CN109605745A - 一种多功能3d打印系统 - Google Patents

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孙云龙
刘佳
文联磊
陈晓明
龚明
周鸣
陆承麟
杨耀锋
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Abstract

本发明公开了一种多功能3D打印系统，包括控制器、自动输料系统、双螺杆挤出系统、机头增压系统、软管加热系统、预加热系统，本发明提供的多功能3D打印系统能广泛适用于各种高分子材料的3D打印，该系统对大部分高分子材料均有较强的适应性，对高分子材料本身的形状没有特殊要求，能够打印粉料、粒料以及混合料，在打印过程中，预加热系统通过对下层材料的预加热提高层层之间的粘结力，避免外加粘胶剂导致的老化和热胀冷缩系数的不一致。

Description

一种多功能3D打印系统
技术领域
本发明属于3D打印用设备技术领域，具体地说，涉及一种多功能3D打印系统。
背景技术
3D打印机是一种增材制造技术，是以数值模型为基础，运用特殊的材料通过层层的粘合来制造具有三维结构的机器，其中熔融法的方式最适合于聚合物的3D打印加工。目前通过熔融制备的3D打印制件体积都比较小，单位时间打印的物料质量一般小于3Kg，而且对高分子材料的种类有严格限制。鉴于以上缺陷，有必要对其进一步改进，使其更加具备实用性。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种多功能3D打印系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的第一个方面提供了一种多功能3D打印系统，包括控制器、自动输料系统、双螺杆挤出系统、机头增压系统、软管加热系统、预加热系统，所述控制器用于控制整个多功能3D打印系统的运行，所述自动输料系统用于将高分子材料输送给双螺杆挤出系统，所述双螺杆挤出系统用于对高分子材料进行塑化加工，将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统中，所述机头增压系统用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统中，所述软管加热系统用于对输入的高分子材料进行加热并将其输送至机头进行打印，所述预加热系统通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。
所述自动输料系统是由电机、负压管道、计量泵组成，所述电机用于控制计量泵和负压管道的运行。
所述计量泵选用重力加振动给料称，使得给料误差控制在0.1％以下。
所述双螺杆挤出系统是由电机、双螺杆挤出机、加热套组成，电机与双螺杆挤出机处于同一水平线上，电机在双螺杆挤出机后方为双螺杆挤出机提供转矩动力，加热套包在双螺杆挤出机外部，用于控制双螺杆挤出机七个螺杆区域的温度。
所述双螺杆挤出系统的加工能力为3-50Kg/h。
所述机头增压系统是由前传感器、后传感器、换网器、熔体齿轮泵组成；前传感器用于检测机头增压系统前部的高分子熔体压力，后传感器用于检测机头增压系统后部的高分子熔体压力，换网器用于塑化材料流过滤网时把外来颗粒和杂质过滤掉，熔体齿轮泵处于机头增压系统的中部，根据前传感器和后传感器所提供的熔体压力大小改变熔体齿轮泵转速，以保持熔体压力与控制器设定的压力相同。
所述机头增压系统提供20-50Mpa的输出压力。
所述软管加热系统是由加热装置和保温软管组成，所述加热装置用于对所述保温软管加热；所述保温软管由内部物料通道和包裹在外部的热油通道组成，截面成同心圆结构；加热装置与保温软管间通过两根进出油管连接，热油的进出口分别在保温软管的两端，加热装置主要对油进行加热，并加热到设置温度，再通过进油管将热油通入保温软管的外部热油通道，通过出油管回流到加热装置，使得保温软管热油通道中充满循环加热的保温油，从而对物料进行保温。
所述加热装置采用模温机。
所述保温软管的长度为0.5-20米，保温软管的加热范围为30-300℃。
所述预加热系统是由加热圈、预热板组成，所述加热圈与预热板连接并对预热板加热。
所述预热板的半径为10-30cm，预热板升温的范围25-1000℃。
所述预加热系统为电烙铁，可稳定温度在220℃。
本发明的第二个方面提供了一种所述多功能3D打印系统的打印方法，包括以下步骤：
控制器用于控制整个多功能3D打印系统的运行，控制器的控制面板可以控制主机转速、螺杆一到七区的温度、熔体齿轮泵的温度、喂料速率及软管加热系统温度，高分子材料由所述自动输料系统中的计量泵泵入双螺杆挤出系统中，自动输料系统会根据物料槽中的物料量决定是否进料，当物料过少触及槽内的低位传感器时，会报警并自动进料，直到物料高度触及高位传感器后停止进料，可由负压管伸向远处吸料，实现自动化加料避免人工加料麻烦，经过双螺杆挤出系统中的七个区域的塑化，双螺杆挤出机挤出将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统中，机头增压系统用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统中，软管加热系统中的加热装置通过设定温度的热油对保温软管加热并实行对物料通道中熔体的保温使其保持良好的流动状态，熔体经过软管输送至机头进行打印，机头由程序控制进行规定行径层层打印，预加热系统中的加热圈对预热板加热，通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的多功能3D打印系统能广泛适用于各种高分子材料的3D打印，该系统对大部分高分子材料均有较强的适应性，对高分子材料本身的形状没有特殊要求，能够打印粉料、粒料以及混合料，由多个子系统组成，包括吸料系统、双螺杆挤出系统、机头增压系统、软管加热系统、预加热系统，双螺杆挤出系统的功能是对高分子材料的塑化加工，将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统中，物料经过增压系统增压之后进入加热软管，在挤出机和增压系统共同作用下，物料通过加热软管，达到机头实施打印。在打印过程中，预加热系统通过对下层材料的预加热提高层层之间的粘结力，避免外加粘胶剂导致的老化和热胀冷缩系数的不一致。
附图说明
图1为实施例1的多功能3D打印系统的示意图。
图2为实施例1所示的多功能3D打印系统中的机头增压系统的示意图。
图3为实施例1所示的多功能3D打印系统中的软管加热系统的示意图。
图4为实施例1所示的多功能3D打印系统中的预加热系统的示意图。
其中，1为控制器，2为自动输料系统，3为双螺杆挤出系统，4为机头增压系统，5为软管加热系统，6为预加热系统，41为前传感器，42为后传感器，43为换网器，44为熔体齿轮泵，51为加热装置，52为保温软管，61为加热圈，62为预热板，63为预热底板。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
控制器1型号：CTS26电柜，厂家：南京巴顿菲尔挤出装备有限公司；自动输料系统2型号：TH900G，厂家：合肥铭峰塑料机械有限公司；双螺杆挤出系统3型号：CTS26，厂家：南京百优挤出机械有限公司；机头增压系统4型号：ZB-10CC，厂家：郑州巴特熔体泵有限公司；软管加热系统加热装置51型号：GHO-1820H35，厂家：滁州市瑞康塑胶科技有限公司；软管加热系统保温软管52型号：BWGYG-20MPa厂家：南京百优挤出机械有限公司；预加热系统6为电烙铁，制作方法与普通电烙铁相同，电烙铁温度控制集成在控制器1中，可稳定温度在220℃，为物料提供预加热功能。
实施例1
一种能广泛适用于各种高分子材料的多功能3D打印系统，如图1所示，图1为实施例1的多功能3D打印系统的示意图，包括控制器1、自动输料系统2、双螺杆挤出系统3、机头增压系统4、软管加热系统5、预加热系统6，所述控制器1用于控制整个多功能3D打印系统的运行，所述自动输料系统2用于将高分子材料输送给双螺杆挤出系统3，所述双螺杆挤出系统3用于对高分子材料进行塑化加工，将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统4中，所述机头增压系统4用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统5中，所述软管加热系统5用于对输入的高分子材料进行加热并将其输送至机头进行打印，所述预加热系统6通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。
所述控制器1的型号为CTS26电柜，厂家：南京巴顿菲尔挤出装备有限公司。
所述自动输料系统2是由电机、负压管道、计量泵组成，所述电机用于控制计量泵和负压管道的运行，所述自动输料系统2的功能是为双螺杆挤出系统3提供源源不断的稳定的物料，计量泵优先选用重力加振动给料称，使得给料误差控制在0.1％以下。自动输料系统2型号：TH900G，厂家：合肥铭峰塑料机械有限公司；
所述双螺杆挤出系统3是由电机、双螺杆挤出机、加热套组成，电机与双螺杆挤出机处于同一水平线上，电机在双螺杆挤出机后方为双螺杆挤出机提供转矩动力，加热套包在双螺杆挤出机外部，用于控制双螺杆挤出机七个螺杆区域的温度，具体温度由控制器1控制。所述双螺杆挤出系统3的功能是用于对高分子材料进行塑化加工，将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统4中，具有塑化绝大部分高分子材料的能力，其加工能力为3-50Kg/h。双螺杆挤出系统3型号：CTS26，厂家：南京百优挤出机械有限公司。
所述机头增压系统4是由前传感器41、后传感器42、换网器43、熔体齿轮泵44组成；前传感器41用于检测机头增压系统4前部的高分子熔体压力，后传感器42用于检测机头增压系统4后部的高分子熔体压力，换网器43用于塑化材料流过滤网时把外来颗粒和杂质过滤掉，熔体齿轮泵44处于机头增压系统的中部，根据前传感器41和后传感器42所提供的熔体压力大小改变熔体齿轮泵44转速，以保持熔体压力与控制器1设定的压力相同。如图2所示，图2为实施例1所示的多功能3D打印系统中的机头增压系统的示意图。所述机头增压系统4的功能是为熔融的高分子材料提供压力，使其顺利通过软管加热系统5。所述机头增压系统4能提供20-50Mpa的输出压力，使物料熔体进入软管加热系统5。所述机头增压系统4用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统5中。机头增压系统4型号：ZB-10CC，厂家：郑州巴特熔体泵有限公司。
所述软管加热系统5是由加热装置51和保温软管52组成，如图3所示，图3为实施例1所示的多功能3D打印系统中的软管加热系统的示意图。所述加热装置51采用模温机，用于对所述保温软管52加热，保温软管52由内部物料通道和包裹在外部的热油通道组成，截面成同心圆结构。加热装置51与保温软管52间通过两根进出油管连接，热油的进出口分别在保温软管52的两端，加热装置主要对油进行加热，并加热到设置温度，再通过进油管将热油通入保温软管52的外部热油通道，通过出油管回流到加热装置51，使得保温软管热油通道中充满循环加热的保温油，从而对物料进行保温。所述软管加热系统5用于对输入的高分子材料进行加热并将其输送至机头进行打印，所述软管加热系统5的工作原理是高分子物料熔体经过机头增压系统4增压之后，进入软管加热系统5的保温软管52中，模温机对保温软管52加热，使得熔体顺利通过保温软管52，到达指定的地方。所述保温软管52的长度为0.5-20米，保温软管52的加热范围为30-300℃。软管加热系统加热装置51型号：GHO-1820H35，厂家：滁州市瑞康塑胶科技有限公司；软管加热系统保温软管52型号：BWGYG-20MPa厂家：南京百优挤出机械有限公司。
所述预加热系统6是由加热圈61、预热板62组成，所述加热圈61与预热板62连接并对预热板62加热，所述预加热系统6通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。如图4所示，图4为实施例1所示的多功能3D打印系统中的预加热系统的示意图。所述预加热系统6的工作原理是通过预热板62对第一层高分子物料进行预热，使得其与第二层高分子物料熔体之间的粘结力增加，从而提高层层之间的粘结力。所述预热板62的半径为10-30cm，预热板62升温的范围25-1000℃。预加热系统6为电烙铁，制作方法与普通电烙铁相同，电烙铁温度控制集成在控制器1中，可稳定温度在220℃，为物料提供预加热功能。
本发明提供的能广泛适用于各种高分子材料的多功能3D打印系统，对大部分高分子材料均由较强的适应性，对高分子材料本身的形状没有特殊要求，能够打印粉料、粒料以及混合料，可以适用于大型制件的打印。
本发明提供的能广泛适用于各种高分子材料的多功能3D打印系统具体打印过程如下：
控制器1用于控制整个多功能3D打印系统的运行，控制器的控制面板可以控制主机转速、螺杆一到七区的温度、熔体齿轮泵的温度、喂料速率及软管加热系统温度，由于室温影响，具体参数如表1、表2所示，若能保持室温20～30℃稳定，则采用表2参数即可(该参数为软管长度10m，以聚碳酸酯为物料的条件下设定，不同物料需要进行不同参数的设定)。若室温为0～10℃稳定，则采用表1参数即可。高分子材料由所述自动输料系统2中的计量泵泵入双螺杆挤出系统3中，自动输料系统2会根据物料槽中的物料量决定是否进料，当物料过少触及槽内的低位传感器时，会报警并自动进料，直到物料高度触及高位传感器后停止进料，可由负压管伸向远处(低处、高处都可)吸料，实现自动化加料避免人工加料麻烦。经过双螺杆挤出系统3中的七个区域的塑化，双螺杆挤出机挤出将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统4中，机头增压系统4用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统5中，软管加热系统5中的加热装置51通过设定温度的热油对保温软管52加热并实行对物料通道中熔体的保温使其保持良好的流动状态，熔体经过软管输送至机头进行打印，机头由程序控制进行规定行径层层打印，预加热系统6中的加热圈61对预热板62加热，通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化(图4中预热底板63上打印的第一层加热融化，然后再打印第二层，经过预加热系统6两层间具有很好的粘结力)，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。
表1
表2
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种多功能3D打印系统，其特征在于：包括控制器、自动输料系统、双螺杆挤出系统、机头增压系统、软管加热系统、预加热系统，所述控制器用于控制整个多功能3D打印系统的运行，所述自动输料系统用于将高分子材料输送给双螺杆挤出系统，所述双螺杆挤出系统用于对高分子材料进行塑化加工，将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统中，所述机头增压系统用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统中，所述软管加热系统用于对输入的高分子材料进行加热并将其输送至机头进行打印，所述预加热系统通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。
2.根据权利要求1所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述自动输料系统是由电机、负压管道、计量泵组成，所述电机用于控制计量泵和负压管道的运行。
3.根据权利要求2所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述计量泵选用重力加振动给料称，使得给料误差控制在0.1％以下。
4.根据权利要求1所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述双螺杆挤出系统是由电机、双螺杆挤出机、加热套组成，电机与双螺杆挤出机处于同一水平线上，电机在双螺杆挤出机后方为双螺杆挤出机提供转矩动力，加热套包在双螺杆挤出机外部，用于控制双螺杆挤出机七个螺杆区域的温度；
所述双螺杆挤出系统的加工能力为3-50Kg/h。
5.根据权利要求1所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述机头增压系统是由前传感器、后传感器、换网器、熔体齿轮泵组成；前传感器用于检测机头增压系统前部的高分子熔体压力，后传感器用于检测机头增压系统后部的高分子熔体压力，换网器用于塑化材料流过滤网时把外来颗粒和杂质过滤掉，熔体齿轮泵处于机头增压系统的中部，根据前传感器和后传感器所提供的熔体压力大小改变熔体齿轮泵转速，以保持熔体压力与控制器设定的压力相同。
6.根据权利要求5所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述机头增压系统提供20-50Mpa的输出压力。
7.根据权利要求1所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述软管加热系统是由加热装置和保温软管组成，所述加热装置用于对所述保温软管加热；所述保温软管由内部物料通道和包裹在外部的热油通道组成，截面成同心圆结构；加热装置与保温软管间通过两根进出油管连接，热油的进出口分别在保温软管的两端，加热装置主要对油进行加热，并加热到设置温度，再通过进油管将热油通入保温软管的外部热油通道，通过出油管回流到加热装置，使得保温软管热油通道中充满循环加热的保温油，从而对物料进行保温。
8.根据权利要求7所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述加热装置采用模温机；
所述保温软管的长度为0.5-20米，保温软管的加热范围为30-300℃。
9.根据权利要求1所述的多功能3D打印系统，其特征在于：所述预加热系统是由加热圈、预热板组成，所述加热圈与预热板连接并对预热板加热；
优选的，所述预热板的半径为10-30cm，预热板升温的范围25-1000℃；
优选的，所述预加热系统为电烙铁，可稳定温度在220℃。
10.一种权利要求1至9任一项所述的多功能3D打印系统的打印方法，其特征在于：包括以下步骤：
控制器用于控制整个多功能3D打印系统的运行，控制器的控制面板可以控制主机转速、螺杆一到七区的温度、熔体齿轮泵的温度、喂料速率及软管加热系统温度，高分子材料由所述自动输料系统中的计量泵泵入双螺杆挤出系统中，自动输料系统会根据物料槽中的物料量决定是否进料，当物料过少触及槽内的低位传感器时，会报警并自动进料，直到物料高度触及高位传感器后停止进料，可由负压管伸向远处吸料，实现自动化加料避免人工加料麻烦，经过双螺杆挤出系统中的七个区域的塑化，双螺杆挤出机挤出将高分子材料以熔融状态输入机头增压系统中，机头增压系统用于对输入的高分子材料进行增压，并将增压后的高分子材料输入软管加热系统中，软管加热系统中的加热装置通过设定温度的热油对保温软管加热并实行对物料通道中熔体的保温使其保持良好的流动状态，熔体经过软管输送至机头进行打印，机头由程序控制进行规定行径层层打印，预加热系统中的加热圈对预热板加热，通过外加预热，使已经打印成型的高分子材料表面融化，促进层层之间的粘结，使得逐层打印顺利进行。
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