CN209063677U - 一种金属与非金属复合3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印技术领域，公开了一种金属与非金属复合3D打印装置，包括：加工平台，在加工平台上构造有待切割区域；金属料带，设置在加工平台上；非金属料带，设置在加工平台上并与金属料带呈并排式设置；第一驱动机构和第二驱动机构；切割器，分别用于切割金属片料以及非金属片料；平移升降载物台，设置在加工平台的下方，用于分别承接金属片料和非金属片料；以及热碾压喷涂机构，用于向金属片料和非金属片料喷涂粘结剂，以使得相邻层的金属片料和/或非金属片料粘接为一体。该3D打印装置具有将金属片料与非金属片料相结合后进行逐层打印，从而使得制造出的电子电路功能器件在作为结构件的同时，还具有导电功能的优点。

Description

一种金属与非金属复合3D打印装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种金属与非金属复合3D打印装置。

背景技术

3D打印技术是快速成型技术中的一种，又称为增材制造技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状材料比如金属粉末、尼龙粉末、石膏粉末、塑料线材、液态光敏树脂等为材料，通过程序代码控制，逐层打印堆叠的方式来构造物体的技术。

随着3D打印技术的不断发展，出现了各种类型的打印成型技术，包括：FDM打印技术、SLA光固化成型技术、DLP数字光处理成型技术、CLIP连续界面制造技术、Polyjet聚合物喷射技术、3DP三维印刷成型技术、LOM打印技术、SLS激光选择性烧结技术、SLM选择性激光熔化技术以及EBM电子束熔炼技术等。但是，这些打印方式制造出的模型零件大多数只具有结构性功能，而并不具有电子电路的功能。而对于结构性电子功能器件的打印制造，是未来3D打印技术发展的必然趋势。

金属与非金属混合打印，将会让增材制造技术从结构制造向功能制造迈出了一大步，相应装备在3D电子器件、智能机器、射频通信、科研教学等领域都具有广泛的应用价值。金属与非金属混合打印，使得整个制造过程可与非金属材料进行交替打印，由此实现各种电子电路功能器件，比如可穿戴设备的快速成型，使得目标终端装备的全自动化制造与组装成为可能。光敏树脂是一种被得到广泛运用的3D打印工业材料，自第一台商用3D打印机诞生以来，光敏树脂就成为3D打印耗材的重要部分，如今光敏树脂材料作为3D打印材料也有着举足轻重的地位。目前以光敏树脂为材料的3D打印方式主要有SLA光固化成型技术、DLP数字光处理成型技术、CLIP连续界面制造技术、Polyjet聚合物喷射技术以及MJP喷射技术等。然而这些技术类型均只能打印结构性的零部件，并不能进一步打印出带有电子电路功能性的结构件出来，仅仅实现了3D打印制造而并没有真正地实现3D打印制造。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种金属与非金属复合3D打印装置，以解决现有技术中并没有将金属与非金属相结合后进行逐层打印，从而使得制造出的电子电路功能器件在作为结构件的同时，还具有导电功能的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种金属与非金属复合3D打印装置，包括：加工平台，在所述加工平台上构造有待切割区域；金属料带，设置在所述加工平台上；非金属料带，设置在所述加工平台上并与所述金属料带呈并排式设置；第一驱动机构，用于输送所述金属料带；第二驱动机构，用于输送所述非金属料带；切割器，分别用于切割所述金属料带且与所述待切割区域相重叠的金属片料以及用于切割所述非金属料带且与所述待切割区域相重叠的非金属片料；平移升降载物台，设置在所述加工平台的下方，用于分别承接所述金属片料和所述非金属片料；以及热碾压喷涂机构，用于向所述金属片料和所述非金属片料喷涂粘结剂，以使得相邻层的所述金属片料和/或所述非金属片料粘接为一体。

其中，所述第一驱动机构包括能释放所述金属料带的第一供料轴和能收卷所述金属料带的第一收料轴，其中，所述第一供料轴位于所述加工平台的第一侧并与所述金属料带的第一端固定连接，所述第一收料轴位于所述加工平台的第二侧并与所述金属料带的第二端固定连接。

其中，所述第二驱动机构包括能释放所述非金属料带的第二供料轴和能收卷所述非金属料带的第二收料轴，其中，所述第二供料轴位于所述加工平台的第一侧并与所述非金属料带的第一端固定连接，所述第二收料轴位于所述加工平台的第二侧并与所述非金属料带的第二端固定连接。

其中，所述3D打印装置还包括能分别监控所述金属料带与所述非金属料带的运行速度的速度监控传感器。

其中，所述第一供料轴的转速与所述第一收料轴的转速相同，所述第二供料轴的转速与所述第二收料轴的转速相同。

其中，所述热碾压喷涂机构包括能分别向所述金属片料的上表面和所述非金属片料的上表面喷涂粘结剂的喷胶器。

其中，所述热碾压喷涂机构还包括设置在所述加工平台上并能将所述粘结剂压实在所述金属片料和所述非金属片料的上表面的热压轴。

其中，所述平移升降载物台通过升降架沿纵向朝靠近和远离所述加工平台的方向进行运动。

其中，所述平移升降载物台通过滑轨沿所述加工平台的宽度方向在所述金属料带和所述非金属料带之间进行往复运动。

其中，所述切割器包括激光切割器。

(三)有益效果

本实用新型提供的3D打印装置，与现有技术相比，具有如下优点：

计算机处理待打印的电子电路功能器件的CAD模型，使其成为一层层的层面信息，根据分层处理后得到的层面几何信息，通过层面的内外轮廓形状的识别以及待切割区域的特性判断，生成打印设备所能识别的指令代码并发送给打印机。该金属料带与该非金属料带会根据相应的指令代码，通过该第一驱动机构或第二驱动机构的联动控制分别将该金属料带或非金属料带运送到该加工平台的待切割区域上，以等待被切割器切割出相应的轮廓。与此同时，该热碾压喷涂机构会根据不同材料的料带，在上一层片料上喷射出不同的粘结剂，对于该非金属料带喷射非金属专用的粘结剂，针对该金属料带喷射金属活性粘结剂，然后利用该热碾压喷涂机构对切割下来的片料与上一层的片料粘接成型。这样，重复一层一层地切割粘接，该金属料带与该非金属料带打印完成后，通过后处理即可打印成一个完整的电子电路功能器件。也就是说，利用金属料带与非金属料带的层层叠加打印，便可以将电子电路功能器件打印成实体零件，即，使得打印出的电子电路功能器件的本身在兼具导电功能的同时，还具有一定的绝缘性。此外，通过采用成本低廉的金属料带与非金属料带进行层层叠加打印，从而可以使得经3D打印出的电子电路功能器件在兼具导电性的同时又具有一定的柔韧性和绝缘性，同时，经3D打印出的电子电路功能器件还可安装在3D电子器件、智能机器或射频通信上，由此，便大大地提高了电子电路功能器件的应用价值。

附图说明

图1为本申请的实施例的金属与非金属复合3D打印装置的整体结构示意图；

图2为本申请的实施例的金属与非金属复合3D打印装置的另一角度结构示意图。

图中，1：加工平台；11：待切割区域；2：金属料带；3：非金属料带；4：第一驱动机构；41：第一供料轴；42：第一收料轴；5：第二驱动机构；51：第二供料轴；52：第二收料轴；6：切割器；7：平移升降载物台；8：热碾压喷涂机构；81：热压轴；9：滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

如图1和图2所示，图中示意性地显示了该3D打印装置包括加工平台1、金属料带2、非金属料带3、第一驱动机构4、第二驱动机构5、切割器6、平移升降载物台7以及热碾压喷涂机构8。

在本申请的实施例中，在该加工平台1上构造有待切割区域11。需要说明的是，该待切割区域11的外轮廓形状与通过3D技术打印完成的电子电路功能器件的外轮廓形状相匹配。

金属料带2设置在该加工平台1上。需要说明的是，该金属料带2用于给电子电路功能器件提供金属导电部分的3D打印材料，该金属料带2的厚度大小的范围为0.1毫米至0.5毫米，在此范围内，可以起到方便切割的作用，同时，能够有效地降低对切割器6造成的损伤。

在一个具体的实施例中，该金属料带2可为不锈钢箔、银箔、铜箔、铝箔、锡箔、锌箔等中的一种或多种，或者该金属料带2还可为其它合金材料，例如铋铟合金、铟锡合金、铅锡合金、铋铅锡合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金等低熔点合金材料中的一种或多种。

非金属料带3设置在该加工平台1上并与该金属料带2呈并排式设置。需要说明的是，该非金属料带3用于给电子电路功能器件提供非金属部分的3D打印材料。具体地，该非金属料带3可为纸料带、塑料薄膜或复合材料料带(如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型热熔胶、聚酯类热熔胶、尼龙类热熔胶或其混合物等)等。

该第一驱动机构4用于输送该金属料带2。

该第二驱动机构5用于输送该非金属料带3。

该切割器6分别用于切割该金属料带2且与该待切割区域11相重叠的金属片料以及用于切割该非金属料带3且与该待切割区域11相重叠的非金属片料。

平移升降载物台7设置在该加工平台1的下方，用于分别承接该金属片料和该非金属片料。

热碾压喷涂机构8用于向该金属片料和该非金属片料喷涂粘结剂，以使得相邻层的该金属片料和/或该非金属片料粘接为一体。需要说明的是，该3D打印装置还包括电路控制及计算机控制系统，用于对整个电子电路功能器件的打印过程进行整体控制。具体地，计算机处理待打印的电子电路功能器件的CAD模型，使其成为一层层的层面信息，根据分层处理后得到的层面几何信息，通过层面的内外轮廓形状的识别以及待切割区域11的特性判断，生成打印设备所能识别的指令代码并发送给打印机。该金属料带2与该非金属料带3会根据相应的指令代码，通过该第一驱动机构4或第二驱动机构5的联动控制分别将该金属料带2或非金属料带3运送到该加工平台1的待切割区域11上，以等待被切割器6切割出相应的轮廓。与此同时，该热碾压喷涂机构8会根据不同材料的料带，在上一层片料上喷射出不同的粘结剂，对于该非金属料带3喷射非金属专用的粘结剂，针对该金属料带2喷射金属活性粘结剂，然后利用该热碾压喷涂机构8对切割下来的片料与上一层的片料粘接成型。这样，重复一层一层地切割粘接，该金属料带2与该非金属料带3打印完成后，通过后处理即可打印成一个完整的电子电路功能器件。也就是说，利用金属料带2与非金属料带3的层层叠加打印，便可以将电子电路功能器件打印成实体零件，即，使得打印出的电子电路功能器件的本身在兼具导电功能的同时，还具有一定的绝缘性。

此外，通过采用成本低廉的金属料带2与非金属料带3进行层层叠加打印，从而可以使得经3D打印出的电子电路功能器件在兼具导电性的同时又具有一定的柔韧性和绝缘性，同时，经3D打印出的电子电路功能器件还可安装在3D电子器件、智能机器或射频通信上，由此，便大大地提高了电子电路功能器件的应用价值。

如图1和图2所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，该第一驱动机构4包括能释放该金属料带2的第一供料轴41和能收卷该金属料带2的第一收料轴42，其中，该第一供料轴41位于该加工平台1的第一侧并与该金属料带2的第一端固定连接，该第一收料轴42位于该加工平台1的第二侧并与该金属料带2的第二端固定连接。具体地，通过使得该金属料带2的第一端与第一供料轴41相连接，该金属料带2的第二端与第一收料轴42连接，就可以实现该金属料带2的连续输送，即，将金属料带2输送到加工平台1上并对与待切割区域11相匹配的部位进行切割，对切割后的金属料带2进行收纳，这样，就实现了金属片料3D打印的连续性。

需要说明的是，所谓的“左侧”和“右侧”均是针对图1所示的方位进行的描述，在实际的工作过程中，以实际的方位为准，例如所谓的“左侧”和“右侧”也可能变为“前侧”和“后侧”。

另外，还需要说明的是，该第一供料轴41和第一收料轴42均可由伺服电机来驱动。

如图1和图2所示，在本申请的另一个优选的技术方案中，该第二驱动机构5包括能释放该非金属料带3的第二供料轴51和能收卷该非金属料带3的第二收料轴52，其中，该第二供料轴51位于该加工平台1的第一侧并与该非金属料带3的第一端固定连接，该第二收料轴52位于该加工平台1的第二侧并与该非金属料带3的第二端固定连接。这样，通过使得该非金属料带3的第一端与第二供料轴51相连接，该非金属料带3的第二端与第二收料轴52连接，就可以实现该非金属料带3的连续输送，即，将非金属料带3输送到加工平台1上并对与待切割区域11相匹配的部位进行切割，对切割后的非金属料带3进行收纳，这样，就实现了非金属片料的连续供给。

在一个实施例中，该3D打印装置还包括能分别监控该金属料带2与该非金属料带3的运行速度的速度监控传感器(图中未示出)。容易理解，该速度监控传感器的设置，能够准确、及时地对金属料带2和非金属料带3的运行速度进行监控。

还需要说明的是，该3D打印装置还包括位置传感器(图中未示出)，该位置传感器设置在加工平台1上，用于对金属料带2和非金属料带3的位置进行及时地控制。

该3D打印装置还包括故障报警传感器(图中未示出)，该故障报警传感器用于对金属料带2或非金属料带3在打印过程中出现故障进行报警并停止打印。

该第一供料轴41的转速与该第一收料轴42的转速相同，该第二供料轴51的转速与该第二收料轴52的转速相同。容易理解，转速是矢量，转速相同也就包含了转速的大小相同，转速的转向也相同。此外，只有确保该第一供料轴41的转速与该第一收料轴42的转速相同，该第二供料轴51的转速与该第二收料轴52的转速相同，才可以促使金属料带2和非金属料带3的顺畅运行，避免金属料带2和非金属料带3发生堆叠或是缠绕的情况。

如图1所示，图中还示意性地显示了该热碾压喷涂机构8包括能分别向该金属片料的上表面和该非金属片料的上表面喷涂粘结剂的喷胶器(图中未示出)。具体地，通过增设该喷胶器，从而可以使得相邻层的金属片料、非金属片料或金属片料与非金属片料能够粘合为一体，进一步地，实现电子电路功能器件的3D打印。

如图1所示，为进一步优化上述技术方案中的热碾压喷涂机构8，在上述技术方案的基础上，该热碾压喷涂机构8还包括设置在该加工平台1上并能将该粘结剂压实在该金属片料和该非金属片料的上表面的热压轴81。这样，当金属片料或非金属片料的上表面被喷涂完粘接剂后，为确保粘结剂能够牢固地粘合在金属片料或非金属片料的表面，则通过热压轴81在金属片料或非金属片料的上表面进行碾压，便可以使得粘结剂能够更加牢固地固定在该金属片料或非金属片料的上表面，进一步地，使得相邻层的金属片料或非金属片料能够连接的更加牢固。

如图1所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，该平移升降载物台7通过升降架沿纵向朝靠近和远离该加工平台1的方向进行运动。具体地，当需要打印金属料带时，则需使得该升降架携带该平移升降载物台7沿加工平台1的宽度方向从非金属料带3的下方朝金属料带2的下方进行运动直至运动到该金属料带2的正下方后停止运动，此时，启动切割器6对金属料带2且与该待切割区域11相匹配的边界进行切割，切割出的金属片料会在重力的作用下落入到该平移升降载物台7上，由此来完成对金属片料的承载。同理，当需要打印非金属料带3时，则需使得该升降架携带该平移升降载物台7沿加工平台1的宽度方向从金属料带2的下方朝非金属料带3的下方进行运动直至运动到该非金属料带3的正下方后停止运动，此时，启动切割器6对非金属料带3且与该待切割区域11相匹配的边界进行切割，此时，切割出的非金属片料会在重力的作用下落入到该平移升降载物台7上，由此来完成对非金属片料的承载。

在一个具体的实施例中，该平移升降载物台8通过滑轨9沿该加工平台1的宽度方向在该金属料带2和该非金属料带3之间进行往复运动。容易理解，通过增设滑轨9，从而可以使得该平移升降载物台7运动的更加顺畅，避免在平移的过程中发生遇阻的情况。

在一个具体的实施例中，该切割器6优选为激光切割器。需要说明的是，该切割器6并不仅仅地局限于上述实施例所列举的情况，其还可以根据实际的需要进行相应的调整，例如可为刻刀切割器。

综上所述，计算机处理待打印的电子电路功能器件的CAD模型，使其成为一层层的层面信息，根据分层处理后得到的层面几何信息，通过层面的内外轮廓形状的识别以及待切割区域11的特性判断，生成打印设备所能识别的指令代码并发送给打印机。该金属料带2与该非金属料带3会根据相应的指令代码，通过该第一驱动机构4或第二驱动机构5的联动控制分别将该金属料带2或非金属料带3运送到该加工平台1的待切割区域11上，以等待被切割器6切割出相应的轮廓。与此同时，该热碾压喷涂机构8会根据不同材料的料带，在上一层片料上喷射出不同的粘结剂，对于该非金属料带3喷射非金属专用的粘结剂，针对该金属料带2喷射金属活性粘结剂，然后利用该热碾压喷涂机构8对切割下来的片料与上一层的片料粘接成型。这样，重复一层一层地切割粘接，该金属料带2与该非金属料带3打印完成后，通过后处理即可打印成一个完整的电子电路功能器件。也就是说，利用金属料带2与非金属料带3的层层叠加打印，便可以将电子电路功能器件打印成实体零件，即，使得打印出的电子电路功能器件的本身在兼具导电功能的同时，还具有一定的绝缘性。

此外，通过采用成本低廉的金属料带2与非金属料带3进行层层叠加打印，从而可以使得经3D打印出的电子电路功能器件在兼具导电性的同时又具有一定的柔韧性和绝缘性，同时，经3D打印出的电子电路功能器件还可安装在3D电子器件、智能机器或射频通信上，由此，便大大地提高了电子电路功能器件的应用价值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，包括：

加工平台，在所述加工平台上构造有待切割区域；

金属料带，设置在所述加工平台上；

非金属料带，设置在所述加工平台上并与所述金属料带呈并排式设置；

第一驱动机构，用于输送所述金属料带；

第二驱动机构，用于输送所述非金属料带；

切割器，分别用于切割所述金属料带且与所述待切割区域相重叠的金属片料以及用于切割所述非金属料带且与所述待切割区域相重叠的非金属片料；

平移升降载物台，设置在所述加工平台的下方，用于分别承接所述金属片料和所述非金属片料；以及

热碾压喷涂机构，用于向所述金属片料和所述非金属片料喷涂粘结剂，以使得相邻层的所述金属片料和/或所述非金属片料粘接为一体。

2.根据权利要求1所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括能释放所述金属料带的第一供料轴和能收卷所述金属料带的第一收料轴，其中，所述第一供料轴位于所述加工平台的第一侧并与所述金属料带的第一端固定连接，所述第一收料轴位于所述加工平台的第二侧并与所述金属料带的第二端固定连接。

3.根据权利要求2所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括能释放所述非金属料带的第二供料轴和能收卷所述非金属料带的第二收料轴，其中，所述第二供料轴位于所述加工平台的第一侧并与所述非金属料带的第一端固定连接，所述第二收料轴位于所述加工平台的第二侧并与所述非金属料带的第二端固定连接。

4.根据权利要求3所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置还包括能分别监控所述金属料带与所述非金属料带的运行速度的速度监控传感器。

5.根据权利要求4所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述第一供料轴的转速与所述第一收料轴的转速相同，所述第二供料轴的转速与所述第二收料轴的转速相同。

6.根据权利要求1所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述热碾压喷涂机构包括能分别向所述金属片料的上表面和所述非金属片料的上表面喷涂粘结剂的喷胶器。

7.根据权利要求6所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述热碾压喷涂机构还包括设置在所述加工平台上并能将所述粘结剂压实在所述金属片料和所述非金属片料的上表面的热压轴。

8.根据权利要求1所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述平移升降载物台通过升降架沿纵向朝靠近和远离所述加工平台的方向进行运动。

9.根据权利要求8所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述平移升降载物台通过滑轨沿所述加工平台的宽度方向在所述金属料带和所述非金属料带之间进行往复运动。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的金属与非金属复合3D打印装置，其特征在于，所述切割器包括激光切割器。