CN204109383U - 一种带液氮制冷装置的3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带制冷装置的3D打印设备，包括处理装置、控制主板、3D打印桌面、打印机头和制冷装置；处理装置用于建立模型，并按要求设置3D打印精度，利用3D建模软件将所建立的模型进行分层切割，并把每层模型信息发送给控制主板；控制主板根据处理装置所发送的每层模型信息，控制打印机头在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向、速度以及3D打印材料输入，从而在3D打印桌面上逐层打印出需要打印的模型；制冷装置包括气泵、出风嘴和导气管，在打印的同时，处理装置控制气泵，使其在打印过程中不断通入液氮，液氮从出风嘴喷出对打印材料进行冷却。本实用新型操作便捷、提高模型制作效益，并能快速冷却打印材料。

Description

一种带液氮制冷装置的3D打印设备

技术领域

本实用新型属于3D制造领域，具体涉及一种带液氮制冷装置的3D打印设备。

背景技术

现有的模型如建筑工程模型一般是通过手工利用铁丝或塑料搭接粘贴而成，这需要消耗大量人力、物力。特别是一些结构复杂、节点特殊的建筑模型，所消耗的工时更多，而且组装的建筑模型不稳定、易坍塌。此外，对于比较精细的建筑模型，手工制作难以实现。

同时，在3D打印技术领域，在挤出设备根据打印需要挤出打印材料后，需要对打印材料进行快速冷却，使其尽快固定形状，满足打印的需求。现有的3D打印机一般采用制冷风扇，其冷却效果较好，应用范围相当广泛。然而制冷风扇的转动的过程中容易造成挤出喷头震动，导致打印模型表面产生波纹，从而影响打印精度的问题，同时风扇送风范围过大也会造成挤出喷头降温导致材料挤出不均匀的问题，这都会对最终的打印效果产生不利影响。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种带液氮制冷装置的3D打印设备。

技术方案：

一种制冷装置的3D打印设备，其特征在于：包括处理装置、控制主板、3D打印桌面、打印机头和制冷装置；

所述处理装置用于建立模型，并按工程建造要求设置3D打印精度，并利用3D建模软件将所建立的模型进行分层切割，并把每层模型信息发送给所述控制主板；

所述控制主板根据所述处理装置所发送的每层模型信息，控制所述打印机头在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向、速度以及3D打印材料输入，从而在所述3D打印桌面上逐层打印出需要打印的模型；

所述制冷装置包括出风嘴和气泵，该气泵通过管道连通所述的出风嘴，该出风嘴设置于所述打印机头正下方，气泵内装有液氮。

所述处理装置为安装有所述3D建模软件的计算机。

所述3D打印设备还包括纵向导杆、水平Y向导杆、水平X向导杆和电动机；

四个所述的纵向导杆垂直地设置在所述3D打印桌面的四角；

两个所述的水平Y向导杆分别滑动地设置在一对所述纵向导杆之间，并且两个所述的水平Y向导杆平行；

所述水平X向导杆设置在两个所述的水平Y向导杆之间，并将两个所述的水平Y向导杆连接；

所述电动机能够驱动所述水平Y向导杆沿着所述纵向导杆滑动，并能够驱动所述水平X向导杆沿着所述水平Y向导杆滑动；

所述打印机头滑动地安装在所述水平X向导杆上；所述打印机头中具有电动机；所述打印机头中电动机驱动所述打印机头沿着所述水平X向导杆滑动；

所述控制主板根据所述处理装置所发送出的每层模型信息控制所述电动机及所述打印机头中电动机的运行。

所述水平Y向导杆的两端分别通过滑头滑动地安装在对应的所述纵向导杆上。

所述水平X向导杆的两端分别通过滑头滑动地安装在对应的所述水平Y向导杆上。

所述3D打印设备还包括材料导管和材料提供装置；所述材料导管的一端与所述打印机头连接，另一端与所述材料提供装置连接。

所述的出风嘴包括环形本体，所述的环形本体内部具有中空的环形气路，所述的环形本体上开设有连通所述环形气路的若干个出气口以及至少一个进气口，所述的进气口通过管道连通所述的气泵。

所述的出风嘴的环形本体围绕所述的3D打印机的打印机头设置。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

(1)、与传统手工制模相比，用本实用新型制模可减少人力物力，提高模型制作效益；而且，只要可以在处理装置上建立模型就可以打印，操作便捷；而且打印出来的模型精度高、美观、牢固。

(2)、由于其该冷却装置，包括出风嘴和连通该出风嘴的气泵而不具有风扇，且出风嘴设置于3D打印机的挤出喷头附近的位置，因此可以有效避免由于风扇转动造成的挤出喷头震动问题，同时，由于出风嘴的环形本体围绕所述的挤出喷头设置，且其出气口位于环形本体上朝向挤出喷头挤出方向的一个侧面，因此也不会造成挤出喷头降温导致的材料挤出不均匀的问题，从而能够有效提升3D打印的精度，保证打印出的产品能够满足苛刻的精度要求，且利用液氮制冷，安全环保。

附图说明

图1为本实用新型的3D打印设备的示意图。

图2是出风嘴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，是本实用新型3D打印设备的一较佳实施例，该3D打印设备包括处理装置110、控制主板120、3D打印桌面130、纵向导杆140、水平Y向导杆150、水平X向导杆160、打印机头(含电动机)170、材料导管180、材料提供装置182、电动机190、出风嘴210、导气管220和气泵230。其中，处理装置110通过控制主板120控制电动机190及打印机头170中电动机的运行，进而控制打印机头170在纵向导杆140、水平Y向导杆150及水平X向导杆160上的位置、移动方向及材料输入，从而将材料提供装置182提供的材料经过材料导管180输送到打印机头170中，以在3D打印桌面130上3D打印出所需要的工程模型如建筑模型；处理装置110通过控制主板120控制气泵230，使其在打印过程中不断通入液氮，液氮从出风嘴210内出来，对从打印头170中挤出的打印材料进行冷却。

具体地，处理装置110可以为安装有3D建模软件的计算机。3D建模软件可包括Bender、OpenSCAD、Art of Illusion、FreeCAD、Wings3D、BRL-CAD、SketchUp、Autodesk123D、MeshMixer等。其中，Blender一种免费开源3D模型制作软件套装。OpenSCAD是一款基于命令行的3D建模软件，可以产生CSG文件，特长是制作实心3D模型。Art of Illusion是开源的3D模型和渲染软件。FreeCAD是来自法国Matra Datavision公司的一款开源免费3D CAD软件，基于CAD/CAM/CAE几何模型核心，是一个功能化、参数化的建模工具。Wings3D是一个开源免费的3D建模软件，适合创建细分曲面模型。BRL-CAD是一款跨平台开源实体几何(CSG)构造和实体模型计算机辅助设计(CAD)系统。SketchUp是谷歌Google的一个免费交互式的3D模型程序，不仅适合高级用户，也适合初学者。Autodesk123D是欧特克公司的产品，是一个免费3D模型软件，目前只支持Windows系统。MeshMixer是一个3D模型工具，也是Autodesk公司的产品。针对需要打印的模型，在处理装置110上建模、导入模型或3D扫描导入模型，并按工程建造要求设置3D打印精度后，可利用3D建模软件将需要打印的模型进行分层切割，并把每层模型信息通过导线112发送给控制主板120。

控制主板120可通过导线112与处理装置110连接，并可根据处理装置110所发送的每层模型信息控制打印机头170在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向及速度，从而使得打印机头170能够在三维空间内精确定位并进行打印。同时，控制主板120还可控制打印机头170处激光参数及温度等等。

3D打印桌面130用于承载打印形成的模型。3D打印桌面130的形状可以根据实际使用需求设计，在一实施例中，3D打印桌面130大致呈矩形。

多个如四个纵向导杆140大致垂直地设置在3D打印桌面130的四角。两个水平Y向导杆150分别设置在一对纵向导杆140之间，并且两水平Y向导杆150大致平行。如图1所示，水平Y向导杆150的两端分别通过滑头152滑动地安装在对应的纵向导杆140上，使得水平Y向导杆150可以在电动机190驱动下沿着纵向导杆140滑动。水平X向导杆160设置在两个水平Y向导杆150之间，并将两个水平Y向导杆150连接。水平X向导杆160的两端分别通过滑头152滑动地安装在对应的水平Y向导杆150，使得水平X向导杆160可以在电动机190驱动下沿着水平Y向导杆150滑动。打印机头170滑动地安装在水平X向导杆160上，并可在打印机头170中电动机的驱动下沿着水平X向导杆160滑动。这样，通过控制主板120控制电动机190及打印机头170中电动机的运行，即可控制打印机头170在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向及速度，从而使得打印机头170能够在三维空间内精确定位并进行打印。

材料导管180的一端与打印机头170连接，另一端与材料提供装置182连接。在处理装置110和/或控制主板120控制下，材料提供装置182上的材料经过材料导管180输送到打印机头170以实现3D打印。

出风嘴210通过导气管220与气泵230相连，如图2所示，出风嘴210包括一对环形本体211(上环形本体和下环形本体)和本体连接管212，这一对环形本体211通过本体连接管212连接，所述环形本体211内部中空形成环形气腔(上环形气腔和下环形气腔)，上环形本体的上环形气腔和下环形本体的下环形气腔通过本体连接管212连通，上环形本体和下环形本体上均设有若干均匀分布的出气口2110，上环形本体上表面上设置有进气口2111和固定螺纹孔2113，进气口2111与导气管220相连，出风嘴210通过固定螺纹孔2113设置在打印机头170的正下方。

下面对本实用新型的3D打印设备的使用方法做阐述。

针对需要打印的模型，在处理装置110上建立模型，并按工程建造要求设置3D打印精度；利用3D建模软件将所建立的模型进行分层切割，并把每层模型信息通过导线112发送给控制主板120。

然后根据处理装置110所发送的每层模型信息，控制主板120控制打印机头170在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向、速度以及3D打印材料输入，在3D打印桌面130上逐层打印出需要打印的模型，其中，3D打印材料可以用纯塑料/树脂以及粘合剂，3D打印材料输入包括：调节打印机头170处的激光温度至3D打印材料的熔点或塑化温度，使得3D打印材料熔化后落在3D打印桌面130上并凝固，并在粘合剂的作用下实现结构堆叠稳定，建立实体模型，可将打印机头170处的激光温度调节至高于3D打印材料的熔点或塑化温度。

在打印的同时，处理装置110通过控制主板120控制气泵230，使其在打印过程中不断通入液氮，液氮从导气管220进入出风嘴210，又从出风嘴210的出气口2110喷出，以对从打印头170中挤出的打印材料进行冷却。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种液氮制冷装置的3D打印设备，其特征在于：包括处理装置、控制主板、3D打印桌面、打印机头和制冷装置；

所述处理装置用于建立模型，并按工程建造要求设置3D打印精度，并利用3D建模软件将所建立的模型进行分层切割，并把每层模型信息发送给所述控制主板；

所述控制主板根据所述处理装置所发送的每层模型信息，控制所述打印机头在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向、速度以及3D打印材料输入，从而在所述3D打印桌面上逐层打印出需要打印的模型；

所述制冷装置包括出风嘴和气泵，该气泵通过导气管连通所述的出风嘴，该出风嘴设置于所述打印机头正下方，所述气泵内装有液氮。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述处理装置为安装有所述3D建模软件的计算机。

3.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括纵向导杆、水平Y向导杆、水平X向导杆和电动机；

四个所述的纵向导杆垂直地设置在所述3D打印桌面的四角；

两个所述的水平Y向导杆分别滑动地设置在一对所述纵向导杆之间，并且两个所述的水平Y向导杆平行；

所述水平X向导杆设置在两个所述的水平Y向导杆之间，并将两个所述的水平Y向导杆连接；

所述电动机能够驱动所述水平Y向导杆沿着所述纵向导杆滑动，并能够驱动所述水平X向导杆沿着所述水平Y向导杆滑动；

所述打印机头滑动地安装在所述水平X向导杆上；所述打印机头中具有电动机；所述打印机头中电动机驱动所述打印机头沿着所述水平X向导杆滑动；

所述控制主板根据所述处理装置所发送出的每层模型信息控制所述电动机及所述打印机头中电动机的运行。

4.根据权利要求3所述的工程模型3D打印设备，其特征在于，所述水平Y向导杆的两端分别通过滑头滑动地安装在对应的所述纵向导杆上。

5.根据权利要求3或4所述的工程模型3D打印设备，其特征在于，所述水平X向导杆的两端分别通过滑头滑动地安装在对应的所述水平Y向导杆上。

6.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括材料导管和材料提供装置；所述材料导管的一端与所述打印机头连接，另一端与所述材料提供装置连接。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的出风嘴包括环形本体，所述的环形本体内部具有中空的环形气路，所述的环形本体上开设有连通所述环形气路的若干个出气口以及至少一个进气口，所述的进气口通过管道连通所述的气泵。

8.根据权利要求7所述的3D打印设备，其特征在于：所述的出风嘴的环形本体围绕所述的3D打印机的打印机头设置。