CN211917719U - 一种电性集成一体化的3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电性集成一体化的3D打印装置，包括：机架组件，运动组件，包括固定安装在所述机架组件上的X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，用于带动打印组件运动；打印平台组件，固定安装在所述机架组件上，打印组件，设置在运动组件上且位于打印平台组件的上方与送料组件连接，包括主体打印部件和导电体打印部件；送料组件，与打印组件连接用于提供打印原料；控制组件，用于控制运动组件、打印平台组件、打印组件和送料组件。在3D打印物体的同时打印物体内部的电气导电线路，实现集成电气功能与一体的物体一次性完成3D打印，弥补了3D打印行业空白，能帮助用户针对具有电气功能物体的快速实现。

Description

一种电性集成一体化的3D打印装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种电性集成一体化的3D打印装置。

背景技术

3D打印(3D Printing)技术又被称为快速成型技术(RapidPrototyping，RP)或增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)，是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

对于应用最广泛的3D打印技术为熔融沉积法(Fused DepositionModeling，FDM)，其所为的原材料为热塑性塑料材料，如ABS、PLA等，这些材料通常不具有导电性，只能制作塑料模型或者零件；近年来，也有了液态金属或称低熔点金属，具体是指一大类熔点低于300℃的金属材料，既可以用于低温普通层面的打印技术，原材又是导电的金属。

现在市面上的3D打印机打印出来的物体不具备电气功能，通过3D打印的物体通常只能满足结构需求，而无法满足电气需求。

发明内容

本实用新型为了解决现有的问题，提供一种电性集成一体化的3D打印装置。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种电性集成一体化的3D打印装置，包括：机架组件，运动组件，包括固定安装在所述机架组件上的X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，用于带动打印组件运动；打印平台组件，固定安装在所述机架组件上，打印组件，设置在所述运动组件上且位于所述打印平台组件的上方与送料组件连接，包括主体打印部件和导电体打印部件；送料组件，与所述打印组件连接用于提供打印原料；控制组件，用于控制所述运动组件、所述打印平台组件、所述打印组件和所述送料组件。

优选地，所述主体打印部件采用熔融逐层堆积成型的3D打印方法打印树脂材料形成所述待打印模型的实体；所述导电体打印部件采用导电体打印头打印导电材料形成电路。

优选地，所述树脂材料包括PLA、ABS、TPU、尼龙、PETG和PC；所述导电体材料是低温热熔合金材料，包括锡铜合金、银锡合金和铝锡合金。

优选地，所述主体打印部件采用三维打印黏结成型的3D打印方法打印粉末材料形成所述待打印模型的实体；所述导电体打印部件采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料固化后形成电路。

优选地，所述粉末材料包括石膏、树脂和砂；所述具有导电性能的胶状材料包括石墨烯、微金属颗粒粉。

优选地，所述主体打印部件采用多射流熔融的3D打印方法打印粉末材料形成所述待打印模型的实体；所述导电体打印部件采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料固化后形成电路。

优选地，所述粉末材料包括尼龙、树脂；所述具有导电性能的胶状材料包括石墨烯、微金属颗粒粉。

优选地，所述X轴运动组件包含一根X轴传动滑轨，所述X轴传动滑轨上设置打印部件固定座，所述主体打印部件和导电体打印部件设置在同一个打印部件固定座上。

优选地，所述X轴运动组件包含两根X轴传动滑轨，所述两根X轴传动滑轨上分别设置打印部件固定座，所述主体打印部件和导电体打印部件分别设置在所述打印部件固定座上。

优选地，还包括彩色喷墨组件，所述彩色喷墨组件在所述控制组件的控制下由所述运动组件带动。

本实用新型的有益效果为：提供一种电性集成一体化的3D打印装置，通过设置组件的有序结合，可以在逐层打印待打印模型的实体时，交替打印电路，得到电性集成一体化的3D打印模型，在3D打印物体的同时打印物体内部的电气导电线路，实现集成电气功能与一体的物体一次性完成3D打印，弥补了3D打印行业空白，能帮助用户针对具有电气功能物体的快速实现。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种电性集成一体化的3D打印装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中一种待打印模型的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中又一种电性集成一体化的3D打印装置的结构示意图。

其中，1-Z轴驱动马达，2-控制器，3-机架组件，4-打印平台组件，5-Y轴驱动马达，6-Y轴滑轨组件，7-导电体打印部件，8-主体打印部件，9-X轴滑轨组件，10-彩色喷墨头，11-X轴驱动马达，12-Y轴滑轨组件，13-Z轴滑轨组件， 14-打印平台调平组件，15-Z轴驱动丝杆，16-主体，17-电路。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

如图1所示，一种电性集成一体化的3D打印装置，包括：

机架组件3，

运动组件，包括固定安装在所述机架组件上的X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，用于带动打印组件运动；X轴运动组件包括X轴滑轨组件9、X轴驱动马达11，Y轴运动组件包括Y轴滑轨组件6和12、Y轴驱动马达5，Z 轴运动组件包括Z轴滑轨组件13、Z轴驱动马达1和Z轴驱动丝杆15。

打印平台组件4，固定安装在所述机架组件3上，

打印组件，设置在所述运动组件上且位于所述打印平台组件的上方与送料组件连接，包括主体打印部件8和导电体打印部件7；

送料组件，与所述打印组件连接用于提供打印原料；

控制组件，用于控制所述运动组件、所述打印平台组件、所述打印组件和所述送料组件，包括控制器2。

可以理解的是，还包括打印平台调平组件14用于对打印平台组件4进行调平。

在本实用新型提供一种电性集成一体化的3D打印成型方法，包括如下步骤：

步骤1：对待打印模型进行三维模型设计，所述三维模型设计包括所述待打印模型的实体设计和所述待打印模型的电路设计；

步骤2：对所述三维模型进行模型切片，得到切片文件；

步骤3：根据所述切片文件逐层、交替打印所述待打印模型的实体和电路得到电性集成一体化的3D打印模型。

在本实用新型的一种实施例中，还包括彩色喷墨头10，彩色喷墨头10在控制组件控制下由运动组件带动，彩色喷墨头10为一体式喷墨头，墨盒与喷嘴集成在一起，采用CMYK印刷四色喷墨方式，使用普通油性墨水。彩色打印过程中，首先由主体打印部件8完成一层实体模型的打印；然后主体打印部件8停止出料，彩色喷墨头10移至工作平台打印工作区间，完成模型的喷墨打印；再接着停止彩色喷墨头10运动和喷墨，工作平台下降一层高度(由Z方向传动机构驱动)，再完成接下来一层的3D打印，最后完成整个彩色模型的打印。可以理解的是，导电体打印部件7的打印可以在实体模型打印之后，彩色喷墨之前，也可以在彩色喷墨之后。

如图2所示，电路17打印时会具有一点的宽度a和厚度b，a和b的数值以及物体主体16打印层高c的数值都可以根据需要调整，处在同一层高的导电线路可以是任意形状，当处于不同层高的导电线路需要连接时，主体部分打印时会在Z方向的交汇位置留出一定空间，以便于导电体材料填充，使得处于不同层高的导电线路互相连接，能实现电气传输的导通，最终实现一体式打印成型。

待打印模型的实体16可以具有内部结构，与普通的3D打印区别在于需要内部流程空间，比如可以是一条导通路径用于导电材料或具有导电性能的胶状材料固化后形成导通的电路。当然可以理解的是，导通路径布置一条，电路设计根据需要可以设置多条。

在本实用新型的一种实施例中，待打印模型包括电池仓，电池仓用于盛放外接电源。当然也可以采用其他形式进行外部供电，当对模型进行供电的时候，电路可以进行发光、发声等，由此增加了3D打印模型的适用性、趣味性，比如3D 打印的玩具，因为可以发光、发声而趣味性增加；或，可以用3D打印其他的发光、发声的用品。

如图1所示，X轴运动组件包含一根X轴传动滑轨，X轴传动滑轨上设置打印部件固定座，所述主体打印部件8和导电体打印部件7设置在同一个打印部件固定座上。

如图3所示，X轴运动组件包含两根X轴传动滑轨，所述两根X轴传动滑轨上分别设置打印部件固定座，主体打印部件8和导电体打印部件7分别设置在打印部件固定座上。

图1和图3所示的装置更适用于熔融逐层堆积成型的3D打印方法，但是可以理解的是，相对于三维打印黏结成型的3D打印方法和多射流熔融的3D打印方法也可以在现有技术的装置上，根据本实用新型作出改进以适用于本实用新型的需求逐层、交替打印模型的实体和电路得到电性集成一体化的3D打印模型。

实施例2

在本实施例中，主体打印部件采用熔融逐层堆积成型的3D打印方法打印树脂材料形成所述待打印模型的实体；导电体打印部件采用导电体打印头打印导电材料形成电路。树脂材料包括PLA、ABS、TPU、尼龙、PETG和PC；所述导电体材料是低温热熔合金材料，包括锡铜合金、银锡合金和铝锡合金。因为需要考虑打印成型的模型还需要进行后续处理，所以采用的导电体材料的热熔温度与树脂材料的热熔温度相近。

可以理解的是，可以采用现有技术中的FDM的打印方法打印待打印模型的实体部分，但是在每一层的打印中都要注意导电材料的打印，在一种实施例中，可以先打印一层实体部分，此时实体部分留有导电材料的导通口，然后再采用导电体打印头打印导电材料填满导通口，导电材料具有一定的高度和厚度。每一层的导通孔连接起来就成为电路。通过外接电源供电就可以发光、发声。

实施例3

在本实施例中，主体打印部件采用三维打印黏结成型的3D打印方法打印粉末材料形成所述待打印模型的实体；导电体打印部件采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料固化后形成电路粉末材料包括石膏、树脂和砂；具有导电性能的胶状材料包括石墨烯、微金属颗粒粉。

依据使用材料不同及固化方式不同，3D打印快速成型技术可分为粉末材料三维喷涂粘结成型、熔融材料喷墨三维打印成型两大类工艺，粉末材料三维打印粘结是通过喷头喷涂粘结剂如紫外固化UV胶或自然风干胶将零件的截面喷涂在材料粉末上面。首先，按照设定的层厚进行铺粉，然后根据当前叠层的截面信息，利用喷嘴按指定路径将液态粘结剂喷在预先铺好的封层特定区域，之后采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料；然后工作台下降一个层厚的距离，继续进行下一叠层的铺粉，逐层粘结后去除多余底料便得到实体；具有导电性能的胶状材料逐层连接并固化后形成电路。

实施例4

在本实施例中，主体打印部件采用多射流熔融的3D打印方法打印粉末材料形成所述待打印模型的实体；导电体打印部件采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料固化后形成电路。

粉末材料包括尼龙、树脂；具有导电性能的胶状材料包括石墨烯、微金属颗粒粉。

多射流熔融主要是利用喷墨阵列喷射材料助熔剂在打印材料上，后经加热使得喷有助熔剂的材料快速熔融后固化。这些步骤会往复循环，直至整个物体以层层堆积的方式打印完成。对于本实用新型的工作流程是，通过铺粉模块自上向下滑动，在工作台上铺一层均匀的粉末。热喷头模块从左到右喷洒化学试剂，并通过上面的加热源融化指定区域的材料；采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料；紧接着铺粉模块再次铺粉，热喷头模块接着再次洒试剂和加热，然后再采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材，循环往复直至实体成型喝电路成型。熔融试剂喷洒在需要融化的区域，提高材料融化的质量和速度，而细节处理试剂喷洒在融化区域的边缘，保证边缘表面光滑以及精确的成型。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，包括：

机架组件，

运动组件，包括固定安装在所述机架组件上的X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，用于带动打印组件运动；

打印平台组件，固定安装在所述机架组件上，

打印组件，设置在所述运动组件上且位于所述打印平台组件的上方与送料组件连接，包括主体打印部件和导电体打印部件；

送料组件，与所述打印组件连接用于提供打印原料；

控制组件，用于控制所述运动组件、所述打印平台组件、所述打印组件和所述送料组件。

2.如权利要求1所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，所述主体打印部件采用熔融逐层堆积成型的3D打印方法打印树脂材料形成待打印模型的实体；所述导电体打印部件采用导电体打印头打印导电材料形成电路。

3.如权利要求2所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，所述树脂材料包括PLA、ABS、TPU、尼龙、PETG或PC；所述导电体材料是低温热熔合金材料，包括锡铜合金、银锡合金或铝锡合金。

4.如权利要求1所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，所述主体打印部件采用三维打印黏结成型的3D打印方法打印粉末材料形成待打印模型的实体；所述导电体打印部件采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料固化后形成电路。

5.如权利要求1所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，所述主体打印部件采用多射流熔融的3D打印方法打印粉末材料形成待打印模型的实体；所述导电体打印部件采用导电体喷头喷具有导电性能的胶状材料固化后形成电路。

6.如权利要求1-5任一所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，所述X轴运动组件包含一根X轴传动滑轨，所述X轴传动滑轨上设置打印部件固定座，所述主体打印部件和导电体打印部件设置在同一个打印部件固定座上。

7.如权利要求1-5任一所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，所述X轴运动组件包含两根X轴传动滑轨，所述两根X轴传动滑轨上分别设置打印部件固定座，所述主体打印部件和导电体打印部件分别设置在所述打印部件固定座上。

8.如权利要求1-5任一所述的电性集成一体化的3D打印装置，其特征在于，还包括彩色喷墨组件，所述彩色喷墨组件在所述控制组件的控制下由所述运动组件带动。

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