CN111482602B - 防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3d打印装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印领域，提供了一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置及方法。该装置包括喷射系统和粉料供送系统；喷射系统包括喷头和固化光源；喷头位于暗箱结构内，固化光源位于暗箱结构外且紧邻暗箱结构设置；粉料供送系统设置于喷射系统下部。本发明通过引入光固化粘结剂，通过双向刮刀、粉层与上部带有喷头的盖板组成“暗箱”结构，将喷头完全遮光保护，粘结剂从喷头处喷射到粉层过程不受光线照射，在后刮粉刀移开后，喷射到粉层上的光固化粘结剂受到暗箱之外的紫外/蓝光灯照射，达到可控固化目的，本发明可彻底解决传统热固化喷射粘结3D打印过程中由于热积累造成的粘结剂不可控固化造成的喷头堵塞问题，具有巨大实用价值。

Description

防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置及方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置及方法。
背景技术
金属3D打印目前主要以聚焦高能激光或电子束为热源的粉末熔融打印为主，但由于制备过程中存在金属熔化-凝固过程，工作温度高、效率低，且存在热应力导致零件变形的问题，其应用受到较多限制。
快速、低温、高精度、低成本打印工艺是金属3D打印技术发展的总体趋势，喷射粘结金属3D打印技术由于其低成本、高打印速度逐渐引起工业界关注。在工业化生产中，传统喷射粘结3D打印技术由于主要采用热固化机理，粘结剂容易在热源的作用下产生不可控固化，从而堵塞喷头。
目前市面上的3DP打印设备均设计有喷头清洗功能，喷头平均工作时间高于1小时就会存在喷头堵塞的可能，需要进行5-15分钟的清洗程序，极大降低了工作效率与打印过程可靠性。
虽然目前市面上有部分设备使用光固化功能，但是喷头仍然存在堵塞的问题，归其原因主要是喷头处残留的粘结剂会受到外界光线的缓慢影响，逐渐的固化堵塞喷头。
因此，本发明提出一种基于光固化的喷射粘结3D打印技术与设备结构，可实现粘结剂可控固化，从根本上解决喷头堵塞的难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置及方法，解决了3D打印粘结剂喷射中的喷头堵塞、成型尺寸受限制的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，所述装置包括喷射系统和粉料供送系统；
所述喷射系统包括喷头和固化光源；所述喷头位于暗箱结构内，所述固化光源位于所述暗箱结构外且紧邻所述暗箱结构设置；
所述粉料供送系统设置于所述喷射系统下部。
进一步的，所述暗箱结构包括前刮刀、后刮刀、2个侧挡板、顶端盖板；所述前刮刀、后刮刀、2个侧挡板、顶端盖板及位于下部的粉层共同组成暗箱；所述喷头在暗箱内将粘结剂喷射到粉层上。
进一步的，所述喷射系统还包括打印机主板、打印机驱动机构、打印机横梁、粘结剂供应盒；
所述喷头及所述暗箱结构均安装在所述打印机横梁上；
所述粘结剂供应盒与所述喷头连接，为所述喷头供应粘结剂；
所述打印机主板、打印机驱动机构均设置于所述暗箱结构外；所述打印机主板通过所述打印机驱动机构驱动所述喷头移动；所述打印机主板同时控制所述喷头向粉末喷射粘结剂的速度。
进一步的，所述装置还包括打印机外壳，所述打印机主板、打印机驱动机构均设置于所述打印机外壳外。
进一步的，所述粉料供送系统包括支撑架、原料粉缸和成型缸；所述原料粉缸、成型缸均安装在所述支架上且位于成型平台的下方；所述前刮刀、后刮刀将所述原料粉缸内的粉料刮送到所述成型缸内用于3D打印。
进一步的，所述固化光源为紫外光光源或蓝光光源。
进一步的，所述暗箱结构和所述固化光源固定连接，形成一体化暗箱结构。
一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印方法，利用上述的装置进行，所述方法包括如下步骤：
S1、配置粘结剂：针对不同的粉末原料配置相应的光固化粘结剂，将粘结剂加入粘结剂供应盒中；
S2、铺粉、打印：所述暗箱结构置于原料粉缸一侧的初始位置，原料粉缸上升到铺粉高度，所述暗箱结构从原料粉缸一侧运动到另一侧的过程中，前刮刀和后刮刀将原料粉末刮放到成型缸中，形成粉层；同时驱动喷射系统的喷头对粉层设定区域进行粘结剂的喷射；
S3、固化：所述暗箱结构移动过后，安装在所述暗箱结构外部的所述固化光源对粘结剂进行固化；
S4、成型缸下降一个工作位置，所述暗箱结构回归初始位置；
S5、重复步骤S2至步骤S4，逐层打印与固化，直到最后一层光固化完成，成型3D打印产品。
进一步的，步骤S2中，通过计算机对3D产品进行三维建模，并将其分成若干个二维图形，根据二维图形确定每个粉层的粘结剂喷射区域。
进一步的，步骤S2中，前刮刀、后刮刀外分别设置固化光源，实现双向铺粉、打印。
本发明的有益效果为：
1、成型过程中使用后光固化，避免了过程中使用激光等高能束进行烧结，节约了能源，降低了成本；
2、喷射系统处于完全不受光干扰的暗箱之中，从而解决了粘结剂喷射过程中的喷头堵塞问题；
3、本装置可以打印大尺寸的3D产品，传统的3D打印技术DLP、SLS等，受自身技术的限制，成型尺寸小；
4、本装置不涉及高能束光源，无需支撑平台，故打印产品形状种类更多。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置的结构示意图。
其中：1-前刮刀；2-喷头；3-固化光源；4-成型缸；5-原料粉缸；6-后刮刀。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，所述装置包括喷射系统和粉料供送系统；所述喷射系统包括喷头2和固化光源3；所述喷头2位于暗箱结构内，所述固化光源3位于所述暗箱结构外且紧邻所述暗箱结构设置；所述粉料供送系统设置于所述喷射系统下部；所述固化光源3为紫外光光源或蓝光光源。
优选的，所述暗箱结构包括前刮刀1、后刮刀6、2个侧挡板、顶端盖板；所述前刮刀1、后刮刀6、2个侧挡板、顶端盖板及位于下部的粉层共同组成暗箱；所述喷头2在暗箱内将粘结剂喷射到粉层上。该结构的优点在于装置自身构成了暗箱，喷头2处于暗箱之中，完全不受光干扰，从而解决了粘结剂喷射过程中的喷头堵塞问题。
优选的，所述暗箱结构和所述固化光源3固定连接，形成一体化暗箱结构。
作为一个具体实施例，所述喷射系统还包括打印机主板、打印机驱动机构、打印机横梁、粘结剂供应盒；
所述喷头3及所述暗箱结构均安装在所述打印机横梁上；或者喷头2安装在暗箱结构上，可以随暗箱结构一起移动；
所述粘结剂供应盒与所述喷头2连接，为所述喷头2供应粘结剂；本发明采用光固化粘结剂，相比于热固化，收缩率与残余内应力明显降低；
所述打印机主板、打印机驱动机构均设置于所述暗箱结构外；所述打印机主板通过所述打印机驱动机构驱动所述喷头2移动；所述打印机主板同时控制所述喷头2向粉末喷射粘结剂的速度。
优选的，所述装置还包括打印机外壳，所述打印机主板、打印机驱动机构均设置于所述打印机外壳外。
作为一个具体实施例，所述粉料供送系统包括支撑架、原料粉缸5和成型缸4；所述原料粉缸5、成型缸4均安装在所述支架上且位于成型平台的下方；所述前刮刀1、后刮刀6将所述原料粉缸5内的粉料刮送到所述成型缸4内用于3D打印。
本发明实施例一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印方法，利用上述的装置，所述方法包括如下步骤：
S1、配置粘结剂：针对不同的粉末原料配置相应的光固化粘结剂，将粘结剂加入粘结剂供应盒中；
S2、铺粉、打印：所述暗箱结构置于原料粉缸5一侧的初始位置，原料粉缸5上升到铺粉高度，所述暗箱结构从原料粉缸5一侧运动到另一侧的过程中，前刮刀1和后刮刀6将原料粉末刮放到成型缸4中，形成粉层；同时驱动喷射系统的喷头2对粉层设定区域进行粘结剂的喷射；优选的，步骤S2中，通过计算机对3D产品进行三维建模，并将其分成若干个二维图形，根据二维图形确定每个粉层的粘结剂喷射区域；
S3、固化：所述暗箱结构移动过后，安装在所述暗箱结构外部的所述固化光源3对粘结剂进行固化；
S4、成型缸4下降一个工作位置，所述暗箱结构回归初始位置；
S5、重复步骤S2至步骤S4，逐层打印与固化，直到最后一层光固化完成，成型3D打印产品；
S6、取出3D打印产品。
本发明打印方法还可以有其他的变化实施方式，例如：步骤S2中，前刮刀1、后刮刀6外分别设置固化光源3，同时，成型缸4两侧分别设置原料粉缸5。该设计可以实现双向铺粉、打印，从而提高打印效率。
本发明装置和方法可以实现在打印的过程中同步进行粘结剂的配置参数的调控，达到不堵喷头2的效果；同时降低产品残余内应力，保证产品质量。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (9)

1.一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，其特征在于，所述装置包括喷射系统和粉料供送系统；
所述喷射系统包括喷头和固化光源；所述喷头位于暗箱结构内，所述固化光源位于所述暗箱结构外且紧邻所述暗箱结构设置；所述暗箱结构包括前刮刀、后刮刀、2个侧挡板、顶端盖板；所述前刮刀、后刮刀、2个侧挡板、顶端盖板及位于下部的粉层共同组成暗箱；所述喷头在暗箱内将粘结剂喷射到粉层上；
所述粉料供送系统设置于所述喷射系统下部。
2.如权利要求1所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，其特征在于，所述喷射系统还包括打印机主板、打印机驱动机构、打印机横梁、粘结剂供应盒；
所述喷头及所述暗箱结构均安装在所述打印机横梁上；
所述粘结剂供应盒与所述喷头连接，为所述喷头供应粘结剂；
所述打印机主板、打印机驱动机构均设置于所述暗箱结构外；所述打印机主板通过所述打印机驱动机构驱动所述喷头移动；所述打印机主板同时控制所述喷头向粉末喷射粘结剂的速度。
3.如权利要求2所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，其特征在于，所述装置还包括打印机外壳，所述打印机主板、打印机驱动机构均设置于所述打印机外壳外。
4.如权利要求2-3任一项所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，其特征在于，所述粉料供送系统包括支撑架、原料粉缸和成型缸；所述原料粉缸、成型缸均安装在所述支撑架上且位于成型平台的下方；所述前刮刀、后刮刀将所述原料粉缸内的粉料刮送到所述成型缸内用于3D打印。
5.如权利要求1-3任一项所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，其特征在于，所述固化光源为紫外光光源或蓝光光源。
6.如权利要求1所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印装置，其特征在于，所述暗箱结构和所述固化光源固定连接，形成一体化暗箱结构。
7.一种防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印方法，利用如权利要求4所述的装置进行，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、配置粘结剂：针对不同的粉末原料配置相应的光固化粘结剂，将粘结剂加入粘结剂供应盒中；
S2、铺粉、打印：所述暗箱结构置于原料粉缸一侧的初始位置，原料粉缸上升到铺粉高度，所述暗箱结构从原料粉缸一侧运动到另一侧的过程中，前刮刀和后刮刀将原料粉末刮放到成型缸中，形成粉层；同时驱动喷射系统的喷头对粉层设定区域进行粘结剂的喷射；
S3、固化：所述暗箱结构移动过后，安装在所述暗箱结构外部的所述固化光源对粘结剂进行固化；
S4、成型缸下降一个工作位置，所述暗箱结构回归初始位置；
S5、重复步骤S2至步骤S4，逐层打印与固化，直到最后一层光固化完成，成型3D打印产品。
8.如权利要求7所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印方法，其特征在于，步骤S2中，通过计算机对3D产品进行三维建模，并将其分成若干个二维图形，根据二维图形确定每个粉层的粘结剂喷射区域。
9.如权利要求7所述的防堵塞喷头的基于光固化剂喷射的3D打印方法，其特征在于，步骤S2中，前刮刀、后刮刀外分别设置固化光源，实现双向铺粉、打印。
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