CN109822902A - 无支撑液相混合材料3d打印装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无支撑液相混合材料3D打印装置与方法,属于3D打印技术领域。容器固定在底座上,Y轴运动驱动固定在底座上,Z轴运动驱动通过螺钉连接在Y轴运动驱动的滑块上,X轴运动驱动通过螺钉连接到Z轴运动驱动的滑块上,打印喷头通过连接块与螺钉连接到X轴运动驱动的滑块上,打印喷头的三个进料口分别通过导管连接至三套供料系统,进气口通过导管连接至供气系统。优点是结构新颖,扩展了3D打印的材料范围,使之可以适用于柔性材料和生物活性材料,免除了打印支撑材料的过程,节约了去除支撑结构的时间和打印原材料,免除了打印前需要预先混合材料的过程,节约了打印时间,精确控制原材料的给进量,并使之充分,均匀混合。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域,特别涉及无支撑液相混合材料3D打印装置与方法。
背景技术
随着3D打印技术的不断发展,3D打印机已经在制造,医疗,教育各行业得到广泛应用。打印材料也从单一的ABS和光敏树脂扩展到金属,生物组织等各种功能材料。然而,传统的3D打印喷头仅能实现单一材料的输入与输出,材料需要在打印前提前制备,很多材料在混合后不久便会失效,这造成了打印操作难度的上升,以及原材料的浪费。而且,传统的3D打印技术需要在打印时添加支撑材料,打印完成后支撑材料难以去除,且无法对柔性材料进行成型,这些问题限制了3D打印在各行业的应用。
发明内容
本发明提供一种无支撑液相混合材料3D打印装置与方法,以解决目前存在的打印材料需要提前制备、打印完成后支撑材料难以去除、且无法对柔性材料进行成型的问题。
本发明采取的技术方案是:用来储存凝胶的容器固定在底座上,Y轴运动驱动固定在底座上,Z轴运动驱动通过螺钉连接在Y轴运动驱动的滑块上,X轴运动驱动通过螺钉连接到Z轴运动驱动的滑块上,打印喷头通过连接块与螺钉连接到X轴运动驱动的滑块上,X、Y、Z轴运动驱动用于驱动打印喷头在三维空间中的运动,打印喷头的三个进料口分别通过导管连接至三套供料系统,进气口通过导管连接至供气系统,为打印喷头提供液态原料和打印所需气压,使得的原料在充分混合后喷射进入容器内的凝胶媒介中。
所述打印喷头包括用于存储材料的料筒,料筒顶部连接有料桶盖,料桶盖顶部安装步进电机,料筒内安装有分隔板,步进电机的电机轴与分隔板连接,分隔板在料筒中转动,料筒下方通过螺钉连接混合桶,螺旋板混合柱固定连接在料筒下方、且位于混合桶内,混合桶下方安装有喷嘴,在料筒底部有用于将原料排入混合桶的漏孔,料筒侧壁靠近漏孔的一侧开有进气口,其他三面侧壁则开有进料口与排气孔各一组,在各排气口处安装有传感器。
所述分隔板中间为圆柱,上下两端有轴伸出,插入料筒底壁与料桶盖上对应的孔中实现定位,插入料桶盖孔中的轴端与步进电机的电机轴连接;分隔板中间圆柱沿径向连接四块挡板,将料筒内空间分隔成四个独立的舱室。
所述挡板为具有柔性的橡胶材质,且尺寸略大于料筒内部空间,挡板与料筒壁紧密贴合。
所述螺旋板混合柱外有柔性螺旋板,与混合桶内壁紧密贴合。
所述供料系统结构是:供料器与喷头进料口经导管连接,供料器内盛放原材料,供料器与气压控制器一由导气管路一连接,气压控制器一与压缩气源一由导气管路二连接。
所述供气系统结构是:气压控制器二经过导气管路三与喷头进气口连接,气压控制器二经导气管路四与压缩气源二连接。
一种无支撑液相混合材料3D打印方法,包括下列步骤:
(1)先在容器中加注调配好的凝胶媒介,凝胶媒介为卡波姆940凝胶与水按1:50充分混合,滴加NaOH将pH调整为7,调配好的凝胶媒介呈透明的果冻状;
(2)在气压控制器一与气压控制器二的协调下为打印喷头提供原材料和气压对其进行加注,原材料在喷头内部充分混合后喷射进入容器中的凝胶媒介中,于此同时,X、Y、Z三轴运动驱动带动喷头在三维空间中运动,使打印材料在凝胶媒介中留下轨迹;
(3)打印完成后,通过化学反应或者光固化的形式,将打印件固化后从容器中取出,凝胶可以重复利用。
所述步骤(2)中,对打印喷头进行加注方法如下:
通过打印喷头三个进料口向由分隔板形成的三个料筒隔仓内注入原材料,在各原料对应的隔仓注满后,电机驱动分隔板转动,将三个隔仓依次序旋转至漏孔的上方,经进气口注入压缩空气,将各隔仓内原料经漏孔分别压入混合桶中,在三个隔仓内的原料都进入混合桶后,电机驱动分隔板复位,进行下一次注入;压入混合桶内的原料在气压推动下沿螺旋板混合柱的螺旋板向下流动,在流动过程中均匀混合。
本发明的优点是结构新颖,扩展了3D打印的材料范围,使之可以适用于柔性材料和生物活性材料,免除了打印支撑材料的过程,节约了去除支撑结构的时间和打印原材料,免除了打印前需要预先混合材料的过程,节约了打印时间,精确控制原材料的给进量,并使之充分,均匀混合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明打印喷头的结构示意图;
图3是图2的A-A剖视图;
图4是本发明供料系统的结构示意图;
图5是本发明供气系统的结构示意图;
图6是本发明打印喷头进行加注时步骤(1)的示意图;
图7是本发明打印喷头进行加注时步骤(2)的示意图;
图8是本发明打印喷头进行加注时步骤(3)的示意图;
图9是本发明打印喷头进行加注时步骤(4)的示意图;
图10是本发明打印喷头进行加注时步骤(5)的示意图;
图11是本发明打印喷头进行加注时步骤(6)的示意图。
具体实施方式
用来储存凝胶的容器1固定在底座8上,Y轴运动驱动2固定在底座8上,Z轴运动驱动3通过螺钉连接在Y轴运动驱动2的滑块上,X轴运动驱动5通过螺钉连接到Z轴运动驱动3的滑块上,打印喷头4通过连接块与螺钉连接到X轴运动驱动5的滑块上,X、Y、Z轴运动驱动用于驱动打印喷头4在三维空间中的运动,打印喷头的三个进料口4-9分别通过导管连接至三套供料系统6,进气口4-11通过导管连接至供气系统7,为打印喷头4提供液态原料6-2和打印所需气压,使得的原料在充分混合后喷射进入容器1内的凝胶媒介中。
所述打印喷头4包括用于存储材料的料筒4-4,料筒4-4顶部连接有料桶盖4-7,料桶盖4-7顶部安装步进电机4-8,料筒内安装有分隔板4-6,步进电机4-8的电机轴与分隔板4-6连接,分隔板4-6在料筒中转动,料筒4-4下方通过螺钉4-5连接混合桶4-2,螺旋板混合柱4-3固定连接在料筒4-4下方、且位于混合桶内,混合桶下方安装有喷嘴4-1,在料筒4-4底部有用于将原料排入混合桶4-2的漏孔4-12,原料从漏孔4-12进入混合桶4-2后,液体沿混合柱向下流动,料筒4-4侧壁靠近漏孔4-12的一侧开有进气口4-11,其他三面侧壁则开有进料口4-9与排气孔4-10各一组,在各排气口4-10处安装有传感器,当液面到达排气口4-10时,停止加注原料,避免溢出;
所述分隔板4-6中间为圆柱4-6-1,上下两端有轴伸出,插入料筒4-4底壁与料桶盖4-7上对应的孔中实现定位,插入料桶盖孔中的轴端与步进电机4-8的电机轴连接;分隔板4-6中间圆柱沿径向连接四块挡板4-6-2,将料筒内空间分隔成四个独立的舱室;
所述挡板4-6-2为具有柔性的橡胶材质,且尺寸略大于料筒内部空间,挡板与料筒壁紧密贴合,从而起到良好的密封效果,同时可以刮净侧壁和底部剩余的材料,避免原材料混合导致提前反应。
所述螺旋板混合柱4-3外有柔性螺旋板,与混合桶4-2内壁紧密贴合防止泄露,螺旋板能有效增大液体混合的反应时间。
所述供料系统6结构是:供料器6-1与喷头4进料口4-9经导管6-5连接,供料器内盛放原材料,供料器6-1与气压控制器一6-3由导气管路一6-2连接,气压控制器一6-3与压缩气源一6-6由导气管路二6-4连接。
所述供气系统7结构是:气压控制器二7-2经过导气管路三7-1与喷头4进气口4-11连接,气压控制器二7-2经导气管路四7-3与压缩气源二7-4连接。
一种无支撑液相混合材料3D打印方法,包括下列步骤:
(1)先在容器1中加注调配好的凝胶媒介,凝胶媒介为卡波姆940凝胶与水按1:50充分混合,滴加NaOH将pH调整为7,调配好的凝胶媒介呈透明的果冻状;
(2)在气压控制器一6-3与气压控制器二7-2的协调下为打印喷头4提供原材料和气压对其进行加注,原材料在喷头4内部充分混合后喷射进入容器1中的凝胶媒介中,于此同时,X、Y、Z三轴运动驱动带动喷头4在三维空间中运动,使打印材料在凝胶媒介中留下轨迹;
(3)打印完成后,通过化学反应或者光固化的形式,将打印件固化后从容器1中取出,凝胶可以重复利用。
所述步骤(2)中,对打印喷头进行加注方法如下:
通过打印喷头三个进料口4-9向由分隔板4-6形成的三个料筒隔仓内注入原材料,在各原料对应的隔仓注满后,电机驱动分隔板转动,将三个隔仓依次序旋转至漏孔4-12的上方,经进气口4-11注入压缩空气,将各隔仓内原料经漏孔4-12分别压入混合桶2中,在三个隔仓内的原料都进入混合桶后,电机驱动分隔板复位,进行下一次注入;压入混合桶内的原料在气压推动下沿螺旋板混合柱4-3的螺旋板向下流动,在流动过程中均匀混合。
下边结合附图进一步说明对打印喷头进行加注的过程。
A、B、C三种原材料,按1:1:1混合;加注步骤如下
(1)分别加注A、B、C三种原料,参见图6;
(2)电机4-8驱动分隔板4-6旋转90度,将装有A的隔仓旋转至漏孔4-12正上方,参见图7;
(3)启动气源,通过进气口4-11打入压缩空气,将原料A经漏孔4-12排入混合桶2中,参见图8;
(4)电机4-8驱动分隔板4-6旋转90度,将装有原料B的隔仓旋转至漏孔4-12上方,参见图9;
(5)启动气源,通过进气口11打入压缩空气,将原料B经漏孔4-12排入混合桶2中,参见图10;
(6)电机4-8驱动分隔板4-6旋转90度,启动气源,通过进气口4-11打入压缩空气,将原料C经漏孔4-12排入混合桶2中,重复步骤(1)-(6)参见图11。
Claims (9)
1.一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:用来储存凝胶的容器固定在底座上,Y轴运动驱动固定在底座上,Z轴运动驱动通过螺钉连接在Y轴运动驱动的滑块上,X轴运动驱动通过螺钉连接到Z轴运动驱动的滑块上,打印喷头通过连接块与螺钉连接到X轴运动驱动的滑块上,X、Y、Z轴运动驱动用于驱动打印喷头在三维空间中的运动,打印喷头的三个进料口分别通过导管连接至三套供料系统,进气口通过导管连接至供气系统。
2.根据权利要求1所述的一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:所述打印喷头包括用于存储材料的料筒,料筒顶部连接有料桶盖,料桶盖顶部安装步进电机,料筒内安装有分隔板,步进电机的电机轴与分隔板连接,分隔板在料筒中转动,料筒下方通过螺钉连接混合桶,螺旋板混合柱固定连接在料筒下方、且位于混合桶内,混合桶下方安装有喷嘴,在料筒底部有用于将原料排入混合桶的漏孔,料筒侧壁靠近漏孔的一侧开有进气口,其他三面侧壁则开有进料口与排气孔各一组,在各排气口处安装有传感器。
3.根据权利要求2所述的一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:所述分隔板中间为圆柱,上下两端有轴伸出,插入料筒底壁与料桶盖上对应的孔中实现定位,插入料桶盖孔中的轴端与步进电机的电机轴连接;分隔板中间圆柱沿径向连接四块挡板,将料筒内空间分隔成四个独立的舱室。
4.根据权利要求3所述的一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:所述挡板为具有柔性的橡胶材质,且尺寸略大于料筒内部空间,挡板与料筒壁紧密贴合。
5.根据权利要求1所述的一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:所述螺旋板混合柱外有柔性螺旋板,与混合桶内壁紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:所述供料系统结构是:供料器与喷头进料口经导管连接,供料器内盛放原材料,供料器与气压控制器一由导气管路一连接,气压控制器一与压缩气源一由导气管路二连接。
7.根据权利要求1所述的一种无支撑液相混合材料3D打印装置,其特征在于:所述供气系统结构是:气压控制器二经过导气管路三与喷头进气口连接,气压控制器二经导气管路四与压缩气源二连接。
8.一种无支撑液相混合材料3D打印方法,其特征在于,包括下列步骤:
(1)先在容器中加注调配好的凝胶媒介,凝胶媒介为卡波姆940凝胶与水按1:50充分混合,滴加NaOH将pH调整为7,调配好的凝胶媒介呈透明的果冻状;
(2)在气压控制器一与气压控制器二的协调下为打印喷头提供原材料和气压对其进行加注,原材料在喷头内部充分混合后喷射进入容器中的凝胶媒介中,于此同时,X、Y、Z三轴运动驱动带动喷头在三维空间中运动,使打印材料在凝胶媒介中留下轨迹;
(3)打印完成后,通过化学反应或者光固化的形式,将打印件固化后从容器中取出,凝胶可以重复利用。
9.根据权利要求8所述的一种无支撑液相混合材料3D打印方法,其特征在于,所述步骤(2)中,对打印喷头进行加注的步骤如下:
通过打印喷头三个进料口向由分隔板形成的三个料筒隔仓内注入原材料,在各原料对应的隔仓注满后,电机驱动分隔板转动,将三个隔仓依次序旋转至漏孔的上方,经进气口注入压缩空气,将各隔仓内原料经漏孔分别压入混合桶中,在三个隔仓内的原料都进入混合桶后,电机驱动分隔板复位,进行下一次注入;压入混合桶内的原料在气压推动下沿螺旋板混合柱的螺旋板向下流动,在流动过程中均匀混合。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190531 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |