CN114851547A - 一种3d打印装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印装置及方法，属于3D打印技术领域。本发明包括3D打印机及其打印平台，打印平台下方设置振动装置，振动装置用于激发所述打印平台的振动模态，使得打印平台表面质点产生椭圆运动，增强打印头挤出的熔丝与下层及相邻的熔丝的粘合性，增强打印件的层间结合力。本发明将振动装置和打印平台连接，利用振动使得打印平台表面质点产生微米级别的运动，能够在不影响打印进程和精度的情况下降低3D打印中熔丝之间的孔隙率，提高打印制件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印装置及方法。
背景技术
3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。通过喷头组件将熔融的热熔型材料通过喷头挤出并在打印平台逐层成型。基于这种熔融沉积的原理，虽然可以实现快速成型，但是熔丝之间的孔隙率远大于打印材料本体，使得打印制件的性能存在缺陷，制约了这种技术的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种能够减少孔隙率，提高打印制件的性能，提升制件的可成形性的3D打印装置及方法。
为了实现上述目的，本一种3D打印装置，包括：3D打印机器及其打印平台，打印平台下方设置有振动装置，控制该振动装置振动，以激发所述振动装置的振动模态，带动打印平台振动，使得打印平台表面质点产生微米级运动，增强打印头挤出的熔丝与下层及相邻的熔丝的粘合性，增强打印件的层间结合力。
作为优选，振动装置为兰杰文振子或者压电叠堆，所述振动装置的个数为4个，均分分布于打印平台的四个角。
作为优选，振动装置被激发的振动模态为纵振模态，同侧的振动装置振动方向相反或对角的振动装置的振动方向相反。
作为优选，3D打印装置为熔融沉积型3D打印机。
作为优选，打印平台的质点运动振幅在1-100微米
另一方面，本发明还提供一种3D打印方法，包括以下步骤：
步骤1，在打印平台下方均匀设置若干个相同的振动装置；
步骤2，为振动装置施加一定频率和电压的交流电，以激发该振动装置的振动模态，带动其连接的打印平台表面质点产生微米级运动。
在上述3D打印方法中，作为优选，振动模态为纵振模态，且单侧两个振动方向相反或者对角振动方向保持相反。
在上述3D打印方法中，作为优选，振动装置的控制方法为：为振动装置施加电压有效值相同且频率相同的交流电，以激发出振动装置的纵振模态，其中施加给纵振方向相同的两个振动装置的交流电与施加给纵振方向相相反的两个振动装置的交流电之间存在一定相位差。
在上述3D打印方法中，作为优选，所述提供振动装置动力的方式为施加有效值在50-500v的交流电。
在上述3D打印方法中，作为优选，所述运动的振幅在1-100微米。
在上述3D打印方法中，优选的，所述振动装置的控制方法为：纵振方向相同的两个振动振子施加有效值电压相同且频率相同的交流电，而振动方向相反的两个振子施加与前述电压频率相同但存在一定相位差的交流电。
有益效果：
本发明将3D打印与振动技术相结合，为振动装置施加一定频率和电压的交流电激发出其纵振模态，带动打印平台表面质点产生微米级别的椭圆运动，在不影响3D打印进程的情况下降低熔融沉积3D打印中熔丝之间的孔隙率，提高打印制件的性能，提升制件的可成形性及性能。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中的打印平台打印状态简图以及打印物品表面质点的运动轨迹；
图2为本发明的一个实施例中的熔融沉积型3D打印装置的俯视图及成型方向的示意图。
附图标记：
1-打印平台，2-第一兰杰文振子、3-第二兰杰文振子、4-第三兰杰文振子，5-第四兰杰文振子。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
实施例1
应用上述3D打印设备，但不激发平台的振动。
实施例2
参照附图1为在打印过程中由于兰杰文振子纵振方向不同，打印平台所呈现出的状态的简图，右侧的椭圆轨迹为打印物品表面质点的运动轨迹；图2为3D打印装置的俯视图及成型方向的示意图。本实施例提供一种3D打印装置，包括：打印平台1，打印平台1下方均匀分布四个振动装置，振动装置可以为兰杰文振子或压电叠堆，本实施例为四个兰杰文振子，为第一兰杰文振子2、第二兰杰文振子3、第三兰杰文振子4以及第四兰杰文振子5。图2中，X、Y、Z为三维坐标，其中Z方向为3D打印堆积成型方向，Z方向垂直于X、Y轴，正方向垂直于纸面向内。四个兰杰文振子激发出纵振模态使得打印平台表面质点产生微米级的椭圆运动。在本实施例中，为兰杰文振子施加交流电，电压有效值50V，平台振幅1微米。同侧的振动装置的纵振方向保持一致，即图中兰杰文振子中的第一兰杰文振子2、第三兰杰文振子4的纵振方向保持一致，第二兰杰文振子3、第四兰杰文振子5的纵振方向保持一致且与第一兰杰文振子2、第三兰杰文振子4的纵振方向相反。
振动装置与打印平台具体的位置关系需要根据板的形状及材料属性来计算，本发明不做具体阐述，只要能够激发平台的振动模态的位置都在本发明的保护范围内。
需要说明的是，控制电压和振幅是为了调整打印过程中已从打印喷头挤出的打印料之间的层间结合力大小。
需要说明的是，控制4个兰杰文振子或压电叠堆的振动方向是为了验证不同的振动方式下打印成品的打印精度和强度。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，施加电压有效值500V，平台振幅100微米。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于，第一兰杰文振子2、第二兰杰文振子3的纵振方向保持一致，第三兰杰文振子4、第四兰杰文振子5的纵振方向保持一致且与第一兰杰文振子2、第二兰杰文振子3的纵振方向相反。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于，施加电压有效值500V，平台振幅100微米。
实验测试结果如表1所示
表1
由表1可以看出，通过在打印平台上特定部位安装兰杰文振子，激发兰杰文振子的振动模态，平台表面质点产生微米级椭圆运动，促进打印头挤出的熔丝和下层以及相邻的熔丝更好的粘合，减少堆积的熔丝之间的孔隙率，提高打印制件的强度性能。
实施例6
本实施例提供一种3D打印方法，具体的，包括以下步骤：
步骤1，在打印平台下方设置振动装置；在此需要说明的是，振动装置的具体结构在上述实施例2-5中已经阐述，故在此不再赘述。
步骤2，给所述振动装置接入交流电流以提供动力，使其产生纵振模态，带动打印平台表面质点产生微米级椭圆运动，其中单侧两个兰杰文振子的振动方向相反或者对角的两个兰杰文振子振动方向保持相反。
在此需要说明的是，以上实施例在选用不同振动装置的形式，包括直接使用超声换能器、直线电机，在不脱离本发明方法的前提下还可以选出其他多种方式，这些选择也应视为本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种3D打印装置，其特征在于，包括：打印平台和振动装置，所述振动装置设于打印平台下方，控制该振动装置振动，以激发所述振动装置的振动模态，带动打印平台振动，产生微米级运动。
2.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述振动装置为兰杰文振子或者压电叠堆，所述振动装置的个数为4个，均分分布于打印平台的四个角。
3.根据权利要求2所述的3D打印装置，其特征在于，所述振动装置被激发的振动模态为纵振模态，同侧的振动装置振动方向相反或对角的振动装置的振动方向相反。
4.根据权利要求3所述的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置为熔融沉积型3D打印机。
5.根据权利要求4所述的3D打印装置，其特征在于，所述打印平台的质点运动轨迹为椭圆，运动振幅在1-100微米。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在打印平台下方均匀设置若干个相同的振动装置；
步骤2，为振动装置施加一定频率和电压的交流电，以激发该振动装置的振动模态，带动其连接的打印平台表面质点产生微米级运动。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印方法，其特征在于，所述振动装置的控制方法为：为振动装置施加电压有效值相同且频率相同的交流电，以激发出振动装置的纵振模态，其中施加给纵振方向相同的两个振动装置的交流电与施加给纵振方向相相反的两个振动装置的交流电存在一定相位差。
8.根据权利要求7所述的3D打印方法，其特征在于，施加的所述交流电的有效值为50v-500v。
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