CN204604935U - 一种制备功能梯度材料的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备功能梯度材料的3D打印机，所述打印机包括双喷头成型机构、PCB电路板、框架、隔板和电源机构；所述双喷头成型机构包括X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、丝杠、打印工作平台、打印喷头部分、固定光滑直杆、滑动直线光杆、固定转轴和滑动块；所述打印喷头部分包括两个进丝装置、两个加热熔融装置、两个打印喷头、一个风扇、一个底板和两个塑料导管；所述滑动直线光杆由与X方向平行的纵向光杆和与Y方向平行的横向光杆组成；所述固定转轴由两个X轴固定转轴和两个Y轴固定转轴组成。通过双喷头设计的3D打印机与上位机的配合，实现多种材料的复合打印，充分利用3D打印机的打印工作空间，实现较高精度快速成型。

Description

一种制备功能梯度材料的3D打印机

技术领域

本实用新型涉及快速成型技术，具体是一种制备功能梯度材料的3D打印机。

背景技术

功能梯度材料(FGM)在航天、军用、民用等多个领域具有重要用途，随着工业化生产对FGM需求的不断上升，FGM的传统制备方法存在的一些缺陷不断暴露出来，而传统的功能梯度材料的制备方法繁琐、耗时耗材且不环保，既无法满足工业化发展的需要，也不符合可持续发展的需要，科技的发展催生了快速成型技术，如果将快速成型制造与FGM制造有机结合，将会有效地降低相关制造费用并可制造复杂FGM零件，可以利用数字化三维模型通过塑料、树脂、金属等材料堆叠方法逐层堆积成型。与此同时，市面上很多3D打印机无法满足生产生活的需求。存在的问题有：

(1)市面上流行的3D打印机多数为单喷头设备，无法进行多种材料的复合打印。

(2)市面上的双喷头3D打印机多为一个喷头支撑、另一个喷头打印，无法完成功能梯度材料的打印。

(3)设备打印空间利用率可以提高，打印工作环境有待改善。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种制备功能梯度材料的3D打印机。通过双喷头设计的3D打印机与上位机的配合，实现多种材料的复合打印，实现对一些小型功能梯度材料的制备，充分利用3D打印机的打印工作空间，实现较高精度快速成型。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种制备功能梯度材料的3D打印机，所述打印机包括双喷头成型机构、PCB电路板、框架、隔板和电源机构；其特征在于所述双喷头成型机构包括X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、丝杠、打印工作平台、打印喷头部分、固定光滑直杆、滑动直线光杆、固定转轴和滑动块；所述打印喷头部分包括两个进丝装置、两个加热熔融装置、两个打印喷头、一个风扇、一个底板和两个塑料导管；所述滑动直线光杆由与X方向平行的纵向光杆和与Y方向平行的横向光杆组成；所述固定转轴由两个X轴固定转轴和两个Y轴固定转轴组成；

所述框架是封闭式立方体结构，放置于地面上，其四个侧面上分别固定有一根与地面和自身侧面平行的固定光滑直杆；所述滑动块具有四个，一根固定光滑直杆上分别连接有一个滑动块，滑动块可以沿固定光滑直杆自由滑动；所述隔板固定在框架上；所述电源机构、PCB电路板和Z轴电机固定在隔板的下表面；所述丝杠一端穿过隔板的通孔与Z轴电机连接，另一端与框架上侧连接；所述打印工作平台固定于丝杠上，通过导线与PCB电路板相连接；所述打印喷头与加热熔融装置固定连接；所述进丝装置、加热熔融装置和风扇固定在底板上；所述打印喷头部分通过导线与PCB电路板电连接；装有打印丝的塑料导管分别与各自的进丝装置相连；所述打印喷头部分的两个打印喷头安装高度完全一致，两者在同一水平面上；所述滑动直线光杆的两端分别固定于滑动块中；所述进丝装置与滑动直线光杆固定连接；

所述X轴电机固定于框架上；所述X轴固定转轴分别固定于框架的对面两侧面的固定光滑直杆上，其中一个X轴固定转轴通过皮带与X轴电机连接，X轴固定转轴之间通过皮带彼此连接；同时X轴固定转轴之间皮带与滑动块相固连；所述纵向光杆的两端分别固定于滑动块中；所述进丝装置与纵向光杆固定连接；

所述Y轴电机固定于框架上；所述Y轴固定转轴分别固定于框架的对面两侧面的固定光滑直杆上，其中一个Y轴固定转轴通过皮带与Y轴电机连接，Y轴固定转轴之间通过皮带彼此连接；同时Y轴固定转轴之间皮带与滑动块相固连；所述横向光杆的两端分别固定于滑动块中；所述进丝装置与横向光杆固定连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

(1)滑动直线光杆采用平行放置，可使双喷头成型机构的运动和定位达到0.1mm级，实现较高精度快速成型。

(2)所述的电机均为伺服电机，其具有比普通步进电机更高的准确性，通过对回馈的脉冲进行分析可使电机的运动更为精确。

(3)通过与上位机的配合，本机器可以实现对小型简易功能梯度材料的制备，完成单喷头3D打印机不能完成的复合打印过程，实现对材料的充分利用，并且本机器投资成本低，通过工厂使用大批量生产小型功能梯度材料，提高经济效益，缩小时间以及人力成本。

附图说明

图1为本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机一种实施例的双喷头成型机构右视结构示意图；

图2为本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机一种实施例的双喷头成型机构主视结构示意图；

图3为本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机一种实施例的打印喷头部分主视结构示意图；

图4为本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机一种实施例的整体结构俯视结构示意图；

图5为本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机一种实施例的整体结构右视结构示意图；

图6为本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机的沿图5中的A-A截面的剖面结构示意图。

其中1、双喷头成型机构；2、PCB电路板；3、框架；4、隔板；5、电源机构；11、X轴电机；12、Y轴电机；13、Z轴电机；14、丝杠；15、打印工作平台；161、进丝装置；162、加热熔融装置；163、打印喷头；164、风扇；165、底板；166、塑料导管；17、固定光滑直杆；18、滑动直线光杆；181、纵向光杆；182、横向光杆；19、固定转轴；20、滑动块。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种制备功能梯度材料的3D打印机(参见图1-6)，所述打印机包括双喷头成型机构1、PCB电路板2、框架3、隔板4和电源机构5；所述双喷头成型机构1包括X轴电机11、Y轴电机12、Z轴电机13、丝杠14、打印工作平台15、打印喷头部分16、固定光滑直杆17、滑动直线光杆18、固定转轴19和滑动块20；所述打印喷头部分16包括两个进丝装置161、两个加热熔融装置162、两个打印喷头163、一个风扇164、一个底板165和两个塑料导管166；所述滑动直线光杆18由与X方向平行的纵向光杆181和与Y方向平行的横向光杆182组成；所述固定转轴19由两个X轴固定转轴和两个Y轴固定转轴组成；

所述框架3是封闭式立方体结构，放置于地面上，其四个侧面上分别固定有一根与地面和自身侧面平行的固定光滑直杆17；所述滑动块20具有四个，一根固定光滑直杆17上分别连接有一个滑动块20，滑动块20可以沿固定光滑直杆17自由滑动；所述隔板4固定在框架3上，安装在距离地面的高度为框架总高度的1/6位置处；所述电源机构5、PCB电路板2和Z轴电机13固定在隔板4的下表面；所述丝杠14一端穿过隔板4的通孔与Z轴电机13连接，另一端与框架3上侧连接；所述打印工作平台15固定于丝杠14上，由亚克力板和导热铝板粘合而成，具有加热功能，通过导线与PCB电路板2相连接，当PCB电路板2发出命令时对打印工作平台15进行加热；所述一个打印喷头163与一个加热熔融装置162固定连接，另一个打印喷头163与另一个加热熔融装置162固定连接；所述两个进丝装置161、两个加热熔融装置162和风扇164固定在底板165上；打印喷头部分16通过导线与PCB电路板2电连接，用以控制打印机的打印；装有打印丝的塑料导管166分别与各自的进丝装置161相连；所述塑料导管166的作用是保护打印丝避免受到氧化、光晒等，同时引导打印丝进入进丝装置161；所述打印喷头部分16的两个打印喷头163安装高度完全一致，两者在同一水平面上；所述滑动直线光杆18的两端分别固定于滑动块20中；所述进丝装置161与滑动直线光杆18固定连接；

所述X轴电机11固定于框架3上；所述X轴固定转轴分别固定于框架3的对面两侧面的固定光滑直杆17上，其中一个X轴固定转轴通过皮带与X轴电机11连接，X轴固定转轴之间通过皮带彼此连接；同时X轴固定转轴之间皮带与滑动块20相固连；所述纵向光杆181的两端分别固定于滑动块20中；所述进丝装置161与纵向光杆181固定连接。工作时，X轴电机11通过皮带带动X轴固定转轴转动，X轴固定转轴通过皮带带动滑动块20移动，滑动块20带动纵向光杆181沿X方向移动，进而带动固连在其上的打印喷头部分16沿X方向移动。

所述Y轴电机12固定于框架3上；所述Y轴固定转轴分别固定于框架3的对面两侧面的固定光滑直杆17上，其中一个Y轴固定转轴通过皮带与Y轴电机12连接，Y轴固定转轴之间通过皮带彼此连接；同时Y轴固定转轴之间皮带与滑动块20相固连；所述横向光杆182的两端分别固定于滑动块20中；所述进丝装置161与横向光杆182固定连接。工作时，Y轴电机12通过皮带带动Y轴固定转轴转动，Y轴固定转轴通过皮带带动滑动块20移动，滑动块20带动横向光杆182沿Y方向移动，进而带动固连在其上的打印喷头部分16沿Y方向移动。

本实用新型制备功能梯度材料的3D打印机的工作原理和过程是：将功能梯度材料的三维模型导入至上位机中，通过对模型的分层分析，按照要求进行逐层分解，逐层分解后的模型具有每层各自独特的数据；将PCB控制板2通过USB线与上位机相连，PCB控制板2成功接收后，控制打印喷头部分16沿X、Y、Z方向运动来调平打印工作平台15，调平打印工作平台15之后，控制打印工作平台15以及两个加热熔融装置162升温，当加热熔融装置162以及打印工作平台15的温度达到要求温度后，打印喷头部分16运行至初始位置，进丝装置161开始滚动挤压打印丝至加热熔融装置162，打印丝被融化通过打印喷头163流出至打印工作平台15上方，X轴电机11、Y轴电机12转动通过皮带带动固定转轴19和滑动直线光杆18移动，进而带动打印喷头部分16沿X、Y方向运动，Z轴电机13转动带动丝杠14转动控制打印工作平台15沿Z轴方向的运动，控制打印喷头部分16按照上位机事先设定好的路径精准打印材料成型；在打印喷头部分16运动的同时，PCB控制板2会控制对应的加热熔融装置162以及打印工作平台15进行要求温度的持续加热；打印成型的过程用于散热的风扇164一直在工作，保证打印丝顺利流出并稳定凝于打印工作平台15上，并在完成一层的打印后进行下一层打印直至需要改变打印喷头部分，另一打印喷头部分将移动至上一打印喷头部分处，切换喷头后继续开始快速成型。在打印功能梯度材料的过程中，两组打印喷头部分16将进行不断切换，得到的打印效果可以满足梯度材料的要求。打印结束后，X轴电机11、Y轴电机12运动使打印喷头部分16再次回到原点，Z轴电机13转动使工作平台下降，使得打印喷头部分16远离打印工作平台15，同时PCB控制板2命令所有加热熔融装置162停止加热，完成功能梯度材料的制作。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种制备功能梯度材料的3D打印机，所述打印机包括双喷头成型机构、PCB电路板、框架、隔板和电源机构；其特征在于所述双喷头成型机构包括X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、丝杠、打印工作平台、打印喷头部分、固定光滑直杆、滑动直线光杆、固定转轴和滑动块；所述打印喷头部分包括两个进丝装置、两个加热熔融装置、两个打印喷头、一个风扇、一个底板和两个塑料导管；所述滑动直线光杆由与X方向平行的纵向光杆和与Y方向平行的横向光杆组成；所述固定转轴由两个X轴固定转轴和两个Y轴固定转轴组成；

所述框架是封闭式立方体结构，放置于地面上，其四个侧面上分别固定有一根与地面和自身侧面平行的固定光滑直杆；所述滑动块具有四个，一根固定光滑直杆上分别连接有一个滑动块，滑动块可以沿固定光滑直杆自由滑动；所述隔板固定在框架上；所述电源机构、PCB电路板和Z轴电机固定在隔板的下表面；所述丝杠一端穿过隔板的通孔与Z轴电机连接，另一端与框架上侧连接；所述打印工作平台固定于丝杠上，通过导线与PCB电路板相连接；所述打印喷头与加热熔融装置固定连接；所述进丝装置、加热熔融装置和风扇固定在底板上；所述打印喷头部分通过导线与PCB电路板电连接；装有打印丝的塑料导管分别与各自的进丝装置相连；所述打印喷头部分的两个打印喷头安装高度完全一致，两者在同一水平面上；所述滑动直线光杆的两端分别固定于滑动块中；所述进丝装置与滑动直线光杆固定连接；

所述X轴电机固定于框架上；所述X轴固定转轴分别固定于框架的对面两侧面的固定光滑直杆上，其中一个X轴固定转轴通过皮带与X轴电机连接，X轴固定转轴之间通过皮带彼此连接；同时X轴固定转轴之间皮带与滑动块相固连；所述纵向光杆的两端分别固定于滑动块中；所述进丝装置与纵向光杆固定连接；

所述Y轴电机固定于框架上；所述Y轴固定转轴分别固定于框架的对面两侧面的固定光滑直杆上，其中一个Y轴固定转轴通过皮带与Y轴电机连接，Y轴固定转轴之间通过皮带彼此连接；同时Y轴固定转轴之间皮带与滑动块相固连；所述横向光杆的两端分别固定于滑动块中；所述进丝装置与横向光杆固定连接。

2.根据权利要求1所述的制备功能梯度材料的3D打印机，其特征在于所述隔板安装在距离地面的高度为框架总高度的1/6位置处。

3.根据权利要求1所述的制备功能梯度材料的3D打印机，其特征在于所述打印工作平台由亚克力板和导热铝板粘合而成。