CN113562970A - 一种玻璃纤维粉末3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃纤维粉末3D打印机，包括机体，所述机体内自上而下依次布置有送料机构、喷料机构和印床机构；所述送料机构包括固定安装在机体内的玻璃纤维粉料仓和粘合剂料仓；所述喷料机构包括固定安装在机体内的X轴驱动组件，以及固定安装在X轴驱动组件上，沿X轴驱动组件运行方向依次布置的玻璃纤维粉喷料组件、用于压紧玻璃纤维粉料的压实组件和粘合剂喷料组件，所述印床机构包括有紧贴玻璃纤维粉喷料组件、压实组件和粘合剂喷料组件布置的印床。本发明能够以玻璃棉生产过程中的粉尘作为3D打印材料，进行3D打印，而且打印精度和质量完全满足玻璃纤维3D打印的质量要求。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印设备技术领域，特别涉及一种玻璃纤维粉末3D打印机。
背景技术
玻璃棉材料是一种人造无机纤维材料，是以石英砂、长石、硅酸钠、硼酸等为主要原料，将其混合熔化成玻璃状态，然后使用离心法，以玻璃为主料，经过了熔炉的熔化、离心器高速运转的拉伸，恒温固化炉的固化从而得以制成的无机纤维材料。
玻璃棉生产过程中，由于玻璃棉表面无装饰性，会有纤维脱落，逸散到生产环境中。而逸散的玻璃纤维在空气中吸收水分会使其逐渐老化，玻璃纤维强度降低，极易造成纤维丝断裂形成大量粉尘。产生脱落的纤维会在室内环境中增加总悬浮颗粒物的浓度。因此，玻璃棉生产厂家均会配置粉尘收集系统对上述粉尘进行收集。
玻璃棉作为重要的建筑材料，在我国产量极高，每年的粉尘量也极大。由于玻璃纤维防火等级较高，而且吸声效果较佳，因而现有的玻璃棉厂家收集的粉尘会作为建筑材料再利用，整体经济效益较差。
随着3D打印技术的不断发展，3D打印材料种类已经越来越多，玻璃纤维目前也能作为3D打印材料，实现3D打印。目前市面上已经有专用于玻璃纤维3D打印的打印机。但是3D打印对于精度要求较高，目前的玻璃纤维3D打印机所使用的玻璃纤维3D打印材料，是将玻璃纤维进行二次加工，形成长度一致性较高，且位于特定长度区间的纤维丝，用于3D打印，成本较高。玻璃棉厂家生产过程中的粉尘其纤维长度大小不一，而且纤维丝强度较低，目前并不能用于3D打印技术。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的至少一种技术问题，提供一种玻璃纤维粉末3D打印机，能够以玻璃棉生产过程中的粉尘作为3D打印材料，进行3D打印，而且打印精度和质量完全满足玻璃纤维3D打印的质量要求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种玻璃纤维粉末3D打印机，包括机体，所述机体内自上而下依次布置有送料机构、喷料机构和印床机构；所述送料机构包括固定安装在机体内的玻璃纤维粉料仓和粘合剂料仓，所述玻璃纤维粉料仓和粘合剂料仓的底部分别安装有玻璃纤维粉输料管和粘合剂输料管，用于将打印物料送至喷料机构；所述喷料机构包括固定安装在机体内的X轴驱动组件，以及固定安装在X轴驱动组件上，沿X轴驱动组件运行方向依次布置的玻璃纤维粉喷料组件、用于压紧玻璃纤维粉料的压实组件和粘合剂喷料组件，所述印床机构包括有紧贴玻璃纤维粉喷料组件、压实组件和粘合剂喷料组件布置的印床。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述玻璃纤维粉末3D打印机内安装设置有温度监测组件，所述玻璃纤维粉料仓、粘合剂料仓、压实组件和印床上均安装有加热部件，所述温度监测组件用于监测玻璃纤维粉料仓、粘合剂料仓、压实组件和印床的温度。
进一步，所述送料机构还包括有送料机构固定框，所述送料机构固定框固定安装在机体内，所述玻璃纤维粉料仓和粘合剂料仓固定安装在送料机构固定框上。
进一步，所述X轴驱动组件为坦克链驱动组件，包括坦克链和用于驱动坦克链的驱动电机，所述玻璃纤维粉喷料组件、压实组件和粘合剂喷料组件固定安装在坦克链上。
优选的，所述喷料机构还包括有喷料机构固定架，所述喷料机构固定架固定安装在机体内，所述X轴驱动组件固定安装在喷料机构固定架上。
进一步，所述压实组件为压实辊，所述玻璃纤维粉喷料组件、压实组件和粘合剂喷料组件依次紧贴布置。
进一步，所述印床机构的印床周侧安装设置有粉料限制框。
进一步，所述印床机构还包括有Z轴调节组件、Z轴调节驱动组件、印床底座和印床机架，所述印床机架固定安装在机体内，所述Z轴调节组件和Z轴调节驱动组件固定安装在印床机架上，所述印床底座与Z轴调节组件活动链接，能够在Z轴调节组件的作用下沿Z轴方向运动，所述印床可拆卸安装在印床底座上。
优选的，所述印床通过印床支撑组件安装在印床底座上。
进一步，所述印床机构还包括有多个限位组件，所述印床底座与限位组件活动链接。
本发明的有益效果是：本发明采用玻璃纤维粉喷料组件、压实组件和粘合剂喷料组件进行喷料打印，在喷玻璃纤维粉后随即由压实组件压实，然后喷粘合剂粘合，在3D打印层层喷料时，能够不断压实玻璃纤维粉，有效避免打印时留有间隙和孔隙，采用这样特定的喷料结构，极大降低了打印材料的纤维长度、粒度等要求，完全可以使用玻璃棉生产过程中的粉尘作为3D打印材料，极大降低了原料成本，而且能够废物利用，极大提高了玻璃棉生产过程中的粉尘的再利用经济效益；同时，本发明打印坯件的密实度得到了极大提高，极大提升了打印精度和打印质量，能够采用玻璃棉生产过程中的粉尘这种废弃原料打印出高质量的产品。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明送料机构的结构示意图；
图3是本发明喷料机构的结构示意图；
图4是本发明印床机构的结构示意图；
图中：
1、送料机构，11、温度监测组件、12、玻璃纤维粉料仓，13、粘合剂料仓，14、玻璃纤维粉输料管，15、粘合剂输料管，16、送料机构固定框，2、喷料机构，21、X轴驱动组件，211、坦克链，212、驱动电机，22、玻璃纤维粉喷料组件，23、粘合剂喷料组件，24、压实组件，25、喷料机构固定架，3、印床机构，31、粉料限制框，32、印床，33、印床支撑组件，34、印床底座，35、Z轴调节组件，36、Z轴调节驱动组件，37、限位组件，38、印床机架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1～图3所示，本发明设计的一种玻璃纤维粉末3D打印机，包括机体。所述机体内自上而下依次布置有送料机构1、喷料机构2和印床机构3。所述送料机构1包括固定安装在机体内的玻璃纤维粉料仓12和粘合剂料仓13，所述玻璃纤维粉料仓12和粘合剂料仓13的底部分别安装有玻璃纤维粉输料管14和粘合剂输料管15，用于将打印物料送至喷料机构2。送料机构的料仓部分和料管部分，可以采用与现有玻璃纤维3D打印机相应部分相同或相似的结构。
所述喷料机构2包括固定安装在机体内的X轴驱动组件21，以及固定安装在X轴驱动组件21上，沿X轴驱动组件21运行方向依次布置的玻璃纤维粉喷料组件22、用于压紧玻璃纤维粉料的压实组件24和粘合剂喷料组件23。所述X轴驱动组件21可以采用滑轨结构，选用电推杆驱动或液压驱动的方式驱动。具体的，可以在机体内设置滑槽，配置与之适配的一对滑轨配套，玻璃纤维粉喷料组件22、用于压紧玻璃纤维粉料的压实组件24和粘合剂喷料组件23固定安装在滑轨上。也可以采用其它结构形式，比如螺纹驱动等。
所述印床机构3包括有紧贴玻璃纤维粉喷料组件22、压实组件24和粘合剂喷料组件23布置的印床32。
目前现有的玻璃纤维3D打印机，只能选用专门的玻璃纤维3D打印原料打印。这是由于3D打印的打印方式是采用逐层喷料，高温熔融固化的方式。如果玻璃纤维3D打印原料纤维长度不一，则极易在喷料后形成堆叠，导致打印层表面凹凸不平，内部存在孔隙，严重影响打印精度和打印质量。因此，现有的玻璃纤维3D打印机的打印原料价格十分昂贵，打印成本较高，不易普及推广。
本发明则采用了另一种打印方式，本发明设计的3D打印机的喷料机构2，采用玻璃纤维粉喷料组件22、压实组件24和粘合剂喷料组件23依次布置的喷料结构，采用的是逐层喷料，粘接结合的打印方式。采用先打印粗坯，再高温固化的模式。并且配置了压实组件，边喷料边压实，逐层喷料不断压实，极大提高了打印件的密实度，而且在压实操作下，喷料后即使物料堆叠也会被压实、压平，不会存在打印层表面凹凸不平的问题，内部孔隙率也极低，打印质量显著提高，而且对打印原料的要求极低。通过发明人设计的上述相互配合的打印结构，使得本发明可以采用玻璃棉生产过程中的粉尘这种废弃原料，极大降低了成本，普及推广也较为容易。
如图1所示，为本发明较为优选的实施例。在本实施例中，所述玻璃纤维粉末3D打印机内安装设置有温度监测组件11，所述玻璃纤维粉料仓12、粘合剂料仓13、压实组件24和印床32上均安装有加热部件，所述温度监测组件11用于监测玻璃纤维粉料仓12、粘合剂料仓13、压实组件24和印床32的温度。
本实施例的温度监测组件11优选采用红外测温器，玻璃纤维粉料仓12、粘合剂料仓13、压实组件24和印床32上的加热部件优选采用电加热部件，可以通过控制系统实现智能控温。这类智能控温的控制系统可以采用目前较为常见的现有技术。
如图1、图2所示，上述实施例还具有改进方案，在改进方案中，所述送料机构1还包括有送料机构固定框16，所述送料机构固定框16固定安装在机体内，所述玻璃纤维粉料仓12和粘合剂料仓13固定安装在送料机构固定框16上。这样的结构设计不但便于装配，也便于拆卸维护。所述温度监测组件11也可以安装在送料机构固定框16上。
如图1、图3所示，为本发明另一较为优选的实施例。在本实施例中，所述X轴驱动组件21为坦克链驱动组件，包括坦克链211和用于驱动坦克链211的驱动电机212，所述玻璃纤维粉喷料组件22、压实组件24和粘合剂喷料组件23固定安装在坦克链211上。坦克链组件运行稳定，故障率低，十分适用于本发明这种需要往复运行的工况。本实施例的玻璃纤维粉喷料组件22和粘合剂喷料组件23可以采用现有玻璃纤维3D打印机类似的喷料结构，采用现有玻璃纤维3D打印机相类似的多嘴高精度受控喷嘴喷料，能够较好的实现Y轴方向的喷料精确控制。
上述实施例还具有改进方案，在改进方案中，所述喷料机构2还包括有喷料机构固定架25，所述喷料机构固定架25固定安装在机体内，所述X轴驱动组件21固定安装在喷料机构固定架25上。这样的结构设计不但便于装配，也便于拆卸维护。
本实施例的压实组件可以采用压实板、压实柱，优选采用压实辊。采用压实辊能够避免压实过程中粉料脱落，有效保障了打印精度。
优选的，所述玻璃纤维粉喷料组件22、压实组件24和粘合剂喷料组件23依次紧贴布置。这样可以保证喷粉、压实和喷粘合剂之间的间隔时间极短，有效保证精度，也提高了打印效率。
如图1、图4所示，为本发明另一较为优选的实施例。本实施例对印床机构3部分进行了优化设计。在本实施例中，所述印床机构3的印床32周侧安装设置有粉料限制框31。印床32被围在粉料限制框31内，能够避免喷料时，粉料逸散到环境中，造成打印环境的污染。
上述实施例还具有改进方案，在改进方案中，所述印床机构3还包括有Z轴调节组件35、Z轴调节驱动组件36、印床底座34和印床机架38。所述印床机架38固定安装在机体内，所述Z轴调节组件35和Z轴调节驱动组件36固定安装在印床机架38上，所述印床底座34与Z轴调节组件35活动链接，能够在Z轴调节组件35的作用下沿Z轴方向运动。所述Z轴调节组件35可以是推杆，Z轴调节驱动组件36可以采用液压组件。而在本实施例中，为了保证精度，优选采用螺纹驱动方式。所述Z轴调节驱动组件36为螺纹驱动电机，Z轴调节组件35为螺杆，印床底座34穿设在螺杆上，通过螺纹驱动电机控制螺杆旋转，从而带动印床底座34精确的上下移动。为了保证精度，优选采用一对Z轴调节组件，在印床底座34两端各布置一个。
优选的，所述印床32可拆卸安装在印床底座34上。更为优选的，所述印床32通过印床支撑组件33安装在印床底座34上。这样便于直接拆卸印床，从而取出打印粗坯。
上述实施例还具有改进方案，在改进方案中，所述印床机构3还包括有多个限位组件37，所述印床底座34与限位组件37活动链接。所述限位组件37优选采用光杆，竖直布置，印床底座34穿设在光杆上。
本发明的工作过程如下：
使用时，首先在玻璃纤维粉料仓12和粘合剂料仓13内装载废弃的玻璃棉生产过程中的粉尘和粘合剂，启动设备。
然后，喷料机构2的驱动电机212启动，带动坦克链211，从而带动玻璃纤维粉喷料组件22、压实组件24和粘合剂喷料组件23沿X轴方向运行，在运行过程中，玻璃纤维粉喷料组件22和粘合剂喷料组件23按照载入的打印图像，精确喷料，首先玻璃纤维粉喷料组件22将废弃的玻璃棉生产过程中的粉尘喷出，压实组件24随机通过辊压方式将粉料压实，紧接着粘合剂喷料组件23喷粘合剂，完成一层打印。
最后，打印完一层后，玻璃纤维粉喷料组件22、压实组件24和粘合剂喷料组件23在坦克链211带动下复位，同时Z轴调节驱动组件36控制Z轴调节组件35，带动印床底座34下移一层打印层的距离，重复上述单层打印步骤，逐层喷料完成3D粗坯的打印。
粗坯打印完成后，转移至固化炉固化，完成整个3D打印制造过程。
本发明中，未对结构进行描述的设备、组件及电控部分，均为市售设备或组件，控制部分也采用现有成熟的控制软件或控制组件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)
1.一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：包括机体，所述机体内自上而下依次布置有送料机构(1)、喷料机构(2)和印床机构(3)；所述送料机构(1)包括固定安装在机体内的玻璃纤维粉料仓(12)和粘合剂料仓(13)，所述玻璃纤维粉料仓(12)和粘合剂料仓(13)的底部分别安装有玻璃纤维粉输料管(14)和粘合剂输料管(15)，用于将打印物料送至喷料机构(2)；所述喷料机构(2)包括固定安装在机体内的X轴驱动组件(21)，以及固定安装在X轴驱动组件(21)上，沿X轴驱动组件(21)运行方向依次布置的玻璃纤维粉喷料组件(22)、用于压紧玻璃纤维粉料的压实组件(24)和粘合剂喷料组件(23)，所述印床机构(3)包括有紧贴玻璃纤维粉喷料组件(22)、压实组件(24)和粘合剂喷料组件(23)布置的印床(32)。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述玻璃纤维粉末3D打印机内安装设置有温度监测组件(11)，所述玻璃纤维粉料仓(12)、粘合剂料仓(13)、压实组件(24)和印床(32)上均安装有加热部件，所述温度监测组件(11)用于监测玻璃纤维粉料仓(12)、粘合剂料仓(13)、压实组件(24)和印床(32)的温度。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述送料机构(1)还包括有送料机构固定框(16)，所述送料机构固定框(16)固定安装在机体内，所述玻璃纤维粉料仓(12)和粘合剂料仓(13)固定安装在送料机构固定框(16)上。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述X轴驱动组件(21)为坦克链驱动组件，包括坦克链(211)和用于驱动坦克链(211)的驱动电机(212)，所述玻璃纤维粉喷料组件(22)、压实组件(24)和粘合剂喷料组件(23)固定安装在坦克链(211)上。
5.根据权利要求4所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述喷料机构(2)还包括有喷料机构固定架(25)，所述喷料机构固定架(25)固定安装在机体内，所述X轴驱动组件(21)固定安装在喷料机构固定架(25)上。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述压实组件(24)为压实辊，所述玻璃纤维粉喷料组件(22)、压实组件(24)和粘合剂喷料组件(23)依次紧贴布置。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述印床机构(3)的印床(32)周侧安装设置有粉料限制框(31)。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述印床机构(3)还包括有Z轴调节组件(35)、Z轴调节驱动组件(36)、印床底座(34)和印床机架(38)，所述印床机架(38)固定安装在机体内，所述Z轴调节组件(35)和Z轴调节驱动组件(36)固定安装在印床机架(38)上，所述印床底座(34)与Z轴调节组件(35)活动链接，能够在Z轴调节组件(35)的作用下沿Z轴方向运动，所述印床(32)可拆卸安装在印床底座(34)上。
9.根据权利要求8所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述印床(32)通过印床支撑组件(33)安装在印床底座(34)上。
10.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维粉末3D打印机，其特征在于：所述印床机构(3)还包括有多个限位组件(37)，所述印床底座(34)与限位组件(37)活动链接。
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| CN202110833700.9A Pending CN113562970A (zh) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | 一种玻璃纤维粉末3d打印机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113562970A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114292017A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种星际壤资源原位增材制造多功能集成系统及应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150108677A1 (en) * | 2013-03-22 | 2015-04-23 | Markforged, Inc. | Three dimensional printer with composite filament fabrication |
| CN106045283A (zh) * | 2016-07-31 | 2016-10-26 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种玻璃熔融挤出3d打印装置 |
| CN107285609A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-10-24 | 贵州云上左岸科技有限公司 | 一种用于打印玻璃体的3d打印机及打印方法 |
| CN107891598A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-04-10 | 广东科达洁能股份有限公司 | 一种单喷头压紧式3d打印机及其打印方法 |
| CN108357101A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-08-03 | 浙江大学 | 一种环保型粉末3d打印机 |
| CN109397692A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-03-01 | 源秩科技（上海）有限公司 | 纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法 |
-
2021
- 2021-07-22 CN CN202110833700.9A patent/CN113562970A/zh active Pending
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