CN112222357A - 一种高速3d打印结构及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高速3D打印结构及打印方法，高速3D打印结构包括第一落料管、第二落料管、第一铺粉辊、第二铺粉辊和打印喷头，所述第一落料管和第二落料管对称固定安装在打印喷头的两侧，第一铺粉辊和第二铺粉辊对称固定安装在打印喷头的两侧，且第一落料管位于第一铺粉辊与打印喷头之间，第二落料管位于第二铺粉辊与打印喷头之间，打印方法采用双向单程全幅面打印的方式，在打印结构正向运动的过程中，其中一侧的落料管和铺粉辊工作，在反向运动的过程中，另一侧的落料管和铺粉辊工作，从而将打印效率提高至少一倍，同时节省了至少90％的辅助时间，具有良好的应用前景。

Description

一种高速3D打印结构及打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种高速3D打印结构及打印方法。

背景技术

增材制造与激光制造是目前工业制造的新发展方向，其相比常规工业制造而言，能够大幅度缩减生产工序，直接省去模具的制造以及机加工的步骤，且制造精度良好，这对于企业降低生产成本而言大有裨益。

然而现有技术中，增材打印技术不能被应用在实际大批量生产中，最大的问题在于其打印效率低下，常规3D打印的打印方式，主要是通过打印头在打印缸中通过往复运动的方式一层一层进行堆叠打印，具体的，对于砂型打印，铺砂结构铺一层砂后，喷头在对应位置喷墨粘接，然后打印头和铺砂结构相对打印缸就移动一层砂厚度的距离，再次进行铺砂，铺完后再次进行喷墨粘接，如此往复，现有技术大多采用单向铺砂打印，既打印头结构没打印一层，需要进行一次正向打印，然后反向返回至初始位置准备下一次打印，这样每打印一层就需要进行两次的往复运动，效率极低，且部分打印方法中，铺砂和打印是分开进行，也就是说打印一层需要进行一次铺砂的往复运动和一次喷墨的往复运动，对于大规模生产而言，这样的效率明显不能满足需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种能够大幅度提高打印效率的高速3D打印结构及打印方法。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种高速3D打印结构，包括第一落料管、第二落料管、第一铺粉辊、第二铺粉辊和打印喷头，所述第一落料管和第二落料管对称固定安装在打印喷头的两侧，第一铺粉辊和第二铺粉辊对称固定安装在打印喷头的两侧，且第一落料管位于第一铺粉辊与打印喷头之间，第二落料管位于第二铺粉辊与打印喷头之间。

本发明还提供一种高速3D打印结构的打印方法，包括如下步骤：

步骤一、将高速3D打印结构移动至打印缸内的底部一端，并将该位置作为高速3D打印结构的起始位置，打印缸远离起始位置的一端作为终点位置，将靠近起始位置的落料管作为第一落料管；

步骤二、开启第一落料管落料，同时高速3D打印结构向终点位置移动，第一铺粉辊对落料进行铺平，直至移动到打印缸的终点位置，停止第一落料管落料；

步骤三、增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度后，高速3D打印结构向起始位置运动，同时打印喷头工作，向下方的砂层进行喷墨打印，第二落料管同步进行落料，第二铺粉辊对落料进行铺平，直至高速3D打印结构移动至起始位置，停止打印喷头工作以及第二落料管落料；

步骤四、增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度后，高速3D打印结构向终点位置运动，同时打印喷头工作，向下方的砂层进行喷墨打印，第一落料管同步进行落料，第一铺粉辊对落料进行铺平，直至高速3D打印结构移动至终点位置，停止打印喷头工作以及第一落料管落料；

步骤五、循环重复步骤三和步骤四，直至打印完成。

在以上技术方案的基础上，优选的，第一铺粉辊和第二铺粉辊在同一平面内且该平面与高速3D打印结构的运动方向相互平行。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述高速3D打印结构的运动方向为水平方向。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三和步骤四中，增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度的方法为，保持打印缸位置不变，驱动高速3D打印结构竖直向上运动。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三和步骤四中，增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度的方法为，保持高速3D打印结构位置不变，驱动高速打印缸竖直向下运动。

本发明的高速3D打印结构及打印方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的高速3D打印结构在打印喷头的两侧均设置对应的落料管与铺粉辊，从而让打印喷头能够在正向单程打印的过程中，实现反向单程打印前的铺料，这样在打印喷头返回的过程中仍然可以进行喷墨打印，并在返回的过程中再进行下一次打印前的铺料，这样一来，高速3D打印结构的一次往返过程就可以实现两次打印，相比常规双向单程打印而言，效率提高了至少一倍；

(2)本发明的高速3D打印结构可以实现双向单程全幅面打印，喷墨打印的同时进行铺砂，省去了单独铺砂的流程，提高生产效率；

(3)本发明还提供一种基于高速3D打印结构的打印方法，该方法结构简单，两侧的铺砂结构在同一平面，采用先喷墨打印，后铺砂的方式，这样一来，其中一侧不工作的铺砂辊结构就不会直接与打印层的粉料平面接触，也不会导致打印完的粉料面层结构遭到破坏，从而能够在快速双向单程打印的同时，保证每一层打印图案的完整性以及整个增材打印砂型的精度，具有良好的应用前景。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高速3D打印结构的主视图。

图中：1-第一落料管、2-第二落料管、3-第一铺粉辊、4-第二铺粉辊、5-打印喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的高速3D打印结构，其包括第一落料管1、第二落料管2、第一铺粉辊3、第二铺粉辊4和打印喷头5，第一落料管1、第二落料管2、第一铺粉辊3、第二铺粉辊4以及打印喷头5均相互平行，第一落料管1和第二落料管2均对称固定安装在打印喷头5的两侧，第一铺粉辊3与第二铺粉辊4均对称固定安装在打印喷头5的两侧，且第一落料管1位于第一铺粉辊3与打印喷头5之间，第二落料管2位于第二铺粉辊4与打印喷头5之间。

第一落料管1和第二落料管2分别设置在打印喷头5的两侧，分别在打印喷头5双向打印时进行单独落料，从而将打印效率至少提高一倍，打印缸一般采用立方体的缸体结构，高速3D打印结构在缸体内沿水平面的一个长度方向运动，第一落料管1和第二落料管2沿水平面的宽度方向设置。

第一铺粉辊3和第二铺粉辊4分别设置在打印喷头5的两侧，且第一铺粉辊3位于第一落料管1远离打印喷头5的一侧，第二铺粉辊4位于第二落料管2远离打印喷头5的一侧，高速3D打印结构在进行单向打印时，落料管先落料，其后方对应的铺粉辊进行铺粉，例如当高速3D打印结构从第一铺粉辊3向第二铺粉辊4的方向运动时，第一落料管1落料，第二落料管2不落料，第一落料管1落料后，第一落料管1与第一铺粉辊3之间的粉料高度较高，第一铺粉辊3对落料进行铺平，此时由于第二铺粉辊4在第一落料管1的前方，因此第二铺粉辊4与打印砂层的平面存在一层砂的间隙，不会直接与砂进行接触，从而不会破坏上一次打印的砂层；当高速3D打印结构从第二铺粉辊4想第一铺粉辊3的方向运动时，第二落料管2落料，第一落料管1不落料，第二落料管2落料后，第二落料管2与第二铺粉辊4之间的粉料高度较高，第二铺粉辊4对落料进行铺平，这样由于第一铺粉辊3在第二落料管2的前方，因此第一铺粉辊3与打印砂层的平面存在一层砂的间隙，不会直接与砂进行接触，从而不会破坏上一次打印的砂层。通过这样的落料铺平处理，可以让每一次单程打印过程中，只有一根铺粉辊与砂面接触，上一次经过打印喷头5打印完毕的砂层不会与铺粉辊直接接触，从而保证打印质量。

打印喷头5包括一固定架，以及阵列安装在固定架下方的若干喷头结构，若干喷头呈矩形整列排布，排布的长度方向与落料管和铺粉辊均相互平行，打印喷头5用于喷出粘接剂，对砂层进行粘接，从而达到增材的目的。

具体的打印方法包括如下几种：

实施例1

进行打印之前，将高速3D打印结构移动至打印缸的底部最左端，此时打印缸内没有增材用的打印砂，高速3D打印结构的最左端分别设置有第一铺粉辊3和第一落料管1，第一铺粉辊3与打印缸的底板保持一定的高度，优选的为一层打印砂的高度，首先高速3D打印结构从最左端匀速移动至最右端，同时，第一落料管1落料，第一铺粉辊3对落料的打印砂进行铺平处理，直至高速3D打印结构移动至打印缸的最右端，此时停止第一落料管1的落料，完成底层物料的铺设。

实施例2

增材打印过程：

首先进行第一层喷墨粘接打印，以实施例1为基础，驱动高速3D打印结构竖直向上移动一层打印砂的距离，然后驱动高速3D打印结构从打印缸的最右端向最左端运动，同时，打印喷头5向第一层砂层喷墨；第二落料管2打开落料，新增的打印砂散落在第二落料管2与第二铺粉辊4之间，随着高速3D打印结构向左运动，第二铺粉辊4将新增的打印砂铺平，并覆盖在已经喷墨的第一层打印砂上方，直至高速3D打印结构移动至打印缸的最左端，停止第二落料管2的落料，打印喷头5的喷墨打印，以及高速3D打印结构的运动，完成第二层打印砂的铺设以及第一层打印砂和第二层打印砂的粘接。

实施例3

增材打印过程：

在实施例2的基础上，再次驱动高速3D打印结构竖直向上移动一层打印砂的距离，然后驱动高速3D打印结构从打印缸的最左端开始向最右端运动，同时开启打印喷头5向第二层打印砂上方喷墨；开启第一落料管1进行落料处理，对第二层打印砂上方进行喷墨粘接后，第一落料管1落下第三层打印砂覆盖在第二层打印砂上方，第一铺粉辊3再对第三打印砂层进行铺平处理，铺平的第三层打印砂与经过喷墨的第二层打印砂粘接再一次，达到增材的目的，直至高速3D打印结构移动至打印缸的最右端，停止高速3D打印结构的移动以及第一落料管1落料和打印喷头5的喷墨打印。

实施例4

作为完整的打印步骤，依次进行实施例1的步骤后，循环重复实施例2和实施例3的步骤。

如循环重复实施例2和实施例3，重复3000次后，完成增材打印，驱动高速3D打印结构回归到初始位置，分离未粘接的粉料与打印好的砂型，从而得到成品砂型。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高速3D打印结构，其特征在于，包括第一落料管(1)、第二落料管(2)、第一铺粉辊(3)、第二铺粉辊(4)和打印喷头(5)，所述第一落料管(1)和第二落料管(2)对称固定安装在打印喷头(5)的两侧，第一铺粉辊(3)和第二铺粉辊(4)对称固定安装在打印喷头(5)的两侧，且第一落料管(1)位于第一铺粉辊(3)与打印喷头(5)之间，第二落料管(2)位于第二铺粉辊(4)与打印喷头(5)之间。

2.一种权利要求1所述的高速3D打印结构的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将高速3D打印结构移动至打印缸内的底部一端，并将该位置作为高速3D打印结构的起始位置，打印缸远离起始位置的一端作为终点位置，将靠近起始位置的落料管作为第一落料管；

步骤二、开启第一落料管(1)落料，同时高速3D打印结构向终点位置移动，第一铺粉辊(3)对落料进行铺平，直至移动到打印缸的终点位置，停止第一落料管(1)落料；

步骤三、增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度后，高速3D打印结构向起始位置运动，同时打印喷头(5)工作，向下方的砂层进行喷墨打印，第二落料管(2)同步进行落料，第二铺粉辊(4)对落料进行铺平，直至高速3D打印结构移动至起始位置，停止打印喷头(5)工作以及第二落料管(2)落料；

步骤四、增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度后，高速3D打印结构向终点位置运动，同时打印喷头(5)工作，向下方的砂层进行喷墨打印，第一落料管(1)同步进行落料，第一铺粉辊(3)对落料进行铺平，直至高速3D打印结构移动至终点位置，停止打印喷头(5)工作以及第一落料管(1)落料；

步骤五、循环重复步骤三和步骤四，直至打印完成。

3.如权利要求2所述的高速3D打印结构的打印方法，其特征在于，第一铺粉辊(3)和第二铺粉辊(4)在同一平面内且该平面与高速3D打印结构的运动方向相互平行。

4.如权利要求3所述的高速3D打印结构的打印方法，其特征在于，所述高速3D打印结构的运动方向为水平方向。

5.如权利要求2所述的高速3D打印结构的打印方法，其特征在于，步骤三和步骤四中，增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度的方法为，保持打印缸位置不变，驱动高速3D打印结构竖直向上运动。

6.如权利要求2所述的高速3D打印结构的打印方法，其特征在于，步骤三和步骤四中，增大高速3D打印结构相对打印缸在竖直方向的距离，使高速3D打印结构与驱动缸之间增加一个砂层的高度的方法为，保持高速3D打印结构位置不变，驱动高速打印缸竖直向下运动。

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