CN209832606U - 基于fdm的3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于FDM的3D打印设备，包括：龙门机床运动平台和挤出机构；所述龙门机床运动平台为可移动式横梁高架桥结构；所述挤出机构包括：挤出机和挤出头，所述挤出机设置述龙门机床运动平台的高架桥式横梁结构上，所述挤出头设置于所述龙门机床运动平台的垂直滑枕下端。本实用新型实施中的技术方案可以提高3D打印产品的工艺强度，以满足景观建筑的力学特性要求。

Description

基于FDM的3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及3D打印领域，尤其涉及一种基于FDM的3D打印设备。

背景技术

3D打印技术是近年来新崛起的一种快速成型技术，能一次实现产品的成型加工，从而避免传统制造过程中诸如开模、铸造、切割、组装等复杂的过程。

现有技术中，根据打印原理的不同，3D打印技术可大致分为熔融沉淀快速成型(FDM)、光固定成型(SLA)、三维粉末粘接(3DP)和选择性激光烧结(SLS)。其中，FDM技术因其相对低廉的价格而被广泛研究。

FDM的成型原理是利用3D打印机内置的软件自动读取3D模型数据，并将其分层，自动生成每层的模型成型路径和支撑路径，然后通过打印机头挤出熔融丝材填充路径平面，迅速凝结固化，逐层打印，从而完成整个产品。

FDM技术具有成型精度高、制作工艺干净、无化学污染等特点。但是，基于FDM技术的3D打印机，成型空间都比较小、成型效率比较低、无法打印大尺度构件。这也是目前此项技术未能在实际工业生产中得以广泛应用的主要原因之一。而在建筑行业中，对产品的力学特性要求较高，比如：园林景观、人行桥梁等。目前采用先打印出小构件再进行拼接的生产方式制造出来的产品，在工艺强度上往往差强人意。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提高3D打印产品的工艺强度，以满足景观建筑的力学特性要求。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于FDM的3D打印设备，包括：龙门机床运动平台和挤出机构；所述龙门机床运动平台为可移动式横梁高架桥结构；所述挤出机构包括：挤出机和挤出头，所述挤出机设置于所述龙门机床运动平台的高架桥式横梁结构上，所述挤出头设置于所述龙门机床运动平台的垂直滑枕下端。

可选的，所述龙门机床运动平台至少为三轴机床，其中，X轴为所述龙门机床运动平台的龙门轴，所述龙门轴上安装有X轴导轨，所述高架桥式横梁结构安装于所述X轴导轨上，沿所述X轴导轨移动；Y轴为所述高架桥式横梁结构，所述高架桥式横梁结构上安装有Y轴导轨，Y轴滑枕安装于所述Y轴导轨上，沿所述Y轴导轨移动；Z轴为所述垂直滑枕，所述Y轴滑枕上安装有Z轴导轨，所述垂直滑枕安装于所述Z轴导轨上，沿所述Z轴导轨移动。

可选的，所述X轴导轨为单侧双导轨，由单侧双电机驱动；所述Y轴导轨和所述Z轴导轨由双电机驱动。

可选的，所述X轴导轨的长度范围为待打印工件长度的115％-120％；所述Y轴导轨的长度范围为待打印工件宽度的120％-150％；所述Z轴导轨的长度范围为待打印工件高度的130％-150％。

可选的，所述龙门机床运动平台还包括：床身；所述床身由混凝土浇筑构成；所述龙门轴、所述高架桥式横梁结构和所述垂直滑枕由电镀焊接钢构成。

可选的，所述挤出机包括：喂料系统、主机、真空系统和软水系统、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵、真空吸料机和上料料斗；喂料系统、主机、真空系统和软水系统、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵安装于所述高架桥式横梁结构的上方；所述真空吸料机和上料料斗安装于所述高架桥式横梁结构的侧壁。

可选的，所述主机为双螺杆式主机。

可选的，所述挤出机构还包括：连接所述挤出机的送料口和所述挤出头的打印软管；所述打印软管设置于所述垂直滑枕的外防护钣金盖板内。

可选的，所述挤出头采用螺栓连接的方式，固定于所述垂直滑枕下端的安装孔上。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

在本实用新型实施例中，将大尺寸的龙门机床与挤出机构配合使用，有效地增大了3D打印工作平台尺寸，从而可以一体成型打印生产景观建筑物，在提高景观建筑物工艺强度的同时，也满足了景观建筑物的力学特性。并且，将挤出机构设置在可随打印位置而移动的横梁结构上，从而避免了挤出的熔融材料因输送距离过长而变质。

进一步，在本实用新型实施例中，运动控制部件采用龙门式机床机械运动平台，使得工业3D打印的机械精度等级得到有效提升；并且，综合考虑了加工所需的路径长度和灵活程度以及方案设计的难度和经济性等因素，优选三轴龙门机床来实现本方案的设想。

进一步，根据待打印构件的尺度，合理设定各轴的路径范围，兼顾了工艺需要和占地、电力等资源开销。

进一步，采用双螺杆式挤出机，提高了打印效率。同时，将双螺杆挤出机安装在龙门机床的横梁结构上，解决了双螺杆挤出机质量大，在打印大尺寸构件时无法在全行程范围内移动的问题。

进一步，将打印软管隐蔽设置，避免了打印过程中软管外露对挤出头的干涉，同时也避免了移动过程中可能的接口脱落。

附图说明

图1是本实用新型实施例中基于FDM的3D打印设备的结构示意图；

图2是如图1所示实施例中挤出机构的局部放大图；

图3是如图1所示实施例中挤出机的局部放大图；

图4是如图1所示实施例中挤出头和打印软管的局部放大图。

元件标号说明

1龙门机床运动平台；

11龙门轴；

12高架桥式横梁结构；

13垂直滑枕；

14X轴导轨；

15Y轴导轨；

17Y轴滑枕；

18床身；

2挤出机构；

21挤出机；

22挤出头；

211喂料系统；

212主机；

213真空系统和软水系统；

215真空吸料机与上料料斗；

217挤出机控制柜；

218高温油温机和稳压熔体泵；

220打印软管。

具体实施方式

如背景技术所述，现有3D打印技术加工出来的景观建筑物的工艺强度不够，无法满足景观建筑的力学特性要求。

在本实用新型实施例中，提供了一种双螺杆挤出装置在三轴龙门机床上的应用方案，能够有效地增加3D打印工作平台的尺寸，从而使得一次成型打印景观建筑物成为可能，进而提高了景观建筑物的工艺强度和力学特性。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

图1是本实用新型实施例中基于FDM的3D打印设备的结构示意图。如图1所示，本实施例的3D打印设备包括：龙门机床运动平台1和挤出机构2。

所述龙门机床运动平台1包括：一由混凝土浇筑构成的床身18以及设置于所述床身18上的龙门机床。

本实施例中的龙门机床为可移动式横梁高架桥结构的三轴龙门机床。根据笛卡尔坐标系，所述龙门机床的X轴为平行设置的一对龙门轴11，Y轴为高架桥式横梁结构12，Z轴为垂直滑枕13。所述龙门轴11、高架桥式横梁结构12和垂直滑枕13由电镀焊接钢构成。所述挤出机构2设置于所述高架桥式横梁结构12上。

每根龙门轴11上安装有X轴导轨14。所述X轴导轨14为单侧双导轨，由单侧双电机驱动(驱动电机未示出)。本实施例中，根据待加工景观桥梁的跨距，来配置所述X轴导轨14的长度范围(即：机床在X轴方向行程)。若该长度范围设置过小，则机床的工作范围会显局促；若该长度范围设置过大，则将因机床尺寸的扩大而增加硬件成本。优选的，所述X轴导轨14的长度范围为待打印工件长度的115％-120％。

所述高架桥式横梁结构12的两端分别横跨安装在这一对龙门轴11的所述X轴导轨14上，可以沿X轴方向自由移动。在所述高架桥式横梁结构上12安装有一对Y轴导轨15。所述Y轴导轨15由双电机驱动(驱动电机未示出)。本实施例中，根据待加工景观桥梁的桥面宽度，来配置所述Y轴导轨15的长度范围(即：机床在Y轴方向行程)。若该长度范围设置过小，则机床的工作范围会显局促；若该长度范围设置过大，则将因机床尺寸的扩大而增加硬件成本；另一方面距离越长，越难保证挤出材料在长距离的输送过程中质量不受影响。优选的，所述Y轴导轨15的长度范围为待打印工件宽度的120％-150％。Y轴滑枕17安装于所述Y轴导轨15上，可以沿X轴方向自由移动。

在所述Y轴滑枕17上安装有Z轴导轨(图未示)。本实施例中，根据待加工景观桥梁的基础垫层底到桥铺装顶面高度，来配置所述Z轴导轨的长度范围(即：机床在Z轴方向行程)。若该长度范围设置过小，则机床的工作范围会显局促；若该长度范围设置过大，则距离越长，越难保证挤出材料在长距离的输送过程中质量不受影响。优选的，所述Z轴导轨的长度范围为待打印工件宽度的130％-150％。所述垂直滑枕13安装于所述Z轴导轨上，可以沿Z轴方向自由移动。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，为满足大尺寸景观建筑物打印的需要，三个运动轴为最低配置要求。在其他实施例中，可以进一步根据加工的需要，配置更多的运动轴。

图2是如图1所示实施例中挤出机构2的局部放大图。图3是如图1所示实施例中挤出机21的局部放大图。结合图2和如图3所示，本实施例中的挤出机构包括：挤出机21和挤出头22。

由于适用于打印景观桥梁的三轴龙门机床X轴行程长度很长，可达十几二十米，甚至更长。而挤出机21的输料管长度越长，打印材料变质的的程度越高。若按常规方式，将挤出机安装在机床床身中部位置，则输料管的长度至少需要几十米，输出的打印材料会发生很大程度的变质而无法使用。所以，本实施例中将所述挤出机21安装在所述龙门机床的高架桥式横梁结构12上，所述挤出机21可以跟随龙门机床一起运动。这样既可缩短挤出机输料管的长度，同时能有效保证打印材料的质量不受影响。

所述挤出头22安装于所述龙门机床的Z轴垂直滑枕13的末端。所述Z轴垂直滑枕13的末端预留有安装孔(图未示)，所述挤出头22通过螺栓连接，固定于所述安装孔上。

如图3所示，本实施例中的挤出机21包括：喂料系统211、主机212、真空系统和软水系统213、挤出机控制柜217、高温油温机和稳压熔体泵218和真空吸料机和上料料斗215。

所述喂料系统211、主机212、真空系统和软水系统213、挤出机控制柜217、高温油温机和稳压熔体泵218和真空吸料机，安装于所述高架桥式横梁结构12的正上方。所述真空吸料机和上料料斗215安装于所述高架桥式横梁结构12的侧壁立柱上。

所述真空与软水系统213提供真空环境，打印原料通过所述真空吸料机与上料料斗215传送至所述喂料系统211中。所述喂料系统211将打印原材料输入至所述主机212内，所述高温油温机和稳压溶体泵218提供热量，使得打印原料在所述主机212内加热至熔融状态。所述主机212将打印材料原料挤出，经打印软管220输送至所述挤出头22。由所述挤出头22挤出，进行3D打印任务。

为了提高挤出效率，本实施例中的主机212采用的是双螺杆式主机。

所述挤出机构2还包括：连接所述挤出机的送料口(图未示)和所述挤出头22的打印软管220。图4是如图1所示实施例中挤出头22和打印软管220的局部放大图。如图4所示，本实施例中，所述打印软管220设置于所述垂直滑枕13的外防护钣金盖板(图未示)内。

所述挤出机21将打印材料从其送料口(图未示)挤出，打印材料经打印软管220输送至所述挤出头22挤出，进行3D打印任务。

本领域技术人员可以理解，本实用新型中的3D打印设备，除了以上提及的与改进点相关的部件之外，还包括：现有技术中，控制龙门机床运动以及控制挤出机构运动所需的控制系统及相应的组配件，如：电机、控制柜、线缆拖链、操作控制屏等等。本实用新型对此不做具体限定。

下面以一实际加工的一体化景观桥梁为例，详细说明3D打印设备的加工过程：

1、首先，根据待打印的景观桥梁，预估龙门机床的X轴龙门轴11、Y轴高架桥式横梁12和Z轴垂直滑枕13所需的行程范围。

2、根据所述行程范围，搭建所述3D打印设备。包括：在混凝土浇筑而成的床身上，安装所述龙门机床。在所述龙门机床的高架桥式横梁12上，安装所述挤出机构。安装打印软管，连接所述挤出机的送料口和挤出头。

3、将桥梁设计图纸导入3D打印软件，根据桥梁设计图纸生成机床控制程序；将所述机床控制程序拷贝到机床控制器。

4、在龙门机床运动平台上固定好打印底板，根据底板的高度在所述3D打印设备内设定好工件坐标系。执行所述机床控制程序。机床控制器根据程序指令控制所述Z轴垂直滑枕末端的挤出头运动到程序起始位置，挤出机控制器控制挤出机工作。

5、按照预定程序轨迹，完成桥梁的打印生产过程。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种基于FDM的3D打印设备，其特征在于，包括：

龙门机床运动平台和挤出机构；

所述龙门机床运动平台为可移动式横梁高架桥结构；

所述挤出机构包括：挤出机和挤出头，所述挤出机设置于所述龙门机床运动平台的高架桥式横梁结构上，所述挤出头固定于所述龙门机床运动平台的垂直滑枕下端的安装孔上。

2.如权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述龙门机床运动平台至少为三轴机床，其中，

X轴为所述龙门机床运动平台的龙门轴，所述龙门轴上安装有X轴导轨，所述高架桥式横梁结构安装于所述X轴导轨上，沿所述X轴导轨移动；

Y轴为所述高架桥式横梁结构，所述高架桥式横梁结构上安装有Y轴导轨，Y轴滑枕安装于所述Y轴导轨上，沿所述Y轴导轨移动；

Z轴为所述垂直滑枕，所述Y轴滑枕上安装有Z轴导轨，所述垂直滑枕安装于所述Z轴导轨上，沿所述Z轴导轨移动。

3.如权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，

所述X轴导轨为单侧双导轨，由单侧双电机驱动；

所述Y轴导轨和所述Z轴导轨由双电机驱动。

4.如权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，

所述X轴导轨的长度范围为待打印工件长度的115％-120％；

所述Y轴导轨的长度范围为待打印工件宽度的120％-150％；

所述Z轴导轨的长度范围为待打印工件高度的130％-150％。

5.如权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，还包括：

所述龙门机床运动平台还包括：床身；所述床身由混凝土浇筑构成；

所述龙门轴、所述高架桥式横梁结构和所述垂直滑枕由电镀焊接钢构成。

6.如权利要求1或2所述的3D打印设备，其特征在于，

所述挤出机包括：喂料系统、主机、真空系统和软水系统、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵、真空吸料机和上料料斗；

喂料系统、主机、真空系统和软水系统、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵安装于所述高架桥式横梁结构的上方；

所述真空吸料机和上料料斗安装于所述高架桥式横梁结构的侧壁。

7.如权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，

所述主机为双螺杆式主机。

8.如权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，

所述挤出机构还包括：连接所述挤出机的送料口和所述挤出头的打印软管；

所述打印软管设置于所述垂直滑枕的外防护钣金盖板内。

9.如权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述挤出头采用螺栓连接的方式。