侧均设置有与限位滑槽(615)匹配的限位凸起(618)。
7.一种橡胶粉末激光烧结3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、制备橡胶粉末；
S200、按照打印要求将橡胶粉末铺设在打印平台上；
S300、按照打印要求对橡胶粉末进行激光烧结；
S400、撒粉和激光烧结交替进行，直至产品完全成型。
8.根据权利要求7所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印方法，其特征在于：在步骤S100中，制备橡胶粉末的具体步骤为：
S101、按重量份数称取30份二氧化硅、2份硅69、1.2份促进剂CZ、1份硫、6份配合剂和100份60wt％的离心浓缩天然乳胶；
S102、将二氧化硅放入烧瓶中，并加入一定量的去离子水，再依次加入硅69、促进剂CZ、硫和配合剂，搅拌均匀，得到二氧化硅混合溶液；
S103、将二氧化硅混合溶液倒入行星式球磨机的球磨罐中，待球磨充分后，再超声处理1个小时，得到质量分数为25wt％的分散均匀的二氧化硅浆料；
S104、将离心浓缩天然乳胶加入二氧化硅浆料中，用叶片式搅拌器搅拌均匀之后，再利用雾化干燥机干燥，得到橡胶粉末。
9.根据权利要求7所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印方法，其特征在于：在步骤S200中，将橡胶粉末铺设在打印平台上的方法为撒粉铺设，并通过调节撒粉装置的移动速度来控制橡胶粉末层的厚度。
10.根据权利要求7所述的一种橡胶粉末激光烧结3D打印方法，其特征在于：在步骤S300中，激光烧结采用脉冲激光，且激光发生器固定不动，通过折射镜将激光导入扫描镜，再通过调节扫描镜使激光在平面内移动，实现对橡胶粉末的逐点扫描。
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