CN113370523A - 一种镜像3d打印挤出装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镜像3D打印挤出装置及其工作方法,用于单一材料打印或双材料打印,装置包括两个挤出机构,对称分布于横梁两侧,每个挤出机构配置一个打印基板。调整位置时,两个喷头与其对应打印基板的位置同时调平,实现镜像3D打印。当启动双材料打印时,两喷头分别装填两种目标耗材,同时开始相同打印任务,保证材料进丝和沉积过程同步进行。当目标件需要切换材料时,通过将横梁旋转180°以实现两喷头的快速切换。本发明较传统双喷头3D打印设备,减少了副喷头出丝前需进行附加打印动作以排除喷头内部长时间待机时热降解耗材,可显著提高喷头切换效率,进而有效减小材料交替过程中相邻沉积材料间的温度梯度,最终实现打印结构层间结合强度的提升。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域,具体而言,尤其涉及一种镜像3D打印挤出装置及其工作方法。
背景技术
当前双喷头双材料打印需求主要通过双喷头共挤出机型3D打印设备实现。该类设备将两个材料挤出喷头及其送丝机构集成在一台挤出机上,以实现双喷头协同调平的目的,通过初调平可保障两枚喷头与材料基板相对位置相同。当一个喷头工作时,另一个喷头略微抬起,此时熔丝已进入热喷头内待机,与工作喷头共同运动。当两材料切换时,工作喷头结束工作,另一个喷头先加热至材料挤出目标温度,再开始打印工作。此时,待机喷头内部预装填材料在待机空驶过程中由于长时间受热而使其材料性能下降。因此,在喷头切换后,工作喷头需要在材料基板打印额外结构(如,废料塔),以避免变质热熔耗材被使用。
双材料双喷头打印时,会出现一个喷头高温工作,一个喷头高温空驶的现象。塑料丝材在热喷头内长时间受高温加热,会出现热降解现象,材料性能大幅下降。在材料交替过程中,目前主要通过打印废料塔方法规避待切换喷头内部预填充的热降解熔融材料,即,在喷头切换后,先打印简单几何形状的废料塔,将已变质的材料耗尽,再进行正式打印工作。但该方法会拖长喷头切换时间,导致切换后的材料的沉积温度与已冷却的前序沉积材料间温度梯度较大,阻碍两种材料沉积层间进一步聚结,形成较好的层间结合质量。
发明内容
根据上述提出的双材料双喷头打印时,会出现一个喷头高温工作,一个喷头高温空驶的现象;塑料丝材在热喷头内长时间受高温加热,会出现热降解现象,材料性能大幅下降;在材料交替过程中,目前主要通过打印废料塔方法规避待切换喷头内部预填充的热降解熔融材料,但该方法会拖长喷头切换时间,导致切换后的材料的沉积温度与已冷却的前序沉积材料间温度梯度较大,阻碍两种材料沉积层间进一步聚结,形成较好的层间结合质量的技术问题,而提供一种镜像3D打印挤出装置及其工作方法。本发明主要利用两个对称分布于横梁两侧的挤出机构,每个挤出机构配置一个打印基板,实现单一材料打印或双材料打印。调整位置时,两个喷头与其对应打印基板的位置同时调平,实现镜像3D打印。当启动双材料打印时,两喷头分别装填两种目标耗材,同时开始相同打印任务,保证材料进丝和沉积过程同步进行。当目标件需要切换材料时,通过将横梁旋转180°以实现两喷头的快速切换。本发明较传统双喷头3D打印设备,减少了副喷头出丝前需进行附加打印动作以排除喷头内部长时间待机时热降解耗材,可显著提高喷头切换效率,进而有效减小材料交替过程中相邻沉积材料间的温度梯度,最终实现打印结构层间结合强度的提升。
本发明采用的技术手段如下:
一种镜像3D打印挤出装置,包括:与打印设备滑轨相连接的第一电机、横梁以及对称置于横梁两侧的两个挤出机构,每个挤出机构的下方对应配置一个打印基板,第一电机与横梁相连,用于驱动横梁转动,调整横梁位置;打印基板固定在打印设备上;
挤出机构由固定在横梁上的冷却装置和料盒以及具有加热且挤出材料功能的材料挤出加热模块组成,冷却装置为循环冷却水系统,内部通入循环冷却水,与材料挤出加热模块相连,对材料挤出加热模块内未进入加热区域的打印材料进行降温;料盒与材料挤出加热模块内设置的进料管相连,进料管与材料挤出加热模块端部设置的喷头相连,料盒内存储的打印材料输送至进料管,经材料挤出加热模块加热熔融后通过喷头挤出,并在对应的打印基板上打印产品,实现单一材料打印或镜像双材料打印。
进一步地,所述冷却装置由固定在横梁上的蓄水盒、与蓄水盒相连通的进水管、与进水管相连通的冷却腔和与冷却腔相连通的出水管,进水管的上部和出水管的上部均置于横梁内部,进水管的下部和出水管的下部均置于材料挤出加热模块内部;
冷却腔的上部和下部分别与进水管的出水口和出水管的进口相连,进水管的进水口与蓄水盒的出水口相连,出水管的出口与蓄水盒侧壁开口相连,出水管的管路上外接水泵,驱动冷却水依次经蓄水盒、进水管、冷却腔、出水管循环至蓄水盒内;
冷却腔密封包裹在进料管的外壁,通过冷却腔内的循环冷却水对进料管内未进入加热区域的打印材料进行降温。
进一步地,所述材料挤出加热模块还包括第二电机、齿轮机构和加热装置,齿轮机构、加热装置和进料管均置于材料挤出加热模块的壳体内部,进料管的上部延伸出材料挤出加热模块并贯穿横梁的端部与料盒相连;
齿轮机构设置在进料管的管路中,由外壳和置于外壳内的两个齿轮组成,两个齿轮间隔设置,中间留有使打印材料通过的空隙,通过两个齿轮的挤压输送,将打印材料向加热装置的方向输送;第二电机用于驱动齿轮机构中的一个齿轮转动。
进一步地,所述加热装置为加热铜块,包裹在靠近喷头处进料管的外部。
进一步地,两侧打印基板分别为主打印基板和副打印基板,分别为第一打印基板和第二打印基板,主打印基板上打印的产品为与切片软件初始设置参数相同的打印产品,副打印基板上打印的产品为与主打印基板上产品设置参数相同、仅各部分材料对应不同的产品。
进一步地,两侧打印基板的初始水平位置一致,双材料打印在主打印基板和副打印基板上打印的产品形状和特征完全相同,但两个产品中每个位置打印的材料对应相反。
进一步地,单一材料打印时,在主打印基板对应的第一料盒中填装所需打印材料,第一电机驱动横梁将第一料盒对应的喷头调整到主打印基板上方进行打印,主打印基板上方的喷头进行打印工作,保证耗材与熔融工作同步进行;
双材料打印时,两个料盒分别填装两种不同的耗材,两个喷头进行相同的打印工作,保证材料进丝和沉积过程同步进行,且保证耗材与熔融工作同步进行;当目标件需要切换材料时,通过将横梁旋转180°以实现两喷头的快速切换。
进一步地,双材料打印中,在调平喷头与打印基板相对位置时,两个喷头与其对应的打印基板的位置为同时调平,实现镜像3D打印。
本发明还提供了一种镜像3D打印挤出装置的工作方法,用于单一材料打印,包括如下步骤:
步骤一、用三维绘图软件绘制所需打印的产品,导入切片软件调整打印参数后进行切片;将所需要使用的第一材料装到第一料盒中;
步骤二、打印机电源启动,将已切片的产品导入打印机中,开始打印工作;
步骤三、第一电机驱动横梁转动,转动到第一喷头位于第一打印基板中心的正上方位置;
步骤四、材料熔融挤出过程:第一料盒里的材料通过第二电机驱动齿轮机构的齿轮转动进入第一喷头,利用加热铜块将材料加热至熔融态后挤出;在此过程中,蓄水盒里的冷水通过横梁和材料挤出加热模块中的进水管进入冷却腔,降低未进入加热铜块加热区域的材料的温度,防止材料融化将喷头堵死,之后,冷水通过出水管流回到蓄水盒;
步骤五、第一喷头在第一打印基板上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作;
步骤六、打印任务结束后,第二电机停止工作,齿轮停止转动,加热铜块停止工作;横梁调整第一喷头回到第一打印基板的中心正上方位置。
本发明还提供了一种镜像3D打印挤出装置的工作方法,用于双材料打印,包括如下步骤:
步骤一、用三维绘图软件绘制所需打印的产品,导入切片软件调整打印参数后进行切片;将所需要使用的第一材料装到第一料盒中,所需要使用第二材料装到第二料盒中;
步骤二、打印机电源启动,将已切片的产品导入打印机中,开始打印工作;
步骤三、第一打印基板为主打印基板,打印的产品参数与切片软件设置的相同;第二打印基板为副打印基板,打印的产品参数与主打印基板上的产品设置相同,仅产品的部分材料对应不同;第一电机转动横梁,将首先需要打印的材料对应的第一喷头调整到第一打印基板中心的正上方位置,相应的,第二喷头调整到第二打印基板中心的正上方位置;
步骤四、材料熔融挤出过程:第一料盒和第二料盒里的材料通过第二电机驱动齿轮机构的齿轮转动分别进入第一喷头和第二喷头,利用加热铜块将材料加热至熔融态后挤出;在此过程中,蓄水盒里的冷水通过横梁和材料挤出加热模块中的进水管进入冷却腔,降低未进入加热铜块加热区域的材料的温度,防止材料融化将喷头堵死,之后,冷水通过出水管流回到蓄水盒;
步骤五、第一喷头在第一打印基板上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作,第二喷头在第二打印基板上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作;主打印基板进行所需打印材料部分的打印工作,副打印基板进行另一种材料相同路径的打印工作;所需材料打印工作完成后,第一电机驱动横梁旋转180度,进行另一种材料的打印工作,重复上述动作,最终完成产品打印工作;
步骤六、打印任务结束,第二电机停止工作,齿轮停止转动,加热铜块停止工作;横梁调整第一喷头回到第一打印基板的中心正上方位置,第二喷头回到第二打印基板的中心正上方位置。
较现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明提供的镜像3D打印挤出装置及其工作方法,将双喷头独立配置挤出机和材料基板,利用横梁将其对称分布在两侧,横梁再与打印设备滑轨连接,保障两喷头与水平基板同步调平。当两个喷头同时工作而其中一枚喷头工作时间较长时,另一枚喷头也在同时工作,避免材料在热喷头内长时间受高温加热而降解。当材料切换时,无需打印额外废料塔等结构,可通过横梁快速镜像旋转,直接到达工作位置并直接开始工作,缩短材料切换时间,减少两种材料沉积层间温度梯度,有利于沉积层间的融合,进而实现打印件层间强度的提升。
2、本发明提供的镜像3D打印挤出装置及其工作方法,较传统双喷头3D打印设备,减少了副喷头出丝前需进行附加打印动作以排除两喷头内部长时间待机时热降解耗材,可显著提高喷头切换效率,进而有效减小材料交替过程中相邻沉积材料间的温度梯度,最终实现打印结构层间结合强度的提升。
综上,应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的双材料双喷头打印时,会出现一个喷头高温工作,一个喷头高温空驶的现象;塑料丝材在热喷头内长时间受高温加热,会出现热降解现象,材料性能大幅下降;在材料交替过程中,目前主要通过打印废料塔方法规避待切换喷头内部预填充的热降解熔融材料,但该方法会拖长喷头切换时间,导致切换后的材料的沉积温度与已冷却的前序沉积材料间温度梯度较大,阻碍两种材料沉积层间进一步聚结,形成较好的层间结合质量的问题。
基于上述理由本发明可在3D打印等领域广泛推广。
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做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的镜像3D打印挤出装置的结构示意图。
图2为本发明装置打印过程示意图。
图3为本发明装置的三维结构示意图。
图4为本发明装置的三维透视图。
图5为本发明材料挤出加热模块的剖面视图。
图6为本发明喷头的结构示意图。
图7为本发明横梁的部分剖面视图。
图8为本发明装配体的部分剖面视图。
图9为本发明料挤出加热模块示意图。
图中:1、第一电机;2、横梁;3、蓄水盒;4、第一料盒;5、第二料盒;6、材料挤出加热模块;7、第一喷头;8、第二喷头;9、第一打印基板;10、第二打印基板;11、进水管;12、出水管;13、进料管;14、齿轮机构;15、冷却腔;16、加热铜块;17、第一材料;18、第二材料;19、第二电机。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
3D打印,又称增材制造,属于快速成型技术的一种。该技术是将热熔型料丝加热融化后从喷头挤出,沉积在打印工作平台或前一层已固化的材料上,当温度低于料丝固化温度后开始固化成型,最终打印成实体。目前市场需要能打印双色和水溶性材料的3D打印机,故本发明在原单喷头3D打印机上增加一个喷头实现双喷头打印。
如图所示,本发明提供了一种镜像3D打印挤出装置,应用于各种双喷头3D打印机的挤出部分,特别是双喷头双材料3D打印需求。装置包括:与打印设备滑轨相连接的第一电机1、横梁2以及对称置于横梁2两侧的两个挤出机构,每个挤出机构的下方对应配置一个打印基板,第一电机1与横梁2相连,用于驱动横梁2转动,调整横梁2位置;打印基板固定在打印设备上。第一电机1调整横梁2位置,具体调整为:打印开始时,将两个喷头调整到对应打印基板中心正上方的位置;在打印过程中,打印部分需要将材料换成另一个材料时,第一电机1需转动180°,进行材料切换。此外,根据现有的打印机,其余上下左右前后方向由第一电机1所连接的打印设备滑轨调整。
挤出机构由固定在横梁2上的冷却装置和料盒以及具有加热且挤出材料功能的材料挤出加热模块6组成,冷却装置为循环冷却水系统,内部通入循环冷却水,与材料挤出加热模块6相连,对材料挤出加热模块6内未进入加热区域的打印材料进行降温;料盒与材料挤出加热模块6内设置的进料管13相连,进料管13与材料挤出加热模块6端部设置的喷头相连,料盒内存储的打印材料输送至进料管13,经材料挤出加热模块6加热熔融后通过喷头挤出,并在对应的打印基板上打印产品,实现单一材料打印或镜像双材料打印。
作为优选的实施方式,所述冷却装置由固定在横梁2上的蓄水盒3、与蓄水盒3相连通的进水管11、与进水管11相连通的冷却腔15和与冷却腔15相连通的出水管12,进水管11的上部和出水管12的上部均置于横梁2内部,进水管11的下部和出水管12的下部均置于材料挤出加热模块6内部;冷却腔15的上部和下部分别与进水管11的出水口和出水管12的进口相连,进水管11的进水口与蓄水盒3的出水口相连,出水管12的出口与蓄水盒3侧壁开口相连,出水管12的管路上外接水泵,驱动冷却水依次经蓄水盒3、进水管11、冷却腔15、出水管12循环至蓄水盒3内;冷却腔15密封包裹在进料管13的外壁,通过冷却腔15内的循环冷却水对进料管13内未进入加热区域的打印材料进行降温。
作为优选的实施方式,所述材料挤出加热模块6还包括齿轮机构14和加热装置,齿轮机构14、加热装置和进料管13均置于材料挤出加热模块6的壳体内部,进料管13的上部延伸出材料挤出加热模块6并贯穿横梁2的端部与料盒相连;齿轮机构14设置在进料管13的管路中,由外壳和置于外壳内的两个圆柱齿轮组成,两个圆柱齿轮间隔设置,中间留有使打印材料通过的空隙,通过两个圆柱齿轮的挤压输送,将打印材料向加热装置的方向输送,其中,第二电机19驱动左侧圆柱齿轮转动。两个圆柱齿轮的轴线与输送方向垂直,两个圆柱齿轮的轴线所在平面与输送方向垂直。加热装置为加热铜块16,包裹在靠近喷头处进料管13的外部。
作为优选的实施方式,两侧打印基板分别为主打印基板和副打印基板,主打印基板上打印的产品为与切片软件初始设置参数相同的打印产品,副打印基板上打印的产品为与主打印基板上产品设置参数相同、仅各部分材料不同的产品。两侧打印基板的初始水平位置一致,双材料打印在主打印基板和副打印基板上打印的产品形状和特征完全相同,但产品的每部分对应的打印材料不同。
作为优选的实施方式,单一材料打印时,在主打印基板对应的第一料盒4中填装所需打印材料,第一电机1驱动横梁2将第一料盒4对应的喷头调整到主打印基板上方进行打印,主打印基板上方的喷头进行打印工作,利用喷头挤出量与材料的进给量相同来保证耗材与熔融工作同步进行;双材料打印时,两个料盒分别填装两种不同的耗材,两个喷头进行相同的打印工作,保证材料进丝和沉积过程同步进行,且保证耗材与熔融工作同步进行;当目标件需要切换材料时,通过将横梁2旋转180°以实现两喷头的快速切换。目标件为本发明用三维绘图软件绘制,在切片软件里设置好参数的打印件。
作为优选的实施方式,双材料打印中,在调平喷头与打印基板相对位置时,两个喷头与其对应的打印基板的位置为同时调平,实现镜像3D打印。
实施例1
如图1-9所示,一种镜像3D打印挤出装置,既可用于单一材料打印,又可用于双材料打印。装置包括两个标准3D打印挤出机构,对称分布于横梁两侧,每个挤出机构配置一个独立材料打印基板,且两打印基板初始水平位置保持一致。当设备初调平挤出机构喷头与打印基板相对位置时,两个喷头与其对应打印基板的位置是同时调平,实现镜像3D打印。特别的,当启动双材料打印时,两喷头分别装填两种目标耗材(打印材料),并同时开始相同打印任务,保证材料进丝和沉积过程同步进行。当目标件需要切换打印材料时,通过将横梁旋转180°以实现两喷头的快速切换。该过程较传统双喷头3D打印设备,减少了副喷头出丝前需进行附加打印动作以排除喷头内部长时间待机时热降解耗材,可显著提高喷头切换效率,进而有效减小材料交替过程中相邻沉积材料间的温度梯度,最终实现打印结构层间结合强度的提升。
横梁2的转动以及位置调整由第一电机1驱动完成,第一电机1连接在现有打印设备滑轨上,滑轨控制第一电机1上下左右前后六个方向的移动,第一电机1只控制横梁2的转动。第一电机1的电机轴与横梁2连接,电机轴的轴线与横梁2的转动圆心重合。打印基板固定在现有打印设备上。
如图1所示,左侧挤出机构由冷却装置、第一料盒4以及材料挤出加热模块6组成。右侧挤出机构由冷却装置、第二料盒5以及材料挤出加热模块6组成。冷却装置由依次连接的蓄水盒3、进水管11、冷却腔15和出水管12组成,构成冷却水循环系统,对材料挤出加热模块6的进料管内未进入加热区域的打印材料进行降温。如图8所示,进水管11和出水管12的上部的管路布置在横梁2的内部,进料管13的上部贯穿横梁2。如图5所示,进水管11的出水口与冷却腔15的左上壁面开口相连,出水管12的进口与冷却腔15的右上壁面开口相连。进水管11的出水口高于出水管12的进口。冷却腔15设置在材料挤出加热模块6的齿轮机构14的下方。
两个蓄水盒3、第一料盒4和第二料盒5均固定在横梁2的上表面,左侧蓄水盒3靠近第一料盒4,且位于第一料盒4的外侧,右侧蓄水盒3靠近第二料盒5,且位于第二料盒5的外侧。
两个材料挤出加热模块6均固定在横梁2的下表面。两个材料挤出加热模块6底端设置的喷头分别为第一喷头7和第二喷头8,第一喷头7下方对应设置第一打印基板9,第一打印基板9为主打印基板,在第一打印基板9上打印的产品为与切片软件初始设置参数相同的打印产品。第二喷头8下方对应设置第一打印基板10,第二打印基板10为副打印基板,在第二打印基板10上打印的产品为与主打印基板上产品设置参数相同、仅各部分材料对应不同的产品。
两打印基板的初始水平位置一致。双材料打印在第一打印基板9和第二打印基板10打印的产品形状、特征等完全相同,但产品的每部分对应的材料不同。即双材料打印中,两个打印基板上打印的产品形状大小完全相同,但两个产品中每个位置打印的材料对应相反。如图2所示,两边的打印件最终打印产品形状大小完全相同,每个打印件均分为两个部分,两个部分分别用两种不同的材料来打印,且两个打印件上每部分材料对应相反,即左侧打印件与右侧打印件的形状大小完全相同,如图2中所示,每个打印件的上下两个部分的形状可分别为圆形和方形,但左侧打印件的圆形和方形两部分分别使用第二材料和第一材料,右侧打印件的圆形和方形两部分分别使用第一材料和第二材料。需要注意的是,打印件形状是用三维绘图软件绘制好的,可以是任意形状,这是3D打印的优势。
本发明装置在单一材料打印时,只在第一料盒4填装所需打印材料,第一电机1驱动横梁2将第一料盒4对应的第一喷头7调整到第一打印基板9上方进行打印。第一喷头7打印工作时,保证耗材与熔融工作同步进行。
本发明装置在双材料打印时,两个料盒分别填装两种不同的耗材,两喷头进行相同的打印工作,且保证耗材与熔融工作同步进行。根据切片软件(开源免费软件Curav15.04)设定,第一电机1调整横梁2位置将所需材料调整到第一打印基板9上方,进行所需材料的打印部分,所需材料打印部分完成后,第一电机1旋转180度,进行另一种材料的打印部分,重复上述动作,最终完成产品打印工作。该过程较传统双喷头3D打印设备,减少了副喷头出丝前需进行附加打印动作以排除两喷头内部长时间待机时热降解耗材,可显著提高喷头切换效率,进而有效减小材料交替过程中相邻沉积材料间的温度梯度,最终实现打印结构层间结合强度的提升。
材料熔融挤出过程中,第一料盒4和第二料盒5里的材料通过齿轮机构14中两个圆柱齿轮的转动分别进入第一喷头7和第二喷头8,加热铜块16将材料加热至熔融态后挤出。在此过程中,蓄水盒3里的冷却水通过横梁2和材料挤出加热模块6中的进水管11进入冷却腔15,降低未进入加热铜块16加热范围内的材料的温度,并通过出水管12回到蓄水盒3,防止材料融化将两个喷头堵死。
本发明的挤出装置等同于3D打印机喷头部分,特点是完成材料迅速切换的任务,突出双喷头分离的特点,以及喷头对应的两个基板。显示打印产品的目的,是为了更好的显示产品形状相同但材料对应不同的特点。本发明将材料挤压输送至对应喷头后的后续打印工作由外部连接的现有打印机的打印设备控制。
实施例2
在实施例1的基础上,本发明还提供了一种镜像3D打印挤出装置的工作方法,用于单一材料打印,包括如下步骤:
步骤一、用三维绘图软件绘制所需打印的产品,导入切片软件调整打印参数后进行切片;将所需要使用的第一材料17装到第一料盒4中;
步骤二、打印机电源启动,将已切片的产品导入打印机中,开始打印工作;
步骤三、第一电机1驱动横梁2转动,转动到第一喷头7位于第一打印基板9中心的正上方位置;
步骤四、材料熔融挤出过程:第一料盒4里的材料通过第二电机19驱动齿轮机构14的齿轮转动进入第一喷头7,利用加热铜块16将材料加热至熔融态后挤出;在此过程中,蓄水盒3里的冷水通过横梁2和材料挤出加热模块6中的进水管11进入冷却腔15,降低未进入加热铜块16加热区域的材料的温度,防止材料融化将喷头堵死,之后,冷水通过出水管12流回到蓄水盒3;
步骤五、第一喷头7在第一打印基板9上按照切片软件的设定通过现有打印设备进行打印工作;
步骤六、打印任务结束后,第二电机19停止工作,齿轮停止转动,加热铜块16停止工作;横梁2调整第一喷头7回到第一打印基板9的中心正上方位置。
实施例3
在实施例1的基础上,本发明还提供了一种镜像3D打印挤出装置的工作方法,用于双材料打印,包括如下步骤:
步骤一、用三维绘图软件绘制所需打印的产品,导入切片软件调整打印参数后进行切片;将所需要使用的第一材料17装到第一料盒4中,所需要使用第二材料18装到第二料盒5中;
步骤二、打印机电源启动,将已切片的产品导入打印机中,开始打印工作;
步骤三、第一打印基板9为主打印基板,打印的产品参数与切片软件设置的相同;第二打印基板10为副打印基板,打印的产品参数与主打印基板上的产品设置相同,仅产品的部分材料对应不同;第一电机1转动横梁2,将首先需要打印的材料对应的第一喷头7调整到第一打印基板9中心的正上方位置,相应的,第二喷头8调整到第二打印基板10中心的正上方位置;
步骤四、材料熔融挤出过程:第一料盒4和第二料盒5里的材料通过第二电机19驱动齿轮机构14的齿轮转动分别进入第一喷头7和第二喷头8,利用加热铜块16将材料加热至熔融态后挤出;在此过程中,蓄水盒3里的冷水通过横梁2和材料挤出加热模块6中的进水管11进入冷却腔15,降低未进入加热铜块16加热区域的材料的温度,防止材料融化将喷头堵死,之后,冷水通过出水管12流回到蓄水盒3;
步骤五、第一喷头7在第一打印基板9上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作,第二喷头8在第二打印基板10上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作;主打印基板进行所需打印材料部分的打印工作,副打印基板进行另一种材料相同路径的打印工作;所需材料打印工作完成后,第一电机1驱动横梁2旋转180度,进行另一种材料的打印工作,重复上述动作,最终完成产品打印工作;该过程较传统双喷头3D打印设备,减少了副喷头出丝前需进行附加打印动作以排除两喷头内部长时间待机时热降解耗材,可显著提高喷头切换效率,进而有效减小材料交替过程中相邻沉积材料间的温度梯度,最终实现打印结构层间结合强度的提升;
步骤六、打印任务结束,第二电机19停止工作,齿轮停止转动,加热铜块16停止工作;横梁2调整第一喷头7回到第一打印基板9的中心正上方位置,第二喷头8回到第二打印基板10的中心正上方位置。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种镜像3D打印挤出装置,其特征在于,包括:与打印设备滑轨相连接的第一电机(1)、横梁(2)以及对称置于横梁(2)两侧的两个挤出机构,每个挤出机构的下方对应配置一个打印基板,第一电机(1)与横梁(2)相连,用于驱动横梁(2)转动,调整横梁(2)位置;打印基板固定在打印设备上;
挤出机构由固定在横梁(2)上的冷却装置和料盒以及具有加热且挤出材料功能的材料挤出加热模块(6)组成,冷却装置为循环冷却水系统,内部通入循环冷却水,与材料挤出加热模块(6)相连,对材料挤出加热模块(6)内未进入加热区域的打印材料进行降温;料盒与材料挤出加热模块(6)内设置的进料管(13)相连,进料管(13)与材料挤出加热模块(6)端部设置的喷头相连,料盒内存储的打印材料输送至进料管(13),经材料挤出加热模块(6)加热熔融后通过喷头挤出,并在对应的打印基板上打印产品,实现单一材料打印或镜像双材料打印。
2.根据权利要求1所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,所述冷却装置由固定在横梁(2)上的蓄水盒(3)、与蓄水盒(3)相连通的进水管(11)、与进水管(11)相连通的冷却腔(15)和与冷却腔(15)相连通的出水管(12),进水管(11)的上部和出水管(12)的上部均置于横梁(2)内部,进水管(11)的下部和出水管(12)的下部均置于材料挤出加热模块(6)内部;
冷却腔(15)的上部和下部分别与进水管(11)的出水口和出水管(12)的进口相连,进水管(11)的进水口与蓄水盒(3)的出水口相连,出水管(12)的出口与蓄水盒(3)侧壁开口相连,出水管(12)的管路上外接水泵,驱动冷却水依次经蓄水盒(3)、进水管(11)、冷却腔(15)、出水管(12)循环至蓄水盒(3)内;
冷却腔(15)密封包裹在进料管(13)的外壁,通过冷却腔(15)内的循环冷却水对进料管(13)内未进入加热区域的打印材料进行降温。
3.根据权利要求1所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,所述材料挤出加热模块(6)还包括第二电机(19)、齿轮机构(14)和加热装置,齿轮机构(14)、加热装置和进料管(13)均置于材料挤出加热模块(6)的壳体内部,进料管(13)的上部延伸出材料挤出加热模块(6)并贯穿横梁(2)的端部与料盒相连;
齿轮机构(14)设置在进料管(13)的管路中,由外壳和置于外壳内的两个齿轮组成,两个齿轮间隔设置,中间留有使打印材料通过的空隙,通过两个齿轮的挤压输送,将打印材料向加热装置的方向输送;第二电机(19)用于驱动齿轮机构(14)的一个齿轮转动。
4.根据权利要求3所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,所述加热装置为加热铜块(16),包裹在靠近喷头处进料管(13)的外部。
5.根据权利要求1所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,两侧打印基板分别为主打印基板和副打印基板,分别为第一打印基板(9)和第二打印基板(10),主打印基板上打印的产品为与初始设置参数相同的打印产品;副打印基板上打印的产品为与主打印基板上产品设置参数相同、仅各部分材料对应不同的产品。
6.根据权利要求1或5所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,两侧打印基板的初始水平位置一致,双材料打印在主打印基板和副打印基板上打印的产品形状和特征完全相同,但两个产品中每个位置打印的材料对应相反。
7.根据权利要求1所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,单一材料打印时,在主打印基板对应的第一料盒(4)中填装所需打印材料,第一电机(1)驱动横梁(2)将第一料盒(4)对应的喷头调整到主打印基板上方进行打印,主打印基板上方的喷头进行打印工作,保证耗材与熔融工作同步进行;
双材料打印时,两个料盒分别填装两种不同的耗材,两个喷头进行相同的打印工作,保证材料进丝和沉积过程同步进行,且保证耗材与熔融工作同步进行;当目标件需要切换材料时,通过将横梁(2)旋转180°以实现两喷头的快速切换。
8.根据权利要求1或7所述的镜像3D打印挤出装置,其特征在于,双材料打印中,在调平喷头与打印基板相对位置时,两个喷头与其对应的打印基板的位置为同时调平,实现镜像3D打印。
9.一种如权利要求1-8任意一项权利要求所述的镜像3D打印挤出装置的工作方法,用于单一材料打印,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、用三维绘图软件绘制所需打印的产品,导入切片软件调整打印参数后进行切片;将所需要使用的第一材料(17)装到第一料盒(4)中;
步骤二、打印机电源启动,将已切片的产品导入打印机中,开始打印工作;
步骤三、第一电机(1)驱动横梁(2)转动,转动到第一喷头(7)位于第一打印基板(9)中心的正上方位置;
步骤四、材料熔融挤出过程:第一料盒(4)里的材料通过第二电机(19)驱动齿轮机构(14)的齿轮转动进入第一喷头(7),利用加热铜块(16)将材料加热至熔融态后挤出;在此过程中,蓄水盒(3)里的冷水通过横梁(2)和材料挤出加热模块(6)中的进水管(11)进入冷却腔(15),降低未进入加热铜块(16)加热区域的材料的温度,防止材料融化将喷头堵死,之后,冷水通过出水管(12)流回到蓄水盒(3);
步骤五、第一喷头(7)在第一打印基板(9)上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作;
步骤六、打印任务结束后,第二电机(19)停止工作,齿轮停止转动,加热铜块(16)停止工作;横梁(2)调整第一喷头(7)回到第一打印基板(9)的中心正上方位置。
10.一种如权利要求1-8任意一项权利要求所述的镜像3D打印挤出装置的工作方法,用于双材料打印,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、用三维绘图软件绘制所需打印的产品,导入切片软件调整打印参数后进行切片;将所需要使用的第一材料(17)装到第一料盒(4)中,所需要使用第二材料(18)装到第二料盒(5)中;
步骤二、打印机电源启动,将已切片的产品导入打印机中,开始打印工作;
步骤三、第一打印基板(9)为主打印基板,打印的产品参数与切片软件设置的相同;第二打印基板(10)为副打印基板,打印的产品参数与主打印基板上的产品设置相同,仅产品的部分材料对应不同;第一电机(1)转动横梁(2),将首先需要打印的材料对应的第一喷头(7)调整到第一打印基板(9)中心的正上方位置,相应的,第二喷头(8)调整到第二打印基板(10)中心的正上方位置;
步骤四、材料熔融挤出过程:第一料盒(4)和第二料盒(5)里的材料通过第二电机(19)驱动齿轮机构(14)的齿轮转动分别进入第一喷头(7)和第二喷头(8),利用加热铜块(16)将材料加热至熔融态后挤出;在此过程中,蓄水盒(3)里的冷水通过横梁(2)和材料挤出加热模块(6)中的进水管(11)进入冷却腔(15),降低未进入加热铜块(16)加热区域的材料的温度,防止材料融化将喷头堵死,之后,冷水通过出水管(12)流回到蓄水盒(3);
步骤五、第一喷头(7)在第一打印基板(9)上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作,第二喷头(8)在第二打印基板(10)上按照切片软件的设定通过打印设备进行打印工作;主打印基板进行所需打印材料部分的打印工作,副打印基板进行另一种材料相同路径的打印工作;所需材料打印工作完成后,第一电机(1)驱动横梁(2)旋转180度,进行另一种材料的打印工作,重复上述动作,最终完成产品打印工作;
步骤六、打印任务结束,第二电机(19)停止工作,齿轮停止转动,加热铜块(16)停止工作;横梁(2)调整第一喷头(7)回到第一打印基板(9)的中心正上方位置,第二喷头(8)回到第二打印基板(10)的中心正上方位置。
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