CN113715324A - 一种金属及非金属复合材料的3d打印机及其打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属及非金属复合材料的3D打印机及其打印方法，属于3D打印机技术领域，能够解决现有3D打印技术不能一体打印金属和非金属材料的问题，包括框架、打印平台、第一料筒、第一料管、送料辊、第二料管、加热部件、喷头部件及控制部件，打印平台沿靠近或远离喷头部件的方向运动，喷头部件在垂直于打印平台运动方向的平面上运动，用于向打印平台喷涂金属材料或非金属材料以进行3D打印，第一料筒用于存储金属材料，送料辊用于输送非金属材料，送料辊与喷头部件通过第二料管连通，加热部件包括金属加热件及非金属加热件，金属加热件用于对第一料筒及第一料管内的金属材料进行加热，非金属加热件用于对喷头部件内的非金属材料进行加热。

Description

一种金属及非金属复合材料的3D打印机及其打印方法
技术领域
本发明涉及一种金属及非金属复合材料的3D打印机及其打印方法，属于3D打印机技术领域。
背景技术
3D打印技术的发展为制造传统方法难以制造的复杂零件提供了新的平台。3D打印技术以三维CAD模型文件为基础，采用逐层打印的方式层层累加形成物体，又称增材制造技术。已经广泛用于航天航空、生物医学、教育教学、汽车行业等领域。常见的增材制造工艺包括熔融沉积法、立体光刻法、选择性激光烧结等。
目前，制约3D打印技术的两大发展因素是打印工艺和打印使用的材料。现有的3D打印机往往只能打印材料单一的制品，如PLA、ABS、PE等，并且材料逐层堆积过程中层间粘合性不好，导致打印的制品在强度和刚度等力学性能差。金属材料的强度与刚度远优于非金属材料，但是在金属材料和非金属材料混合打印领域，由于两者在熔点上的巨大差异和相互之间的兼容打印性差，导致目前可用的3D打印技术不能一体打印金属和非金属材料。
发明内容
本发明提供了一种金属及非金属复合材料的3D打印机及其打印方法，能够解决现有3D打印技术不能一体打印金属和非金属材料的问题。
一方面，本发明提供了一种金属及非金属复合材料的3D打印机，包括框架、打印平台、第一料筒、第一料管、送料辊、第二料管、加热部件、喷头部件及控制部件；
所述喷头部件和所述打印平台均设置在所述框架上，且所述喷头部件位于所述打印平台上方；
所述打印平台沿靠近或远离所述喷头部件的方向运动；
所述喷头部件在垂直于所述打印平台运动方向的平面上运动，用于向所述打印平台喷涂金属材料或非金属材料以进行3D打印；
所述第一料筒用于存储金属材料，所述第一料筒通过所述第一料管与所述喷头部件连通；
所述送料辊用于输送所述非金属材料，所述送料辊与所述喷头部件通过所述第二料管连通；
所述加热部件包括金属加热件及非金属加热件，所述金属加热件用于对所述第一料筒及所述第一料管内的金属材料进行加热，以熔化所述金属材料，所述非金属加热件用于对所述喷头部件内的非金属材料进行加热；
所述控制部件用于控制所述打印平台及所述喷头部件运动，并控制所述金属加热件及所述非金属加热件工作。
可选的，所述喷头部件包含非金属材料流道及金属材料流道，所述金属材料流道位于所述非金属材料流道内部。
可选的，所述金属材料流道的出口端伸出所述非金属材料流道的出口端。
可选的，所述非金属加热件为加热块，所述加热块包裹在所述非金属材料流道外部。
可选的，所述加热块为两个，且两个所述加热块分别靠近所述非金属材料流道的入口端与出口端。
可选的，所述金属加热件包括加热套筒及料管加热线；
所述加热套筒包裹在所述第一料筒外部，用于对所述第一料筒内的金属材料进行加热；
所述料管加热线缠绕在所述第一料管外部，用于对所述第一料管内的金属材料进行加热。
可选的，所述控制部件包括金属进料驱动部件及非金属进料驱动部件；
所述金属进料驱动部件包括第一步进电机及双轴滚珠丝杆滑台，所述第一步进电机用于带动所述双轴滚珠丝杆的活塞端运动，以向所述第一料筒内的金属材料施加压力；
所述非金属进料驱动部件为第二步进电机，所述第二步进电机的输出轴与所述送料辊的内孔连接，用于带动所述送料辊转动，以使非金属材料通过所述第二料管挤出到所述喷头部件。
可选的，所述金属材料包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金，所述非金属材料为有机高分子材料或无机高分子材料；
优选的，所述非金属材料包括PLA、PET、TPU、ABS、尼龙、橡胶的一种或多种。
另一方面，本发明提供了一种应用于上述任一项所述的金属及非金属复合材料的3D打印机的打印方法，所述方法包括：
S1、控制所述加热部件工作，对存储金属材料的第一料筒、第一料管及喷头部件进行加热；
S2、控制第一步进电机工作，以带动双轴滚珠丝杆的活塞端运动，使得金属材料从金属材料流道挤出；
S3、控制第二步进电机工作，以控制非金属材料从非金属材料流道挤出；
S4、控制打印平台沿朝向或远离喷头部件的方向运动，控制所述喷头部件在垂直于所述打印平台运动方向的平面上运动，使非金属材料包裹金属材料在所述打印平台上打印三维实体；
S5、控制所述第一步进电机及所述第二步进电机停止工作，从而停止金属材料及非金属材料的挤出，且非金属材料的停止挤出落后于金属材料的停止挤出。
可选的，所述方法还包括：所述3D打印机使用前，进行G代码编写，并将所述G代码下载入所述控制部件内，所述G代码用于控制所述喷头部件的打印路径，所述打印路径连贯，中间无断开。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明通过第一步进电机带动所述双轴滚珠丝杆活塞端运动的方式，从金属流道挤出加热熔化后的金属材料，通过第二步进电机转动控制加热后的非金属材料从非金属流道挤出，从而使非金属材料包裹金属材料在所述打印平台上完成三维实体的打印，拓展3D打印技术的发展空间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的3D打印机的整体结构示意图；
图2为图1中的喷头部件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的3D打印机打印方法中的打印路径示意图；
图4为图3打印后的打印物件示意图。
部件和附图标记列表：
1、框架；2、打印平台；3、第一料筒；4、第一料管；5、第二料管；6、加热套筒；7、料管加热线；8、加热块；9、非金属材料流道；10、金属材料流道；11、第一步进电机；12、双轴滚珠丝杆滑台；13、第二步进电机。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
如图1、图2所示，一方面本发明实施例提供了一种金属及非金属复合材料的3D打印机，包括框架1、打印平台2、第一料筒3、第一料管4、送料辊、第二料管5、加热部件、喷头部件及控制部件。
本实施例中金属材料包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金；非金属材料为有机高分子材料或无机高分子材料，具体的，所述非金属材料包括PLA、PET、TPU、ABS、尼龙、橡胶的一种或多种。
所述喷头部件和所述打印平台2均设置在所述框架1上，且所述喷头部件位于所述打印平台2上方。
所述打印平台2沿靠近或远离所述喷头部件的方向运动。
所述喷头部件在垂直于所述打印平台2运动方向的平面上运动，用于向所述打印平台2喷涂金属材料或非金属材料以进行3D打印。
所述第一料筒3用于存储金属材料，所述第一料筒3通过所述第一料管4与所述喷头部件连通。
所述送料辊用于输送所述非金属材料，所述送料辊与所述喷头部件通过所述第二料管5连通。
所述加热部件包括金属加热件及非金属加热件，所述金属加热件用于对所述第一料筒3及所述第一料管4内的金属材料进行加热，以熔化所述金属材料，并保证整个喷头部件的温度在指定温度范围内，所述非金属加热件用于对所述喷头部件内的非金属材料进行加热。
所述喷头部件包含非金属材料流道9及金属材料流道10，所述金属材料流道10位于所述非金属材料流道9内部。
金属材料流道10的入口端与第一料管4的连接处安装有用于防止金属材料泄露的锁紧螺栓。
所述金属材料流道10的出口端伸出所述非金属材料流道9的出口端。
所述非金属加热件为加热块8，所述加热块8包裹在所述非金属材料流道9外部。所述加热块8为两个，且两个所述加热块8分别靠近所述非金属材料流道9的入口端与出口端。
所述金属加热件包括加热套筒6及料管加热线7；
所述加热套筒6包裹在所述第一料筒3外部，用于对所述第一料筒3内的金属材料进行加热；
所述料管加热线7缠绕在所述第一料管4外部，用于对所述第一料管4内的金属材料进行加热。
所述控制部件用于控制所述打印平台2及所述喷头部件运动，并控制所述金属加热件及所述非金属加热件工作。
所述控制部件包括金属进料驱动部件及非金属进料驱动部件。
所述金属进料驱动部件包括第一步进电机11及双轴滚珠丝杆滑台12，所述第一步进电机11用于带动所述双轴滚珠丝杆的活塞端运动，以向所述第一料筒3内的金属材料施加压力。
所述非金属进料驱动部件为第二步进电机13，所述第二步进电机13的输出轴与所述送料辊的内孔连接，用于带动所述送料辊转动，以使非金属材料通过所述第二料管5挤出到所述喷头部件。
如图3、图4所示，另一方面，本发明还公开了一种应用于上述任一项的金属及非金属复合材料的3D打印机的打印方法，所述方法包括：
S1、控制所述加热部件工作，对存储金属材料的第一料筒3、第一料管4及喷头部件进行加热；
S2、控制所述第一步进电机11工作，以带动双轴滚珠丝杆的活塞端运动，使得金属材料从金属材料流道10挤出；
S3、控制第二步进电机13工作，以控制非金属材料从非金属材料流道9挤出；
S4、控制打印平台2沿朝向或远离喷头部件的方向运动，控制所述喷头部件在垂直于所述打印平台2运动方向的平面上运动，使非金属材料包裹金属材料在所述打印平台2上打印三维实体；
S5、控制控制所述第一步进电机11工作及所述第二步进电机13停止工作，从而停止金属材料及非金属材料的挤出，且非金属材料的停止挤出落后于金属材料的停止挤出。
所述方法还包括：所述3D打印机使用前，进行G代码编写，并将所述G代码下载入所述控制部件内，所述G代码用于控制所述喷头部件的打印路径，所述打印路径连贯，中间无断开。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种金属及非金属复合材料的3D打印机，其特征在于，包括框架、打印平台、第一料筒、第一料管、送料辊、第二料管、加热部件、喷头部件及控制部件；
所述喷头部件和所述打印平台均设置在所述框架上，且所述喷头部件位于所述打印平台上方；
所述打印平台沿靠近或远离所述喷头部件的方向运动；
所述喷头部件在垂直于所述打印平台运动方向的平面上运动，用于向所述打印平台喷涂金属材料或非金属材料以进行3D打印；
所述第一料筒用于存储金属材料，所述第一料筒通过所述第一料管与所述喷头部件连通；
所述送料辊用于输送所述非金属材料，所述送料辊与所述喷头部件通过所述第二料管连通；
所述加热部件包括金属加热件及非金属加热件，所述金属加热件用于对所述第一料筒及所述第一料管内的金属材料进行加热，以熔化所述金属材料，所述非金属加热件用于对所述喷头部件内的非金属材料进行加热；
所述控制部件用于控制所述打印平台及所述喷头部件运动，并控制所述金属加热件及所述非金属加热件工作。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述喷头部件包含非金属材料流道及金属材料流道，所述金属材料流道位于所述非金属材料流道内部。
3.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，所述金属材料流道的出口端伸出所述非金属材料流道的出口端。
4.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述非金属加热件为加热块，所述加热块包裹在所述非金属材料流道外部。
5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述加热块为两个，且两个所述加热块分别靠近所述非金属材料流道的入口端与出口端。
6.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述金属加热件包括加热套筒及料管加热线；
所述加热套筒包裹在所述第一料筒外部，用于对所述第一料筒内的金属材料进行加热；
所述料管加热线缠绕在所述第一料管外部，用于对所述第一料管内的金属材料进行加热。
7.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述控制部件包括金属进料驱动部件及非金属进料驱动部件；
所述金属进料驱动部件包括第一步进电机及双轴滚珠丝杆滑台，所述第一步进电机用于带动所述双轴滚珠丝杆的活塞端运动，以向所述第一料筒内的金属材料施加压力；
所述非金属进料驱动部件为第二步进电机，所述第二步进电机的输出轴与所述送料辊的内孔连接，用于带动所述送料辊转动，以使非金属材料通过所述第二料管挤出到所述喷头部件。
8.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述金属材料包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金，所述非金属材料为有机高分子材料或无机高分子材料；
优选的，所述非金属材料包括PLA、PET、TPU、ABS、尼龙、橡胶的一种或多种。
9.一种应用于权利要求1-8中任一项所述的金属及非金属复合材料的3D打印机的打印方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、控制所述加热部件工作，对存储金属材料的第一料筒、第一料管及喷头部件进行加热；
S2、控制第一步进电机工作，以带动双轴滚珠丝杆的活塞端运动，使得金属材料从金属材料流道挤出；
S3、控制第二步进电机工作，以控制非金属材料从非金属材料流道挤出；
S4、控制打印平台沿朝向或远离喷头部件的方向运动，控制所述喷头部件在垂直于所述打印平台运动方向的平面上运动，使非金属材料包裹金属材料在所述打印平台上打印三维实体；
S5、控制所述第一步进电机及所述第二步进电机停止工作，从而停止金属材料及非金属材料的挤出，且非金属材料的停止挤出落后于金属材料的停止挤出。
10.根据权利要求9所述的金属及非金属复合材料的打印方法，所述方法还包括：所述3D打印机使用前，进行G代码编写，并将所述G代码下载入所述控制部件内，所述G代码用于控制所述喷头部件的打印路径，所述打印路径连贯，中间无断开。
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