CN110978508A - 硅胶3d打印装置及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅胶3D打印装置及其打印方法，硅胶3D打印装置包括：运动模块，包括机架、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、打印平台和打印头模组，打印头模组包括硅胶打印头架；普通打印头；打印头切换装置；挤出模块，包括高压气源、点胶机、自动调压装置、压强传感器、流量传感器、点胶针筒、点胶针头和送丝装置，自动调压装置设在点胶机上，点胶针头与点胶针筒相连接且安装于硅胶打印头架上；环境控制模块，包括密封罩、湿度传感器、干燥器和加湿器，运动模块置于密封罩内；总控模块，总控模块包括上位机和主板。根据本发明的硅胶D打印装置，可实现支撑结构的打印，支撑结构无需特殊设计，有利于提高打印效率，减少耗材使用。

Description

硅胶3D打印装置及其打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种硅胶3D打印装置及硅胶3D打印装置的打印方法。

背景技术

相关技术中，3D打印技术作为一种能够快速打印个性化零件、打印传统工艺难以加工的复杂结构的加工手段，近年来得到了较快的发展和推广，目前主要的3D打印工艺有FDM(Fused Deposition Molding，熔融沉积制造)、SLA(Stereo lithography Apparatus，立体光固化成型装置)和SLS(Selective Laser Sintering，选择性激光烧结成型)等。

FDM工艺中，所用材料的固化是可逆的，将一层材料打印在上一层基底时，两层材料均会发生一定的受热熔化，使得层间产生较好地熔合，增大了层间粘结强度。

然而，当前的3D打印技术，加工出的大都是固体件，对于柔性件和弹性件(如硅胶)的加工方法较少，且目前针对柔性材料的打印方式存在一些耗材消耗量大、打印效率低的不足。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种硅胶3D打印装置，所述硅胶3D打印装置有利于减少耗材的使用，提高打印效率。

根据本发明实施例的硅胶3D打印装置，包括：运动模块，所述运动模块包括机架、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、打印平台和打印头模组，其中，所述X轴运动模组可运动地安装于所述机架上，所述Y轴运动模组可运动地安装于所述X轴运动模组和所述机架上，所述Z轴运动模组可运动地安装于所述机架上，所述打印平台安装于所述Z轴运动模组上，所述打印头模组设于所述X轴运动模组上且包括：硅胶打印头架；普通打印头；打印头切换装置，所述硅胶打印头架和所述普通打印头安装在所述打印头切换装置上，所述打印头切换装置安装于所述X轴运动模组上；挤出模块，所述挤出模块包括高压气源、点胶机、自动调压装置、压强传感器、流量传感器、点胶针筒、点胶针头和送丝装置，所述自动调压装置设在所述点胶机上以控制所述点胶机输出的压强，所述点胶针头与所述点胶针筒相连接且安装于所述硅胶打印头架上；环境控制模块，所述环境控制模块包括密封罩、湿度传感器、干燥器和加湿器，所述运动模块置于所述密封罩内；以及总控模块，所述总控模块包括上位机和主板。

根据本发明实施例的硅胶D打印装置，通过将运动模块置于环境控制模块内，可以调控硅胶D打印装置所处环境氛围，增强层间粘结性能，这样有利于保证D打印的质量。另外，通过设置打印头切换装置可以切换硅胶打印头架和普通打印头，从而有利于实现支撑结构的打印，支撑结构无需特殊设计，这样有利于提高打印效率，减少耗材使用。

另外，根据本发明上述实施例的硅胶3D打印装置还具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述打印平台上设有热床，所述热床的加热温度不大于70℃。

根据本发明的一些实施例，由所述高压气源引出软管，通过所述点胶机进行控制，将压缩空气输入安装于所述硅胶打印头架上的所述点胶针筒。

进一步地，所述点胶机和所述点胶针筒之间的气路引出一条支路连接压强传感器，所述压强传感器用于协同所述自动调压装置完成闭环控制。

进一步地，所述点胶机和所述点胶针筒之间的气路上装有所述流量传感器。

根据本发明的一些实施例，所述密封罩内装有湿度传感器、干燥器和加湿器，所述密封罩上设有可开闭的排气口。

根据本发明的一些实施例，所述总控模块包括上位机和主板，所述上位机根据要求处理的打印模型并生成相应的G代码文件，所述主板根据所述G代码文件控制所述运动模块和所述挤出模块完成打印，并根据硅胶3D打印装置上安装的各种传感器反馈的信息控制打印过程中的环境参数。

根据本发明第二方面实施例的硅胶3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：S101、使用上位机的切片软件，根据对打印质量的要求以及打印模型的特性，根据模型几何形状设计支撑结构，将需要打印的三维模型和所述支撑结构进行切片划分，根据材料和精度要求为各部分选择相应的打印头，选择环境湿度，并规划和生成打印路径，最终将之生成为G代码文件并拷入主板中；S102、在点胶针筒内注入硅胶，安装点胶针头和供气装置，将点胶针筒安装于硅胶打印头架上，将可溶性丝状耗材通过送丝装置送入普通打印头中；S103、打开干燥器，打开密封罩上的排气口以排出湿空气，降低密封罩内的空气湿度，直到湿度达到目标范围；S104、关闭排气口，保持密封罩内环境，由主板控制，对普通打印头进行预热，准备开始根据G代码执行打印操作；S105、打印机进行复位以初始化各坐标并自动调平；S106、根据所需的打印材料切换为对应的打印头；S107、由X轴运动模组和Y轴运动模组按G代码的运动信息驱动打印头进行相应运动，同时控制对应挤出模块以同运动速度相匹配的挤出速率将水溶性耗材挤出，完成支撑结构的打印；S108、本层内，该打印头的任务结束后，按照G代码切换打印头，同上步骤完成硅胶的打印；S109、一层打印完成后，对下一层执行前述步骤，直至完成打印；S110、打印完成后，使用加湿器增大密封罩内空气湿度至合适范围，使用打印平台上的热床加热至预定温度，以加速硅胶固化；S111、固化完成后，取出打印件，将打印件置于溶剂中，将支撑结构溶解；S112、将除去支撑结构的打印件取出，去除表面溶剂并晾干。

进一步地，打印过程中由流量传感器实时监测气动挤出回路中气流的质量流量，从而解算出当前实际的硅胶挤出速率，将所述挤出速度反馈至总控模块，并由所述总控模块根据实际挤出速率控制自动调压机构，将压强调整至合适值，从而实现流量的闭环控制。

进一步地，打印过程中由压强传感器实时监测压强，将所述压强反馈至总控模块，并由所述总控模块控制自动调压装置实现压强的闭环控制。

进一步地，打印过程中由湿度传感器实时检测密封罩内湿度，并由干燥器实现对干燥程度的保持。

根据本发明实施例的硅胶3D打印装置，同相关技术相比，具以如下优势：能够快速打印有支撑结构或无支撑结构，能够完成复杂结构件及空心腔体结构的打印。控制固化环境，提高层间粘结强度。支撑结构无需特殊设计，消耗材料较少，打印效率较高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的硅胶3D打印装置的一个总体结构示意图；

图2是图1中根据本发明实施例的硅胶3D打印装置中运动模块的立体结构示意图；

图3是图1中根据本发明实施例的硅胶3D打印装置中运动模块中打印头部分的立体结构示意图；

图4是图1中根据本发明实施例的硅胶3D打印装置中环境控制模块的一个立体结构示意图。

图5是图1中根据本发明实施例的硅胶3D打印装置中总控模块与其它部件之间的电路及气路连接框图。

附图标记：

硅胶3D打印装置100，

运动模块1，机架101，X轴运动模组102，Y轴运动模组103，Z轴运动模组104，打印平台105，打印头模组106，硅胶打印头架107，普通打印头108，打印头切换装置109，

挤出模块2，高压气源201，点胶机202，压强传感器204，流量传感器205，点胶针筒206，点胶针头207，送丝装置208，

环境控制模块3，密封罩301，湿度传感器302，干燥器303，加湿器304，排气口305，

总控模块4，上位机41，主板42。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

相关技术中，硅胶3D打印机及硅胶产品打印方法公开的使用气动挤出、使用热交联硅胶的产品，在加热辅助固化的过程中，热量容易传导至正在打印的硅胶层，导致硅胶在下一层尚未打印完成时容易结皮固化，造成层间粘结强度降低、打印成品力学性能下降。另外，此发明未给出支撑结构的打印手段，因此只能打印比较简单的硅胶结构。

一种多材料3D打印机及液态物堆积3D打印方法公开的利用热塑性材料构建容器，将液态物填充于容器中的产品，其支撑结构为需要特殊设计的模具结构，相比当前的3D打印工艺需要更多材料打印支撑结构，能耗较大且打印效率较低。

一种硅胶3D打印机及其打印方法公开的在硅胶液槽中打印交联剂，快速形成外壳后取出并二次固化的方法，由于外壳已提前固化，外壳与内部材料的粘结强度会有所下降。另外，液槽对打印件的尺寸和高度有所限制，且硅胶原液易受污染、回收不便，容易造成浪费。

一种硅胶实体模型3D加工方法，其外壳及支撑结构比较复杂，所需材料也较多，打印效率较低。

硅酮橡胶是一种具备良好弹性的人工合成橡胶，在化工、建筑、机械、食品包装等领域。Dow Corning 737是一种高粘度、剪切稀化、在室温下与空气中的水分发生脱肟反应快速固化的单组分硅酮橡胶材料，具备良好的力学特性。在相同湿度下，适当加热有助于该硅胶进一步固化。

本发明提出一种能够克服相关技术中存在的打印效率较低、耗材消耗量大的缺点，提出一种以脱肟固化硅酮橡胶为耗材的硅胶3D打印装置及其打印方法。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的硅胶3D打印装置100。

参照图1，根据本发明实施例的硅胶3D打印装置100，包括：运动模块1、挤出模块2、环境控制模块3以及总控模块4。

具体而言，如图2所示，所述运动模块1包括机架101、X轴运动模组102、Y轴运动模组103、Z轴运动模组104、打印平台105和打印头模组106。

其中，X轴运动模组102可运动地安装于机架101上，Y轴运动模组103可运动地安装于X轴运动模组102和机架101上，Z轴运动模组104可运动地安装于机架101上，打印平台105安装于Z轴运动模组104上，打印头模组106设于X轴运动模组102上。

进一步地，如图3所示，打印头模组106可以包括：硅胶打印头架107、普通打印头108以及打印头切换装置109。硅胶打印头架107和普通打印头108安装在打印头切换装置109上，例如，在本发明的一些可选的实施例中，硅胶打印头架107和普通打印头108均可以通过导轨滑块的方式与打印头切换装置109相连，硅胶打印头架107和普通打印头108均可升降地安装在打印头切换装置109上，当需要使用硅胶打印头架107时，可以控制硅胶打印头架107下降，普通打印头108上升；当需要使用普通打印头108时，可以控制普通打印头108下降，硅胶打印头架107上升。打印头切换装置109可以安装于X轴运动模组102上。

例如，X轴运动模组102可沿X轴滑动地安装于机架101上，Y轴运动模组103可沿Y轴滑动地安装于X轴运动模组102上，打印头切换装置109固定安装于X轴运动模组102上，硅胶打印头架107和普通打印头108固定安装于打印头切换装置109上，点胶针筒206可拆卸地安装于硅胶打印头架107上。Z轴运动模组104可沿Z轴滑动地安装于机架101上，打印平台105安装于Z轴运动模组104上。

当然，本发明不限于此，在本发明的一些可选的实施例中，打印头模组106也可以设于Y轴运动模组103上。

进一步地，挤出模块2可以包括高压气源201，点胶机202，自动调压装置(图中未示出)，压强传感器204，流量传感器205(例如微小流量传感器等)，点胶针筒206，点胶针头207，送丝装置208。其中，所述自动调压装置可以设在点胶机202上以控制点胶机202输出的压强，点胶针头207与点胶针筒206相连接且安装于硅胶打印头架107上，所述流量传感器205可以用于检测空气的流量。

进一步地，如图4所示，环境控制模块3可以包括密封罩301，湿度传感器302，干燥器303，加湿器304，运动模块1可以置于密封罩301内，也就是说，运动模块1可以安装于密封罩301中，打印机(例如运动模块1)置于环境控制模块3内，用于调控打印机所处环境氛围，增强层间粘结性能，这样有利于保证3D打印的质量。

总控模块4可以包括上位机41和主板42。其中，上位机41是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC/host computer/master computer/upper computer,屏幕上显示各种信号变化(液压，水位，温度等)。

根据本发明实施例的硅胶3D打印装置100，能够快速打印有支撑结构或无支撑结构，能够完成复杂结构件及空心腔体结构的打印。控制固化环境，提高层间粘结强度。支撑结构无需特殊设计，消耗材料较少，打印效率较高。

根据本发明实施例的硅胶3D打印装置100，通过将运动模块1置于环境控制模块3内，可以调控硅胶3D打印装置100所处环境氛围，增强层间粘结性能，这样有利于保证3D打印的质量。另外，通过设置打印头切换装置109可以切换硅胶打印头架107和普通打印头108，从而有利于实现支撑结构的打印，支撑结构无需特殊设计，这样有利于提高打印效率，减少耗材使用。

根据本发明的一些实施例，打印平台105上可以设有热床110，热床110的加热温度不大于70℃。例如，热床110的加热温度可以小于或者等于70℃。由此，通过在打印平台105上设置热床110，并将热床110的加热温度设置为不大于70℃，这样可以加速硅胶固化。

例如，通过加热热床110，让打印件与热床110接触面维持在一个较高的温度，有利于加速硅胶固化，保证打印质量。

在本发明的一些实施例中，热床110的加热温度可以设置在65℃，热床110的加热温度可以根据实际需要而适应性设置。

参照图2并结合图5，根据本发明的一些实施例，由高压气源201引出软管，通过点胶机202进行控制，将压缩空气输入安装于硅胶打印头架107上的点胶针筒206。

例如，在本发明的一些可选的实施例中，所述高压气源201的压力可以控制在300-700kpa，优选地，所述高压气源201的压力可以控制在500-600kpa。

进一步地，结合图5，点胶机202和点胶针筒206之间的气路引出一条支路连接压强传感器204，压强传感器204用于协同所述自动调压装置完成闭环控制。进一步地，点胶机202和点胶针筒206之间的气路上装有流量传感器205。

其中，气道由高压气源201引出，经过点胶机202、流量传感器205，与点胶针筒206联通。点胶机202与点胶针筒206间的气路引出支路联通于压强传感器204。点胶针头207可拆卸地安装于点胶针筒206上。所述自动调压装置与点胶机202的调整旋钮连接，以控制点胶机202输出压强。送丝装置208固定安装于机架101上，丝材通过送丝装置208送入普通打印头108中。

打印过程中由流量传感器205实时监测气动挤出回路中气流的质量流量，从而解算出当前实际的硅胶挤出速率，将所述挤出速度反馈至总控模块4，并由所述总控模块4根据实际挤出速率控制所述自动调压机构，将压强调整至合适值，从而实现流量的闭环控制。

结合图4，根据本发明的一些实施例，密封罩301内装有湿度传感器302、干燥器303和加湿器304，密封罩301上设有可开闭的排气口305。

例如，干燥器303可以设于密封罩301的侧壁，所述排气口305可以设于密封罩301的顶部，所述温度传感器302和所述加温器304可以设于密封罩301内。进一步地，排气口305固定地安装于密封罩301上，湿度传感器302固定地安装于密封罩301中，干燥器303固定地安装于密封罩301上，加湿器304固定地安装于密封罩301中。在干燥气氛中进行打印，保证打印下一层的过程中上一层不会固化结皮导致层间粘结强度降低；打印完成后在潮湿氛围中加速固化。

参照图1和图5，根据本发明的一些实施例，总控模块4包括上位机41和主板42，上位机41根据要求处理的打印模型并生成相应的G代码文件，主板根据G代码文件控制运动模块1和挤出模块2完成打印，并根据硅胶3D打印装置100上安装的各种传感器(例如，压强传感器204、流量传感器205等)反馈的信息控制打印过程中的环境参数。

总控模块4分别与X轴运动模组102、Y轴运动模组103、Z轴运动模组104、自动调压装置、点胶机202、送丝装置208、普通打印头108、打印头切换装置109、压强传感器204、流量传感器205、湿度传感器302、干燥器303、加湿器304、打印平台热床110、自动调平装置等通信连接。

其中，总控模块4用于根据上位机软件对待打印模型进行切片和路径规划后编写好的G代码控制Z轴运动模组104沿Z轴驱动打印平台105进行位置变化，控制X轴运动模组102及Y轴运动模组103驱动打印头模组106沿预定路径按打印速率移动。与此同时控制打印头切换装置109将处于工作状态的打印头(硅胶打印头架107或普通打印头108)移至工作位置。与此同时根据所选打印头控制点胶机202或送丝装置208将打印耗材不断从点胶针头207或普通打印头108以总控模块4给定的挤出速率挤出。挤出速率与打印速率存在优选的匹配关系。

同时，总控模块4根据流量传感器205反馈的数据，设定所述自动调压装置的目标压强，使实际挤出速率与打印速率相匹配。

挤出速率与打印速率存在优选的匹配关系，以使用0.41mm点胶针头时为例，几组典型参数如下表：

表1挤出速率与打印速率的匹配关系(部分)

打印速率(mm/s)	层高(mm)	挤出速率(ml/min)
			20	0.2	0.12
30	0.3	0.22
			60	0.3	0.43

同时，总控模块4根据压强传感器204反馈的数据，控制所述自动调压装置驱动点胶机202，维持点胶针筒206内的压强，从而实现稳定挤出。

同时，总控模块4根据湿度传感器302反馈的数据，控制干燥器303或加湿器304工作，从而维持密封罩301内的环境湿度。

同时，总控模块4根据上位机软件对待打印模型进行切片和路径规划后编写好的G代码控制热床110的温度。

根据本发明实施例的硅胶3D打印装置100，在3D打印机上安装多个可切换的打印头，用于打印液态硅胶耗材及其他丝状耗材。打印机(例如运动模块1)置于环境控制模块3(或装置)内，用于调控打印机所处环境氛围，增强层间粘结性能。

本发明所用硅胶具有剪切稀化、水合固化的特性，在干燥气氛中进行打印，保证打印下一层的过程中上一层不会固化结皮导致层间粘结强度降低；打印完成后在潮湿氛围中加速固化。

本发明可直接打印无支撑结构，也可用可溶材料打印支撑结构，待固化完成后洗去可溶材料，以完成复杂结构的打印。

本发明所述的硅胶3D打印装置100，其打印产品层间粘结度高、打印缺陷少，具有良好的力学性能；所用支撑结构简单，打印效率高，节约打印材料；使用可溶材料作为辅助支撑，能够完成复杂硅胶结构的打印，能够打印当前较难加工的硅胶复杂结构件。

根据本发明第二方面实施例的硅胶3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：

S101、使用上位机的切片软件，根据对打印质量的要求以及打印模型的特性，根据模型几何形状设计支撑结构，将需要打印的三维模型和所述支撑结构进行切片划分，根据材料和精度要求为各部分选择相应的打印头，选择环境湿度，并规划和生成打印路径，最终将之生成为G代码文件并拷入主板中。

S102、在点胶针筒内注入硅胶(例如，所述硅胶可以为Dow Corning 737)，安装点胶针头和供气装置(包括高压气源、气路等)，将点胶针筒安装于硅胶打印头架上，将可溶性丝状耗材通过送丝装置送入普通打印头中。

S103、打开干燥器，打开密封罩上的排气口以排出湿空气，降低密封罩内的空气湿度，直到湿度达到目标范围。

S104、关闭排气口，保持密封罩内环境，由主板控制，对普通打印头进行预热，准备开始根据G代码执行打印操作。

S105、打印机进行复位以初始化各坐标并自动调平。

S106、根据所需的打印材料切换为对应的打印头。

S107、由X轴运动模组和Y轴运动模组按G代码的运动信息驱动打印头进行相应运动，同时控制对应挤出模块以同运动速度相匹配的挤出速率将水溶性耗材挤出，完成支撑结构的打印。

S108、本层内，该打印头的任务结束后，按照G代码切换打印头，同上步骤完成硅胶的打印。

S109、一层打印完成后，对下一层执行前述步骤，直至完成打印。

S110、打印完成后，使用加湿器增大密封罩内空气湿度至合适范围，使用打印平台上的热床加热至预定温度，以加速硅胶固化。

S111、固化完成后，取出打印件，将打印件置于溶剂中，将支撑结构溶解。所述溶剂可以根据支撑结构的材质进行选择，优选地，所述溶剂能够将所述支撑结构溶解。

S112、将除去支撑结构的打印件取出，去除表面溶剂并晾干。

具体而言，根据本发明第二方面实施例的硅胶3D打印装置的打印方法，该方法采用上述第一方面实例中的硅胶3D打印装置进行打印，所述打印方法包括以下步骤：

S101、使用上位机的切片软件，根据对打印质量的要求以及打印模型的特性，按照模型的几何特性设计支撑结构，将需要打印的三维模型和支撑结构进行切片划分，根据材料和精度要求为各部分选择相应的打印材料，选择环境湿度，并规划和生成打印路径，最终将之生成为G代码文件并传入主板中。

S102、在点胶针筒内注入硅胶，安装点胶针头和供气装置，将点胶针筒安装于硅胶打印头架上。将可溶性丝状耗材通过送丝装置送入普通打印头中。

S103、打开干燥器，打开密封罩上的排气口以排出湿空气，降低密封罩内的空气湿度，直到湿度达低于10％，以降低打印过程中的固化速度，保证良好的层间粘结强度。

S104、关闭排气口，保持密封罩内环境湿度始终低于10％，由主板控制，对普通打印头进行预热，准备开始根据G代码执行打印操作。

S105、打印机进行复位以初始化各坐标，并自动调平。

S106、根据所需的打印材料首先切换为普通打印头。

S107、由X轴运动模组和Y轴运动模组按G代码所述运动信息驱动打印头进行相应运动，同时控制送丝装置以同运动速度相匹配的挤出速率将耗材挤出，在打印平台上打印第一层中的支撑部分。

S108、本层内，支撑部分的打印任务结束后，按照G代码所述切换为硅胶打印头，同上步骤，在打印平台上打印第一层中硅胶实体的部分。

S109、一层打印完成后，对下一层执行前述步骤，直至完成打印。

S110、整个模型打印完成后，使用加湿器增大密封罩内空气湿度至高于80％，使用打印平台上的热床，适当加热至65℃，以加速硅酮橡胶固化。

S111、固化完成后，取出打印件，将打印件置于溶剂中，将支撑材料溶解。

S112、将除去支撑材料的打印件取出，去除表面溶剂并晾干。

根据本发明第二方面实施例的硅胶3D打印装置的打印方法，切片软件生成的用于在打印过程中支撑硅胶的支撑结构，可以沿用普通3D打印过程中所用的松散支撑结构，无需特殊设计成形状为打印件外轮廓的模具或其他紧密结构。

进一步地，打印过程中由流量传感器实时监测气动挤出回路中气流的质量流量，从而解算出当前实际的硅胶挤出速率，将所述挤出速度反馈至总控模块，并由所述总控模块根据实际挤出速率控制自动调压机构，将压强调整至合适值，从而实现流量的闭环控制。

进一步地，打印过程中由压强传感器实时监测压强，将所述压强反馈至总控模块，并由所述总控模块控制自动调压装置实现压强的闭环控制，从而实现稳定挤出，保证打印的质量。

进一步地，打印过程中由湿度传感器实时检测密封罩内湿度，并由干燥器实现对干燥程度的保持。

根据本发明实施例的硅胶3D打印装置及其打印方法的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种硅胶3D打印装置，其特征在于，包括：

运动模块，所述运动模块包括机架、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、打印平台和打印头模组，其中，所述X轴运动模组可运动地安装于所述机架上，所述Y轴运动模组可运动地安装于所述X轴运动模组和所述机架上，所述Z轴运动模组可运动地安装于所述机架上，所述打印平台安装于所述Z轴运动模组上，所述打印头模组设于所述X轴运动模组上且包括：

硅胶打印头架；

普通打印头；

打印头切换装置，所述硅胶打印头架和所述普通打印头安装在所述打印头切换装置上，所述打印头切换装置安装于所述X轴运动模组上；挤出模块，所述挤出模块包括高压气源、点胶机、自动调压装置、压强传感器、流量传感器、点胶针筒、点胶针头和送丝装置，所述自动调压装置设在所述点胶机上以控制所述点胶机输出的压强，所述点胶针头与所述点胶针筒相连接且安装于所述硅胶打印头架上；环境控制模块，所述环境控制模块包括密封罩、湿度传感器、干燥器和加湿器，所述运动模块置于所述密封罩内；以及

总控模块，所述总控模块包括上位机和主板。

2.根据权利要求1所述的硅胶3D打印装置，其特征在于，所述打印平台上设有热床，所述热床的加热温度不大于70℃。

3.根据权利要求1所述的硅胶3D打印装置，其特征在于，由所述高压气源引出软管，通过所述点胶机进行控制，将压缩空气输入安装于所述硅胶打印头架上的所述点胶针筒。

4.根据权利要求3所述的硅胶3D打印装置，其特征在于，所述点胶机和所述点胶针筒之间的气路引出一条支路连接压强传感器，所述压强传感器用于协同所述自动调压装置完成闭环控制。

5.根据权利要求4所述的硅胶3D打印装置，其特征在于，所述点胶机和所述点胶针筒之间的气路上装有所述流量传感器。

6.根据权利要求1所述的硅胶3D打印装置，其特征在于，所述密封罩内装有湿度传感器、干燥器和加湿器，所述密封罩上设有可开闭的排气口。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的硅胶3D打印装置，其特征在于，所述总控模块包括上位机和主板，所述上位机根据要求处理的打印模型并生成相应的G代码文件，所述主板根据所述G代码文件控制所述运动模块和所述挤出模块完成打印，并根据硅胶3D打印装置上安装的各种传感器反馈的信息控制打印过程中的环境参数。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的硅胶3D打印装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、使用上位机的切片软件，根据对打印质量的要求以及打印模型的特性，根据模型几何形状设计支撑结构，将需要打印的三维模型和所述支撑结构进行切片划分，根据材料和精度要求为各部分选择相应的打印头，选择环境湿度，并规划和生成打印路径，最终将之生成为G代码文件并拷入主板中；

S102、在点胶针筒内注入硅胶，安装点胶针头和供气装置，将点胶针筒安装于硅胶打印头架上，将可溶性丝状耗材通过送丝装置送入普通打印头中；

S103、打开干燥器，打开密封罩上的排气口以排出湿空气，降低密封罩内的空气湿度，直到湿度达到目标范围；

S104、关闭排气口，保持密封罩内环境，由主板控制，对普通打印头进行预热，准备开始根据G代码执行打印操作；

S105、打印机进行复位以初始化各坐标并自动调平；

S106、根据所需的打印材料切换为对应的打印头；

S107、由X轴运动模组和Y轴运动模组按G代码的运动信息驱动打印头进行相应运动，同时控制对应挤出模块以同运动速度相匹配的挤出速率将水溶性耗材挤出，完成支撑结构的打印；

S108、本层内，该打印头的任务结束后，按照G代码切换打印头，同上步骤完成硅胶的打印；

S109、一层打印完成后，对下一层执行前述步骤，直至完成打印；

S110、打印完成后，使用加湿器增大密封罩内空气湿度至合适范围，使用打印平台上的热床加热至预定温度，以加速硅胶固化；

S111、固化完成后，取出打印件，将打印件置于溶剂中，将支撑结构溶解；

S112、将除去支撑结构的打印件取出，去除表面溶剂并晾干。

9.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于，打印过程中由流量传感器实时监测气动挤出回路中气流的质量流量，从而解算出当前实际的硅胶挤出速率，将所述挤出速度反馈至总控模块，并由所述总控模块根据实际挤出速率控制自动调压机构，将压强调整至合适值，从而实现流量的闭环控制。

10.根据权利要求9所述的打印方法，其特征在于，打印过程中由压强传感器实时监测压强，将所述压强反馈至总控模块，并由所述总控模块控制自动调压装置实现压强的闭环控制。

11.根据权利要求10所述的打印方法，其特征在于，打印过程中由湿度传感器实时检测密封罩内湿度，并由干燥器实现对干燥程度的保持。

Images