CN110497613A - 一种复合材料3d打印机及打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合材料3D打印机，通过工作平台和底座、龙门架的设置实现了复合材料的3D打印作业，结构简单、体积小；单喷头基础上增加1个容料瓶，再多增加1个送料装置，由于容料瓶的特殊结构，使焊锡成为熔融锡，存放熔融锡材料的容器与熔融锡不发生化学反应，存放熔融锡材料的容器外壳需绝热，准确控制容料瓶内气压，复合材料3D打印机一次性可以应用线型材料和金属锡两类材料，两个送料装置分别对应喷头和容料瓶，两个送料装置交替切换工作，改善材料打印单一问题，改善金属打印成本高问题。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，具体设及一种复合材料3D打印机及打印方法。
背景技术
3D打印是增材制造技术的典型应用，它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、塑料等可粘合材料，把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层一层制造出来，它综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。相对于其他的制造技术而言，速度快，价格低，可调性高等优点突出。传统的加工多是通过去除材料得到目标零件，而3D打印的工作过程正好相反，因此更具有节省材料、环保绿色的优点。3D打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短了产品的生产周期，提高了生产率。尽管仍有待完善，但3D打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。
熔融沉积技术是3D打印技术中发展最快的技术种类之一，传统的熔融沉积型3D打印机局限性较大,不能满足复杂的产品设计要求。当前基于熔融沉积成型的桌面级3D打印机只能打印单一材料,存在打印材料单一、打印精度低、打印成本高等缺点。而随着社会的发展，人们越来越需要能够两种材料同时打印,实现两种材料混打的3D打印机，而金属与非金属材料同时实现复合打印，相比于单一材料的3D打印，其应用更符合未来人类社会的生产和生活需求，具有广阔的市场空间。因此，复合材料3D打印机势必被广泛需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种复合材料3D打印机，用于解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了一种复合材料3D打印机，包括底座和龙门架；
所述龙门架包括第一Z轴导杆、第二Z轴导杆、X轴连接杆，所述第一Z轴导杆和第二Z轴导杆下端分别固定在所述底座上，所述第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上端通过所述X轴连接杆连接；
还包括Y轴导杆和X轴导杆，所述Y轴导杆固定在所述底座中部与所述X轴导杆垂直；所述X轴导杆滑动连接在所述第一Z轴导杆、第二Z轴导杆之间；
所述Y轴导杆上滑动连接有热床固定板，所述热床固定板的底部设置有多个导轮；所述多个导轮套设在所述Y轴导杆上，所述热床固定板牵动热床在所述Y轴导杆上前后运动；
所述X轴导杆上设置有用于制造实体的打印装置；
所述打印装置包括用于输送耗材的挤出机电机和挤出机、空气过滤器，及用于制造实体的打印机喷头和容料瓶。
优选地，所述X轴导杆一端通过第一Z轴滑轮与所述第一Z轴导杆滑动连接，所述X轴导杆另一端通过第二Z轴滑轮与所述第二Z轴导杆滑动连接；所述第一Z轴滑轮贯穿设置第一Z轴丝杆，第一Z轴电机通过所述第一Z轴丝杆驱动第一Z轴滑轮；所述第二Z轴滑轮贯穿设置第二Z轴丝杆，第二Z轴电机通过所述第二Z轴丝杆驱动第二Z轴滑轮，所述第一Z轴电机和第二Z轴电机通过第一Z轴滑轮、第二Z轴滑轮带动所述X轴导杆沿第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上下滑动。
优选地，所述X轴导杆上套设有容料瓶滑轮模块和喷头滑轮模块，所述容料瓶滑轮模块上连接有容料瓶，所述喷头滑轮模块上连接有打印机喷头。
优选地，还包括第一X轴电机，所述第一X轴电机设置在第一Z轴滑轮上，所述第一X轴电机通过同步带带动所述容料瓶滑轮模块牵动所述容料瓶沿所述X轴导杆左右滑动。
优选地，还包括第二X轴电机，所述第二X轴电机设置在第二Z轴滑轮上，所述第二X轴电机通过同步带带动所述喷头滑轮模块牵动所述打印机喷头沿所述X轴导杆左右滑动。
优选地，第一Z轴滑轮上设置有空气过滤器，通过导气管连接气泵、空气过滤器和容料瓶，所述气泵吸气将空气沿导气管经所述空气过滤器过滤处理后，输送到所述容料瓶，挤压所述容料瓶内的熔融锡到所述容料瓶的瓶嘴处进行打印工作。
优选地，还包括用于补充金属锡材料而设置的容料瓶盖，所述容料瓶盖与所述容料瓶存螺纹连接。
优选地，所述第二Z轴滑轮上设置有挤出机电机，挤出机设置在所述挤出机电机上方，通过进料管与打印机喷头连接，所述挤出机电机驱动所述挤出机，带动线材通过进料管输送到所述打印机喷头处进行打印工作。
优选地，所述容料瓶由金属层、加热层、绝热层组成。
本申请还包括通过一种复合材料3D打印机实现的打印方法，包括如下步骤：
(1)三维建模；
(2)三维模型切片生成G代码；
(3)导入复合材料3D打印机；在喷头上，耗材的丝线经过挤出机输送到喷头；在容料瓶上，气泵通过导管控制容料瓶内熔融锡的输出；
(4)3D打印机工作；一路控制线型材料的喷头，另一路控制容料瓶，复合材料3D打印机通过设定切片软件相关参数，打印出复合材料实体，或打印出只含金属锡材料的实体；
(5)打印完成。
综上所述，本发明提供了一种复合材料3D打印机，通过工作平台和底座、龙门架的设置实现了复合材料的3D打印作业，结构简单、体积小；所述第一Z轴电机和第二Z轴电机通过第一Z轴滑轮、第二Z轴滑轮带动所述X轴导杆沿第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上下滑动，采用2个丝杆用于传动，定位精确，打印精度高；单喷头基础上增加1个容料瓶，再多增加1个送料装置，由于容料瓶的特殊结构，使焊锡成为熔融锡，存放熔融锡材料的容器与熔融锡不发生化学反应，存放熔融锡材料的容器外壳需绝热，准确控制容料瓶内气压，复合材料3D打印机一次性可以应用线型材料和金属锡两类材料，两个送料装置分别对应喷头和容料瓶，两个送料装置交替切换工作，改善材料打印单一问题，可以实现金属与非金属复合的3D打印，改观之前单一材料打印的局限性，实现技术上的突破，改善金属打印成本高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种复合材料3D打印机的示意图；
图2为一种复合材料3D打印机的示意图；
图3为一种复合材料3D打印机的左视图；
图4为一种复合材料3D打印机的焊锡打印装置图；
图5为一种复合材料3D打印机的实施例图；
图中：1.空气过滤器，2.气泵，3.Y轴电机，4.Y轴导杆，5.热床固定板，6.热床，7.挤出机电机，8.挤出机，9.打印机喷头，10.容料瓶，11.第一Z轴丝杆，12.第二Z轴丝杆，13.第一X轴电机，14.第二X轴电机，15.第一Z轴滑轮，16.第二Z轴滑轮，17.第一Z轴导杆，18.第二Z轴导杆，19.第一Z轴电机，20.第二Z轴电机，21.容料瓶滑轮模块，22.X轴导杆，23.喷头滑轮模块，24.X轴连接杆，25.容料瓶盖，26.金属锡，27.线型材料，28.导气管。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种复合材料3D打印机，用于解决现有技术中存在的问题。
下面将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。
为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的一种复合材料3D打印机，进行具体地描述。
参见图1-3，一种复合材料3D打印机，本发明提供了一种复合材料3D打印机，包括底座和龙门架；
所述龙门架包括第一Z轴导杆17、第二Z轴导杆18、X轴连接杆24，所述第一Z轴导杆17和第二Z轴导杆18下端分别固定在所述底座上，所述第一Z轴导杆17和第二Z轴导杆18上端通过所述X轴连接杆24连接；
还包括Y轴导杆4和X轴导杆22，所述Y轴导杆4固定在所述底座中部与所述X轴导杆22垂直；所述X轴导杆22滑动连接在所述第一Z轴导杆17、第二Z轴导杆18之间；
所述Y轴导杆4上滑动连接有热床固定板5，所述热床固定板5的底部设置有多个导轮；所述多个导轮套设在所述Y轴导杆4上，所述热床固定板5牵动热床6在所述Y轴导杆4上前后运动；
所述X轴导杆22上设置有用于制造实体的打印装置；
所述打印装置包括用于输送耗材的挤出机电机7和挤出机8，空气过滤器1，及用于制造实体的打印机喷头9和熔料瓶10。
所述X轴导杆22一端通过第一Z轴滑轮15与所述第一Z轴导杆17滑动连接，所述X轴导杆22另一端通过第二Z轴滑轮16与所述第二Z轴导杆18滑动连接；所述第一Z轴滑轮15贯穿设置第一Z轴丝杆11，第一Z轴电机19通过所述第一Z轴丝杆11驱动第一Z轴滑轮15；所述第二Z轴滑轮16贯穿设置第二Z轴丝杆12，第二Z轴电机20通过所述第二Z轴丝杆12驱动第二Z轴滑轮16，所述第一Z轴电机19和第二Z轴电机20通过第一Z轴滑轮15、第二Z轴滑轮16带动所述X轴导杆22沿第一Z轴导杆17和第二Z轴导杆18上下滑动。
第一Z轴丝杆11和第二Z轴丝杆12分别在第一Z轴电机19和第二Z轴电机20上，分别平行于第一Z轴导杆17和第二Z轴导杆18；第一Z轴滑轮15、第二Z轴滑轮16分别套设在第一Z轴导杆17和第二Z轴导杆18；采用2个丝杆用于传动，定位精确，打印精度高。
所述X轴导杆22上套设有容料瓶滑轮模块21和喷头滑轮模块23，所述容料瓶滑轮模块21上连接有容料瓶10，所述喷头滑轮模块23上连接有打印机喷头9。
还包括第一X轴电机13，所述第一X轴电机13设置在第一Z轴滑轮15上，所述第一X轴电机13通过同步带带动所述容料瓶滑轮模块21牵动所述容料瓶10沿所述X轴导杆22左右滑动。
第一Z轴滑轮15上设置有空气过滤器1，通过导气管28连接气泵2、空气过滤器1和容料瓶10，所述气泵2吸气将空气沿导气管28经所述空气过滤器1过滤处理后，输送到所述容料瓶10，挤压所述容料瓶10内的熔融锡到所述容料瓶10的瓶嘴处进行打印工作。为了补充金属锡26材料，还包括用于补充金属锡26材料而设置的容料瓶盖25，所述容料瓶盖25与所述容料瓶10存螺纹连接；
还包括第二X轴电机14，所述第二X轴电机14设置在第二Z轴滑轮16上，所述第二X轴电机14通过同步带带动所述喷头滑轮模块23牵动所述打印机喷头9沿所述X轴导杆22左右滑动。
所述第二Z轴滑轮16上设置有挤出机电机7，挤出机8设置在所述挤出机电机7上方，通过进料管与打印机喷头9连接，所述挤出机电机7驱动所述挤出机8，带动线材通过进料管输送到所述打印机喷头9处进行打印工作；单喷头基础上增加1个容料瓶10，再多增加1个送料装置，复合材料3D打印机一次性可以应用线型材料27和金属锡26两类材料，两个送料装置分别对应喷头9和容料瓶10，两个送料装置交替切换工作，改善材料打印单一问题，改善金属打印成本高问题。
还包括Y轴电机3，所述Y轴电机3设置在所述Y轴导杆4上，所述Y轴电机3通过同步带带动所述热床固定板5牵动所述热床6沿所述Y轴导杆4前后滑动。
所述容料瓶10由金属层、加热层、绝热层组成。此外，为实现更精确控制容料瓶10内气压，在容料瓶10与气泵2之间加入一空气过滤器1，当气体从气泵2经空气过滤器1进入容料瓶10时，将气体水分过滤干净。考虑到加料这一环节，瓶盖25与容料瓶10是螺纹配合结构，当需要往容料瓶10加入原料时，拧开瓶盖，即可往容料瓶10投放原料。由于容料瓶10的特殊结构，使焊锡成为熔融锡，存放熔融锡材料的容器与熔融锡不发生化学反应，存放熔融锡材料的容器外壳需绝热，准确控制容料瓶10内气压。
本申请还包括通过一种复合材料3D打印机实现的打印方法，包括如下步骤：
(1)三维建模；
(2)三维模型切片生成G代码；
(3)导入复合材料3D打印机；在喷头上，耗材的丝线经过挤出机输送到喷头；在容料瓶上，气泵通过导管控制容料瓶内熔融锡的输出；
(4)3D打印机工作；一路控制线型材料的喷头，另一路控制容料瓶，复合材料3D打印机通过设定切片软件相关参数，打印出复合材料实体，或打印出只含金属锡材料的实体；
(5)打印完成。
本发明主要从3D打印机喷头与挤出机切换装置入手，打造一种复合材料3D打印机，即打印出同时包含线型材料与金属锡的实体。本发明可以有效改造目前市场上一般打印的五个缺陷。
(1)改善3D打印“材料单一”的缺陷：在材料方面，复合材料3D打印机可实现单一机体两种材料交替打印，两个送料装置切换工作，打印出传统线型耗材及金属锡材料的复合实体。
(2)改善金属3D打印机构造复杂的缺陷：在打印机方面，现有能够实现金属打印的打印机结构都较复杂，而复合材料3D打印机整体构造如普通龙门型打印机。
(3)改善3D金属打印“成本高”的缺陷：在打印机方面，金属打印的经典技术为SLS，这种技术的打印机造价及应用成本都比较高，需要用到激光器和一个特殊的实验室，此外还需要对加工室不断充氮气。复合材料3D打印机应用FDM技术，无需激光器及特殊实验室，可实现打印成本的降低。
(4)改善3D金属打印“安全性低”的缺陷：在安全方面，SLS技术打印金属时，需对加工室不断充入氮气，以确保工作安全性，此外还有有毒气体产生。复合材料3D打印机打印金属采用FDM技术，打印过程工序比较简单，无需充入氮气，不产生有害气体。
(5)改善3D金属打印“技术要求高”的缺陷：技术方面，现有的金属3D打印技术为3DP和SLS，这两种技术的应用都需要高技术，如：SLS技术需要用到激光，3DP技术需要考虑粘结剂的粘力。复合材料3D打印机打印金属应用FDM技术，可达到技术要求低的效果。
综上所述，本发明提供了一种复合材料3D打印机，通过工作平台和底座、龙门架的设置实现了复合材料的3D打印作业，结构简单、体积小；所述第一Z轴电机和第二Z轴电机通过第一Z轴滑轮、第二Z轴滑轮带动所述X轴导杆沿第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上下滑动，采用2个丝杆用于传动，定位精确，打印精度高；单喷头基础上增加1个容料瓶，再多增加1个送料装置，复合材料3D打印机一次性可以应用线型材料和金属锡两类材料，两个送料装置分别对应喷头和容料瓶，两个送料装置交替切换工作，改善材料打印单一问题，改善金属打印成本高问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合材料3D打印机，其特征在于，包括底座和龙门架；
所述龙门架包括第一Z轴导杆、第二Z轴导杆、X轴连接杆，所述第一Z轴导杆和第二Z轴导杆下端分别固定在所述底座上，所述第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上端通过所述X轴连接杆连接；
还包括Y轴导杆和X轴导杆，所述Y轴导杆固定在所述底座中部与所述X轴导杆垂直；所述X轴导杆滑动连接在所述第一Z轴导杆、第二Z轴导杆之间；
所述Y轴导杆上滑动连接有热床固定板，所述热床固定板的底部设置有多个导轮；所述多个导轮套设在所述Y轴导杆上，所述热床固定板牵动热床在所述Y轴导杆上前后运动；
所述X轴导杆上设置有用于制造实体的打印装置；
所述打印装置包括用于输送耗材的挤出机电机和挤出机、空气过滤器，及用于制造实体的打印机喷头和容料瓶。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，所述X轴导杆一端通过第一Z轴滑轮与所述第一Z轴导杆滑动连接，所述X轴导杆另一端通过第二Z轴滑轮与所述第二Z轴导杆滑动连接；所述第一Z轴滑轮贯穿设置第一Z轴丝杆，第一Z轴电机通过所述第一Z轴丝杆驱动第一Z轴滑轮；所述第二Z轴滑轮贯穿设置第二Z轴丝杆，第二Z轴电机通过所述第二Z轴丝杆驱动第二Z轴滑轮，所述第一Z轴电机和第二Z轴电机通过第一Z轴滑轮、第二Z轴滑轮带动所述X轴导杆沿第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上下滑动。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，所述X轴导杆上套设有容料瓶滑轮模块和喷头滑轮模块，所述容料瓶滑轮模块上连接有容料瓶，所述喷头滑轮模块上连接有打印机喷头。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，还包括第一X轴电机，所述第一X轴电机设置在第一Z轴滑轮上，所述第一X轴电机通过同步带带动所述容料瓶滑轮模块牵动所述容料瓶沿所述X轴导杆左右滑动。
5.根据权利要求4所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，还包括第二X轴电机，所述第二X轴电机设置在第二Z轴滑轮上，所述第二X轴电机通过同步带带动所述喷头滑轮模块牵动所述打印机喷头沿所述X轴导杆左右滑动。
6.根据权利要求4所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，第一Z轴滑轮上设置有空气过滤器，通过导气管连接气泵、空气过滤器和容料瓶，所述气泵吸气将空气沿导气管经所述空气过滤器过滤处理后，输送到所述容料瓶，挤压所述容料瓶内的熔融锡到所述容料瓶的瓶嘴处进行打印工作。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，还包括用于补充金属锡材料而设置的容料瓶盖，所述容料瓶盖与所述容料瓶存螺纹连接。
8.根据权利要求5所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，所述第二Z轴滑轮上设置有挤出机电机，挤出机设置在所述挤出机电机上方，通过进料管与打印机喷头连接，所述挤出机电机驱动所述挤出机，带动线材通过进料管输送到所述打印机喷头处进行打印工作。
9.根据权利要求7所述的一种复合材料3D打印机，其特征在于，所述容料瓶由金属层、加热层、绝热层组成。
10.根据权利要求1-9所述的任一一种复合材料3D打印机实现的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）三维建模；
（2）三维模型切片生成G代码；
（3）导入复合材料3D打印机；在喷头上，耗材的丝线经过挤出机输送到喷头；在容料瓶上，气泵通过导管控制容料瓶内熔融锡的输出；
（4）3D打印机工作；一路控制线型材料的喷头，另一路控制容料瓶，复合材料3D打印机通过设定切片软件相关参数，打印出复合材料实体，或打印出只含金属锡材料的实体；
（5）打印完成。
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