CN116494538A - 一种基于交联反应成型的3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于交联反应成型的3D打印设备，包括电控单元、挤出单元和成型平台，所述电控单元位于所述挤出单元上方，所述成型平台位于所述挤出单元下方，所述电控单元内部设有控制卡、电源和驱动器；所述挤出单元底部为挤出模组基座，所述挤出模组基座上安装X轴电机与X轴滑动模组，所述X轴滑动模组上设有Y轴电机与Y轴滑动模组，所述Y轴滑动模组上设有Z轴电机与Z轴滑动模组；所述成型平台底部设有溶液箱，所述溶液箱上为载物台，所述载物台一侧设有U轴电机与U轴滑动模组。本发明采用上述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，3D打印与交联成型相结合，既实现了交联成型的灵活性，又为3D打印材料与设备领域提供新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于交联反应成型的3D打印设备。
背景技术
常用3D打印分为熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、电子束选择性成型(EBM)、分层实体制造成型(LOM)。
海藻酸钠(NaAlg)是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，具有性质稳定、无毒、无刺激性以及符合要求的粘度、渗透性、亲水性、溶解性等特性。NaAlg中的Na+可以与二价阳离子发生交换，使得NaAlg溶液向凝胶转变，与其他二价阳离子相比，氯化钙(CaCl2)为最常用的交联剂，海藻酸钠与氯化钙交联反应会形成海藻酸钙凝胶，常用于食品加工、制药和仿生软体机器人。
以往的海藻酸钠与氯化钙溶液交联成型都是放在磨具里，这种成型方式不具备灵活性。新的模型，往往意味着需要新的模具，成本太高，且海藻酸钙水胶体与模型分离时，往往要小心谨慎，模型容易在分离过程中损坏。传统的3D打印方式较为单一，可打印材料也较少。
本方案设计的打印机不同于以往打印方式，而是通过将料筒中的海藻酸钠(NaAlg)水溶液挤出与溶液箱中的(CaCl2)溶液发生交联反应生成具有一定强度的水胶体，以此作为传统3D打印中的“线”，历经线-面-体打印过程，最终实现产品的加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于交联反应成型的3D打印设备，实现了交联成型的灵活性，节约成本，又为3D打印材料与设备领域提供新的思路。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于交联反应成型的3D打印设备，包括电控单元、挤出单元和成型平台，所述电控单元位于所述挤出单元上方，所述成型平台位于所述挤出单元下方，所述电控单元内部设有控制卡、电源和驱动器；所述挤出单元底部为挤出模组基座，所述挤出模组基座上安装X轴电机与X轴滑动模组，所述X轴滑动模组上设有Y轴电机与Y轴滑动模组，所述Y轴滑动模组上设有Z轴电机与Z轴滑动模组；所述成型平台底部设有溶液箱，所述溶液箱上为载物台，所述载物台一侧设有U轴电机与U轴滑动模组。
优选的，所述驱动器设有五个，所述X轴电机设有两个，分别安装于所述挤出模组基座两侧，所述X轴滑动模组与所述Y轴滑动模组通过连接板进行连接，所述Z轴滑动模组通过其下方的固定板固定于所述Y轴滑动模组上。
优选的，所述Z轴滑动模组通过活塞固定夹固定有活塞，所述活塞下方依次设有料筒与喷嘴，所述料筒通过固定于所述固定板上的料筒固定平台进行位置限定。
优选的，所述挤出模组基座通过其下方的四个支撑架支撑于设备内部。
优选的，所述成型平台后侧设有成型平台基座，所述溶液箱底部安装两个圆导轨，所述溶液箱一侧设置握把。
优选的，位于所述U轴滑动模组两侧设置直线导轨，所述载物台与所述直线导轨之间设有U形连接杆，所述载物台与所述U形连接杆之间设置三角支撑杆。
优选的，所述电控单元、所述挤出单元与所述成型平台外部设有一体成型且上方开口的外壳，位于所述挤出单元处的外壳一侧设置为可自由开合的观测窗；位于所述成型平台处的外壳一侧设有双开门作为所述溶液箱出入口。
优选的，包括以下打印步骤：
S1：X轴电机、Y轴电机带动喷嘴进行X、Y轴方向上的移动，同时Z轴电机驱动活塞将料筒内的海藻酸钠溶液经喷嘴挤出；
S2：每打印一层海藻酸钠溶液，X、Y、Z轴暂停，U轴电机会控制载物台下降浸入氯化钙溶液中；
S3：短暂静置后，海藻酸钠与氯化钙交联成型，形成海藻酸钙胶体，载物台返回先前打印位置，X、Y、Z轴恢复运动继续进行打印，循环上述过程，直至产品打印完成，打印范围为10×10×10cm。
优选的，包括以下加工步骤：(1)将3g海藻酸钠放入100ml蒸馏水中置于水浴加热箱中加热，采用搅拌器进行搅拌至海藻酸钠完全溶液蒸馏水中；将25g无水氯化钙放入500ml蒸馏水中进行搅拌至氯化钙完全溶于蒸馏水中；(2)将海藻酸钠溶液放入到真空干燥器中，将溶液中的气体抽出；(3)将抽气后的海藻酸钠溶液缓慢的倒进料筒中，氯化钙溶液倒入溶液箱中；(4)连接控制器，设置好设备和打印参数，将打印文件加载到控制卡中，将电机归零，进行打印。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
快速固化，海藻酸钠和氯化钙可以在短时间内发生交联成型，使得打印过程更加高效和快速；高精度，打印出的物体结构更加稳定和精确，可以打印出更细致、更精细的结构；高强度，海藻酸钠与氯化钙溶液交联反应生成的海藻酸钙水胶体具有很高的强度，应用领域广阔；生物相容性，海藻酸钠与氯化钙是天然的生物材料，具有良好的生物相容性，在医疗和生物科技领域得到广泛地应用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种基于交联反应成型的3D打印设备实施例的设备外形示意图；
图2为本发明一种基于交联反应成型的3D打印设备实施例的挤出单元示意图；
图3为本发明一种基于交联反应成型的3D打印设备实施例的成型平台示意图；
图4为本发明一种基于交联反应成型的3D打印设备实施例的内部整体结构图。
附图标记：
1、控制卡；2、电源；3、驱动器；4、挤出模组基座；5、X轴电机；6、X轴滑动模组；7、Y轴电机；8、Y轴滑动模组；9、Z轴电机；10、Z轴滑动模组；11、活塞固定夹；12、活塞；13、料筒；14、喷嘴；15、溶液箱；16、载物台；17、U轴电机；18、U轴滑动模组；19、直线导轨；20、U形连接杆；21、连接板；22、固定板；23、成型平台基座；24、圆导轨；25、握把；26、三角支撑杆；27、外壳；28、观测窗；29、双开门；30、滑块；31、支撑架；32、料筒固定平台。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例一
一种基于交联反应成型的3D打印设备，由电控单元、挤出单元和成型平台组成。整体设备如图1所示，上部分为电控单元，由1个ZMC408SCAN控制卡1、1个24v直流电源2、5个LCDA606s驱动器3整齐排布于设备外壳27内部组成，通过切片软件将所打印的模型数据生成G代码并下载到控制卡1中，通过C#编写的程序去识别G代码，并控制X、Y、Z轴进行插补运动，U轴作单轴运动，以实现不同的打印需求。
设备中部为挤出单元，如图2所示，由两个X轴电机5和X轴滑动模组6、一个Y轴电机7和Y轴滑动模组8、一个Z轴电机9和Z轴滑动模组10、一个Z轴滑动模组固定板22、一个活塞12、一个活塞固定夹11、一个喷嘴14、一个料筒13、两个滑动模组连接板21和一个挤出模组基座4组成。挤出单元底部为U形的挤出模组基座4，挤出模组基座4两侧分别安装一个X轴电机5与一个X轴滑动模组6，一侧的X轴滑动模组6尾端上安装Y轴电机7，Y轴电机7输出端安装横跨两侧X轴滑动模组6的Y轴滑动模组8。Y轴滑动模组8上通过滑块滑接有Z轴滑动模组10，Z轴滑动模组10通过其下方的固定板22固定于Y轴滑动模组8的滑块上，Z轴滑动模组10顶部安装Z轴电机9，Z轴滑动模组10上通过活塞固定夹11固定有活塞12，活塞12下方依次设有料筒13与喷嘴14，料筒13通过固定于固定板22上的料筒固定平台32进行位置限定。
X轴滑动模组6与所述Y轴滑动模组8通过连接板21进行连接，挤出模组基座4通过其下方的四个支撑架31支撑于设备内部。通过X、Y、Z轴电机转动，可以分别实现打印喷嘴14X、Y方向上的移动，Z轴方向上将海藻酸钠溶液挤出，打印范围为10×10×10cm。X轴滑动模组6、Y轴滑动模组8、Z轴滑动模组10的滑轨均为丝杆，结构简单，便于滑动模组移动。
设备下部为成型平台，如图3所示，由一个U轴电机17和U轴滑动模组18、两个U形连接杆20、两个三角支撑杆26、一个载物台16、一个溶液箱握把25、两个圆导轨24、两个导轨滑块30和两个直线导轨19、一个溶液箱15和一个成型平台基座23组成。溶液箱15上为载物台16，溶液箱15底部安装两个圆导轨24，便于溶液箱15的平移，在设备工作时，使用四个开口滑块对溶液箱15进行固定。成型平台后侧设置高于成型平台整体高度的成型平台基座23，溶液箱15一侧设置便于拉取的握把25。载物台16与直线导轨19之间设置U形连接杆20进行相连，载物台16与U形连接杆20之间设置三角支撑杆26进行稳定支撑，载物台16一侧设有U轴电机17与U轴滑动模组18。位于U轴滑动模组18两侧设置直线导轨19与滑块30，U形连接杆20一端固定于载物台16上，另一端固定于滑块30上，由滑块30通过U形连接杆20带动载物台16上下移动。
实施例二
打印材料的加工步骤：(1)将3g海藻酸钠放入100ml蒸馏水中置于水浴加热箱中加热，采用搅拌器进行搅拌至海藻酸钠完全溶液蒸馏水中；将25g无水氯化钙放入500ml蒸馏水中进行搅拌至氯化钙完全溶于蒸馏水中；(2)将海藻酸钠溶液放入到真空干燥器中，将溶液中的气体抽出；(3)将抽气后的海藻酸钠溶液缓慢的倒进料筒中，氯化钙溶液倒入溶液箱中；(4)连接控制器，设置好设备和打印参数，将打印文件加载到控制卡中，将电机归零，进行打印。
实施例三
打印步骤：S1：X轴电机、Y轴电机带动喷嘴进行X、Y轴方向上的移动，同时Z轴电机驱动活塞将料筒内的海藻酸钠溶液经喷嘴挤出；S2：每打印一层海藻酸钠溶液，X、Y、Z轴暂停，U轴电机会控制载物台下降浸入氯化钙溶液中；S3：短暂静置后，就会形成具有一定强度的透明的水胶体，载物台返回先前打印位置，X、Y、Z轴恢复运动继续进行打印，循环上述过程，直至产品打印完成，打印范围为10×10×10cm。
打印完成后，溶液替换：载物台上升到一定高度，将拧紧的开口滑块拧松，握住握把外拉，进行溶液替换。
因此，本发明采用上述结构的一种基于交联反应成型的3D打印设备，通过将海藻酸钠溶液打印到成型平台上的载物台，每打印一层，载物台浸入氯化钙溶液形成海藻酸钙水胶体，最终实现打印成形。此设备可以实现逐层成型，挤出单元X、Y方向移动，Z轴方向挤出打印材料，成型平台升降的新型3D打印设备，专用于两物质溶液可发生交联反应且生成具有一定强度新物质的3D打印，不仅限于海藻酸钠与氯化钙溶液，利用范围广。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：包括电控单元、挤出单元和成型平台，所述电控单元位于所述挤出单元上方，所述成型平台位于所述挤出单元下方，所述电控单元内部设有控制卡、电源和驱动器；所述挤出单元底部为挤出模组基座，所述挤出模组基座上安装X轴电机与X轴滑动模组，所述X轴滑动模组上设有Y轴电机与Y轴滑动模组，所述Y轴滑动模组上设有Z轴电机与Z轴滑动模组；所述成型平台底部设有溶液箱，所述溶液箱上为载物台，所述载物台一侧设有U轴电机与U轴滑动模组。
2.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：所述驱动器设有五个，所述X轴电机设有两个，分别安装于所述挤出模组基座两侧，所述X轴滑动模组与所述Y轴滑动模组通过连接板进行连接，所述Z轴滑动模组通过其下方的固定板固定于所述Y轴滑动模组上。
3.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：所述Z轴滑动模组通过活塞固定夹固定有活塞，所述活塞下方依次设有料筒与喷嘴，所述料筒通过固定于所述固定板上的料筒固定平台进行位置限定。
4.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：所述挤出模组基座通过其下方的四个支撑架支撑于设备内部。
5.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：所述成型平台后侧设有成型平台基座，所述溶液箱底部安装两个圆导轨，所述溶液箱一侧设置握把。
6.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：位于所述U轴滑动模组两侧设置直线导轨，所述载物台与所述直线导轨之间设有U形连接杆，所述载物台与所述U形连接杆之间设置三角支撑杆。
7.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于：所述电控单元、所述挤出单元与所述成型平台外部设有一体成型的外壳，位于所述挤出单元处的外壳一侧设置为可自由开合的观测窗；位于所述成型平台处的外壳一侧设有双开门作为所述溶液箱出入口。
8.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于，包括以下打印步骤：
S1：X轴电机、Y轴电机带动喷嘴进行X、Y轴方向上的移动，同时Z轴电机驱动活塞将料筒内的海藻酸钠溶液经喷嘴挤出；
S2：每打印一层海藻酸钠溶液，X、Y、Z轴暂停，U轴电机会控制载物台下降浸入氯化钙溶液中；
S3：短暂静置后，海藻酸钠与氯化钙交联成型，形成海藻酸钙胶体，载物台返回先前打印位置，X、Y、Z轴恢复运动继续进行打印，循环上述过程，直至产品打印完成，打印范围为10×10×10cm。
9.根据权利要求1所述的一种基于交联反应成型的3D打印设备，其特征在于，包括以下加工步骤：
(1)将3g海藻酸钠放入100ml蒸馏水中置于水浴加热箱中加热，采用搅拌器进行搅拌至海藻酸钠完全溶液蒸馏水中；将25g无水氯化钙放入500ml蒸馏水中进行搅拌至氯化钙完全溶于蒸馏水中；
(2)将海藻酸钠溶液放入到真空干燥器中，将溶液中的气体抽出；
(3)将抽气后的海藻酸钠溶液缓慢的倒进料筒中，氯化钙溶液倒入溶液箱中；
(4)连接控制器，设置好设备和打印参数，将打印文件加载到控制卡中，将电机归零，进行打印。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310612604.0A CN116494538A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 一种基于交联反应成型的3d打印设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310612604.0A CN116494538A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 一种基于交联反应成型的3d打印设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116494538A true CN116494538A (zh) | 2023-07-28 |
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| CN202310612604.0A Pending CN116494538A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 一种基于交联反应成型的3d打印设备 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109774119A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-05-21 | 杭州电子科技大学 | 一种基于微液滴喷墨式凝胶化血管支架3d打印方法 |
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2023
- 2023-05-29 CN CN202310612604.0A patent/CN116494538A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109774119A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-05-21 | 杭州电子科技大学 | 一种基于微液滴喷墨式凝胶化血管支架3d打印方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 桂元龙等: "《生物3D打印与再生医学》", 华中科技大学出版社, pages: 120 - 11 * |
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