CN207825462U - 一种基于化学反应沉积的3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于化学反应沉积的3D打印装置。包括密封成型室，以及设置在密封成型室内的三轴联动机构；该三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带喷嘴在密封成型室内沿X轴、Y轴或者Z轴方向运动；密封成型室内部设置有成型槽；密封成型室的外部设置有成型槽供液槽和液体喷头供液槽；成型槽上设有一成型槽补液嘴，成型槽补液嘴通过导管连接成型槽供液槽；成型槽供液槽内装有基体溶液；本3D打印装置只需对现有激光选区熔化设备做上述简单改进，即可实现液体喷头根据移动路径参数选区喷射液体的目的，进而通过沉淀累积获得实体零件。
Description
技术领域
本实用新型涉及增材制造领域，尤其涉及一种基于化学反应沉积的3D打印装置。
背景技术
3D打印是增材制造技术的通俗称谓。目前主要包括激光选区熔化技术、激光选区烧结技术、电子束熔化成型技术、熔融沉积技术、数字化光处理技术、立体平板印刷技术等等，经过不断的发展已经获得了显著的成果。其原理是基于先“化整为零”再“积少成多”的理念，首先将零件的三维数字模型通过切片软件分解为若干个极薄的片层数据，然后通过将材料逐层添加累积的方式最终获取实物三维零件。目前的3D打印技术均是通过加热粉料或丝材、固化树脂、切割薄片等方式来实现。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于化学反应沉积的3D打印装置。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种基于化学反应沉积的3D打印装置，包括密封成型室12，以及设置在密封成型室12内的三轴联动机构；该三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带喷嘴在密封成型室12内沿X轴、Y轴或者Z轴方向运动；
所述密封成型室12内部设置有成型槽18；
所述密封成型室12的外部设置有成型槽供液槽1和液体喷头供液槽2；
所述成型槽18上设有一成型槽补液嘴15，成型槽补液嘴15通过导管14连接成型槽供液槽1；成型槽供液槽1内装有基体溶液4；
所述液体喷头16通过随动导管5连接液体喷头供液槽2；液体喷头供液槽2内装有反应溶液8。
所述成型槽18内底部设置有成型基台；所述液体喷头16通过夹持杆11固定在三轴联动机构Z导轨13的滑块9上；所述液体喷头16与输液杆之间采用螺纹连接。液体喷头16的喷口直径为5μm-1mm。
所述成型槽补液嘴15固定设置在成型槽18上方左侧壁；成型槽补液嘴15通过螺纹与导管14连接；所述随动导管5为柔性导管。
所述成型槽供液槽1与导管14的衔接处设置有补液电磁阀6；所述液体喷头供液槽2与随动导管5的衔接处设置有供液阀10。
一种基于化学反应沉积的3D打印装置的运行方法，包括如下步骤：
步骤一：根据待加工零件的形状，建立其三维CAD数字模型，然后保存为STL格式文件，使用切片软件对三维数字模型进行切片处理，每层切片的厚度均为0.03mm-1mm，切片中包含了零件的截面轮廓信息，将切片后的文件导入移动路径规划软件中，获得液体喷头16的移动路径数据；
步骤二：通过三轴联动机构调整液体喷头16的坐标位置，预先将液体喷头16的喷嘴移动至成型基台上，并与成型基台距离一个切片厚度；
步骤三：基体溶液4预先注满成型槽18内；
步骤四：启动加工作业，三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带液体喷头16按照步骤一中的移动路径数据，选择性的在成型基台的基体溶液4上喷射反应溶液8，反应溶液8与成型基台上表面的基体溶液4接触发生化学反应固体沉积，完成零件的一个成型层的加工；
步骤五：步骤四完成后，液体喷头16上升一个切片层厚的高度，在基体溶液4的自身张力及重力作用下自发流动下，重新覆盖在已成型层的表面，液体喷头16按照下一层移动移动路径，将反应溶液8喷射到该已成型层表面，通过化学反应产生的物质沉积到已成型层表面，完成本层加工；
步骤六：重复步骤四至步骤五，通过反应溶液8与基体溶液4的反应，产生沉淀逐层累积，直至整个零件17加工完成。
反应溶液应可以与基体溶液发生化学沉淀反应，生产所需的固体材料，其组合包括但不限于以下所示：
以氯化钡溶液为反应溶液，以硫酸钠溶液为基体溶液，通过氯化钡与硫酸钠溶液接触后发生化学反应产生硫酸钡沉淀，硫酸钡沉淀在逐层累积后形成所需的零件实体。为获得银质零件，可以将银氨溶液为作为反应物质，以甲醛溶液作为基体溶液，通过两者之间的化学反应产生纯银沉淀来获得所需零件实体。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本实用新型的原理简单，由于是根据化学反应沉淀原理开发出的一种新的3D打印技术，与传统激光选区熔化设备的不同之处主要在于：所述密封成型室12内部设置有成型槽18；所述密封成型室12的外部设置有成型槽供液槽1和液体喷头供液槽2；所述成型槽18上设有一成型槽补液嘴15，成型槽补液嘴15通过导管14连接成型槽供液槽1；成型槽供液槽1内装有基体溶液4；
液体喷头16通过随动导管5连接液体喷头供液槽2；液体喷头供液槽2内装有反应溶液8。
工作时，三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带液体喷头16按照步骤一中的移动路径数据，选择性的在成型基台的基体溶液4上喷射反应溶液8，反应溶液8与成型基台上表面的基体溶液4接触发生化学反应固体沉积，完成零件的一个成型层的加工，然后液体喷头16上升一个切片层厚的高度，在基体溶液4的自身张力及重力作用下自发流动下，重新覆盖在已成型层的表面，液体喷头16按照下一层移动移动路径，将反应溶液8喷射到该已成型层表面，通过化学反应产生的物质沉积到已成型层表面；通过反应溶液8与基体溶液4的反应，产生沉淀逐层累积，直至整个零件17加工完成。
如上所述，加工三维实体零件时，本实用新型的成型过程是在两种物质的化学能驱动下自发进行，因此无需额外提供热源、光源等。
本实用新型只需对现有激光选区熔化设备做上述简单改进，即可实现液体喷头(相当于原激光打印头)根据移动路径参数选区喷射液体的目的，进而通过沉淀累积获得实体零件。
本实用新型属于增材制造领域，不仅通过简单方法将化学反应沉淀现象转化为新的制造工艺，而且扩大了增材制造技术的工艺范围，为高附加值、个性化以及复杂度高的零件快速制造提供了成型方法。
附图说明
图1为本实用新型基于化学反应沉积的3D打印装置结构示意图。
图2为本实用新型基于化学反应沉积的3D打印装置运行流程图。
成型槽供液槽1；液体喷头供液槽2；X导轨3；基体溶液4；随动导管5；补液电磁阀6；Y导轨7；反应溶液8；滑块9；供液阀10；夹持杆11；密封成型室12；Z导轨13；导管14；成型槽补液嘴15；液体喷头16；零件17；成型槽18。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-2所示。本实用新型公开了一种基于化学反应沉积的3D打印装置，与现有激光选区熔化设备相同之处主要在于：包括密封成型室12，以及设置在密封成型室12内的三轴联动机构；该三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带喷嘴在密封成型室12内沿X轴、Y轴或者Z轴方向运动，进而实现整个空间的定点定线运动；密封成型室12为整个成型过程提供密封环境，隔绝外界空气等因素对成型的影响。
与现有激光选区熔化设备不相同之处主要体现在：所述密封成型室12内部设置有成型槽18；所述密封成型室12的外部设置有成型槽供液槽1和液体喷头供液槽2；所述成型槽18上设有一成型槽补液嘴15，成型槽补液嘴15通过导管14连接成型槽供液槽1；成型槽供液槽1内装有基体溶液4；所述液体喷头16通过随动导管5连接液体喷头供液槽2；液体喷头供液槽2内装有反应溶液8。
所述成型槽18内底部设置有成型基台；所述液体喷头16通过夹持杆11固定在三轴联动机构Z导轨13的滑块9上；所述液体喷头16与输液杆之间采用螺纹连接。液体喷头16的喷口直径为5μm-1mm。
所述成型槽补液嘴15固定设置在成型槽18上方左侧壁；成型槽补液嘴15通过螺纹与导管14连接；
所述成型槽供液槽1与导管14的衔接处设置有补液电磁阀6；所述液体喷头供液槽2与随动导管5的衔接处设置有供液阀10。
导管14用于输送基体溶液4，其与成型槽补液嘴15连通，成型槽补液嘴15在整个成型过程中无需移动。
随动导管5为柔性导管，随动导管5用于输送反应溶液8，由于在成型过程中需要不断移动液体喷头16来实现选区沉积目的，因此随动导管5采用柔软的材质制造。
加工作业前，将基体溶液4预先装入成型槽18内，使其至少将成型基台淹没在液面之下的一到两个成型层的高度。随着化学反应的进行，成型槽18中的基体溶液4会逐渐减少，则打开补液电磁阀6及时补充基体溶液4，使零件的成型层始终处于基体溶液4的液面之下。
本实用新型基于化学反应沉积的3D打印装置的运行方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：根据待加工零件的形状，建立其三维CAD数字模型，然后保存为STL格式文件，使用切片软件对三维数字模型进行切片处理，每层切片的厚度均为0.03mm-1mm，切片中包含了零件的截面轮廓信息，将切片后的文件导入移动路径规划软件中，获得液体喷头16的移动路径数据；
步骤二：通过三轴联动机构调整液体喷头16的坐标位置，预先将液体喷头16的喷嘴移动至成型基台上，并与成型基台距离一个切片厚度；
步骤三：基体溶液4预先注满成型槽18内；
步骤四：启动加工作业，三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带液体喷头16按照步骤一中的移动路径数据，选择性的在成型基台的基体溶液4上喷射反应溶液8，反应溶液8与成型基台上表面的基体溶液4接触发生化学反应固体沉积，完成零件的一个成型层的加工；
步骤五：步骤四完成后，液体喷头16上升一个切片层厚的高度，在基体溶液4的自身张力及重力作用下自发流动下，重新覆盖在已成型层的表面，液体喷头16按照下一层移动移动路径，将反应溶液8喷射到该已成型层表面，通过化学反应产生的物质沉积到已成型层表面，完成本层加工；
步骤六：重复步骤四至步骤五，通过反应溶液8与基体溶液4的反应，产生沉淀逐层累积，直至整个零件17加工完成。
反应溶液应可以与基体溶液发生化学沉淀反应，生产所需的固体材料，其组合包括但不限于以下所示：
以氯化钡溶液为反应溶液，以硫酸钠溶液为基体溶液，通过氯化钡与硫酸钠溶液接触后发生化学反应产生硫酸钡沉淀，硫酸钡沉淀在逐层累积后形成所需的零件实体。为获得银质零件，可以将银氨溶液为作为反应物质，以甲醛溶液作为基体溶液，通过两者之间的化学反应产生纯银沉淀来获得所需零件实体。
本实用新型通过一种液体与另一种液体发生化学反应产生固体沉淀的现象，根据所需零件的数字化模型，按照处理后的移动路径，控制液体喷头16选区移动并喷射反应溶液8，经过层层累积叠加最终实现整个零件的成型。
根据所需零件的材质属性，可以选择不容化学反应原理，从而配置不同的化学反应组合，获得金属、无机非金属以及固体有机体等不同材质的零件。本实用新型根据化学反应沉淀现象，创新性的将其开发为一种先进的制造工艺，开发出了新的3D打印技术方法与装置，不但结构简单，容易实现，而且整个成型过程是由两种物质的化学能自发推动，因此无需引入热源、光源等，具有极高的应用潜力和价值。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于化学反应沉积的3D打印装置，包括密封成型室(12)，以及设置在密封成型室(12)内的三轴联动机构；该三轴联动机构根据3D打印机控制系统的移动路径规划，携带喷嘴在密封成型室(12)内沿X轴、Y轴或者Z轴方向运动；其特征在于：
所述密封成型室(12)内部设置有成型槽(18)；
所述密封成型室(12)的外部设置有成型槽供液槽(1)和液体喷头供液槽(2)；
所述成型槽(18)上设有一成型槽补液嘴(15)，成型槽补液嘴(15)通过导管(14)连接成型槽供液槽(1)；成型槽供液槽(1)内装有基体溶液(4)；
所述液体喷头(16)通过随动导管(5)连接液体喷头供液槽(2)；液体喷头供液槽(2)内装有反应溶液(8)。
2.根据权利要求1所述基于化学反应沉积的3D打印装置，其特征在于：所述成型槽(18)内底部设置有成型基台；所述液体喷头(16)通过夹持杆(11)固定在三轴联动机构Z导轨(13)的滑块(9)上；所述液体喷头(16)与输液杆之间采用螺纹连接；液体喷头(16)的喷口直径为5μm-1mm。
3.根据权利要求2所述基于化学反应沉积的3D打印装置，其特征在于：所述成型槽补液嘴(15)固定设置在成型槽(18)上方左侧壁；成型槽补液嘴(15)通过螺纹与导管(14)连接；所述随动导管(5)为柔性导管。
4.根据权利要求3所述基于化学反应沉积的3D打印装置，其特征在于：所述成型槽供液槽(1)与导管(14)的衔接处设置有补液电磁阀(6)；所述液体喷头供液槽(2)与随动导管(5)的衔接处设置有供液阀(10)。
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| CN201820073229.1U CN207825462U (zh) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | 一种基于化学反应沉积的3d打印装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108312492A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-07-24 | 华南理工大学 | 一种基于化学反应沉积的3d打印装置与方法 |
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2018
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