基于熔融沉積快速成型技術的3d打印機及其打印方法
【專利摘要】一種基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機及其打印方法。現有3D打印機的打印頭采用激光加熱方式，造成3D打印機的打印成本高、打印時間長、維修成本高等缺點。過高的使用和維護成本限制了3D打印技術的普及。本發明方法包括：加熱工作室（1），加熱工作室的一側安裝送絲機構（2），加熱工作室的內部安裝工作臺（3）和兩根豎直的Z軸（4）和兩根Y軸，Z軸連接伺服電機A，Y軸之間連接X軸（6），X軸上安裝雙噴嘴打印頭（7）；送絲機構包括兩個原型材料輥（8），原型材料輥具有送絲裝置（9），送絲裝置連接伺服電機B（10），伺服電機A、伺服電機B連接工控機；雙噴嘴打印頭安裝打印噴嘴（14）。本實發明應用于3D打印機。
【專利說明】基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機及其打印方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機及其打印方法。
[0002]【背景技術】:
3D打印技術以其巨大的市場應用前景，近年已成為世界性的研究熱點。根據對目前國際上3D打印技術研發領域最新動態的跟蹤、調研、分析與總結，發現主要的研究集中在打印成本的降低，打印精度的提高，打印出產品的強度、剛度的增強，打印時間的縮短四個方面。
[0003]現有3D打印技術的種類:SLS選擇性激光燒結技術，L0M分層實體制造法又稱層疊法成形技術，3DP三維印刷技術，SLA光固化成型技術。每種方法都有其獨到之處，也在一定程度上解決了打印精度和打印產品強度、剛度不足的問題，不可相互替代。但是現有3D打印機的打印頭采用激光加熱方式，造成3D打印機的打印成本高、打印時間長等缺點。過高的使用和維護成本，從根本上限制了 3D打印技術的大規模普及，如何降低成本就成了 3D打印技術普及使用的重中之重。
[0004]本發明在3D打印制造技術和3D數據獲取技術上加大研究力度，通過智能化、數字化、網絡化的技術融合，實現綠色、智能、超常態等先進裝備制造。同時計劃為石化院研究新型打印材料提供3D打印室試驗機的支持。
[0005]
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機及其打印方法。
[0006]上述的目的通過以下的技術方案實現:
一種基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，其組成包括:加熱工作室，所述的加熱工作室的一側安裝送絲機構，所述的加熱工作室的內部安裝工作臺和兩根豎直的Z軸，所述的Z軸連接伺服電機A，所述的Z軸還分別垂直連接Y軸，兩個所述的Y軸之間連接X軸，所述的X軸上安裝雙噴嘴打印頭；所述的送絲機構包括兩個原型材料輥，所述的原型材料輥具有送絲裝置，所述的送絲裝置連接伺服電機B，所述的伺服電機A、伺服電機B連接工控機；所述的雙噴嘴打印頭前端安裝電阻絲式加熱器和溫度傳感器，所述的雙噴嘴打印頭的內部具有兩個熔腔，所述的熔腔底部分別安裝打印噴嘴。
[0007]所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，所述的送絲裝置安裝于所述的雙噴嘴打印頭上方，所述的雙噴嘴打印頭還安裝散熱風扇，所述的雙噴嘴打印頭上安裝的打印噴嘴的內徑為0.25?1.32mm
所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，所述的X軸和所述的Y軸都為水平方向，所述的X軸和垂直于所述的Y軸。
[0008]所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，所述的溫度傳感器連接所述的工控機。
[0009]一種利用上述基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機的打印方法，
第一步，在工控機內將CAD或CAM軟件設計產品圖形以.stl文件形式輸出，再進行模型的自動分層和制成材料路徑的形成，最后生成3D打印機加工數據；第二步，將蠟絲、ABS塑料、PLA材料的原型材料先抽成絲狀，通過送絲機構送進雙噴嘴打印頭的一個熔腔內，支撐材料送進雙噴嘴打印頭的另一個熔腔內，絲材和支撐材料在熔腔內被阻絲式加熱器熔化，在工控機的控制下，雙噴嘴打印頭作X-Y平面運動，將熔融的絲材和支撐材料通過微細噴嘴的噴頭擠噴出來，涂覆在工作臺上；
第三步，當被擠出絲材的溫度低于固化溫度后開始固化成形，成為工件的一層厚度為
0.15?0.25mm的截面，結束一層的噴涂后材料迅速固化并與周圍材料粘接成形，雙噴嘴打印頭在Z軸向上移動一層的高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件；
第四步，根據所選擇的支撐材料的特性選擇相應的水溶或熱熔的方法，將支撐材料去除，最終獲得所打印的三維工件。
[0010]所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機的打印方法，所述的雙噴嘴打印頭的移動速度小于380mm/s ;所述的送絲裝置的送絲速度為10?25mm/s ;所述的臘絲的熔融溫度為74°C，所述的ABS塑料的熔融溫度為270°C，所述的PLA材料的熔融溫度為150°C。
[0011]有益效果:
1.本發明設置了用于完成成型過程的加熱工作室，在加熱工作室外部安裝送絲結構，送絲機構通過伺服電機控制，實現了打印的自動化控制。而加熱工作室內部設置了用于放置工件的工作臺、以及控制雙噴嘴打印頭的機械傳動和定位裝置，與普通打印機不同的是Z軸的引入，工件的加工工作臺或者打印頭在每層打印結束后，需進行層厚尺寸的Z軸移動，Z軸的移動與定位通過伺服電機進行精確控制，以保證最終工件外形的精準。
[0012]2.本發明采用雙噴嘴打印頭代替以往的激光器，由于熔融成型技術每一層都是在上一層上堆積而成，隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發生變化，當變化較大時，上層輪廓就就不能提供充分的定位和支撐，就需要進行輔助支撐的設計，這時能夠利用另一維系噴嘴進行支撐材料的噴涂，輔助工件噴涂，使工件外形更加精準。雙噴嘴打印頭內部設置電阻絲式加熱器將絲狀材料和支撐材料加熱融化，使用溫度傳感器控制加熱溫度，逐層堆積的方法加工三維工件。原型材料輥上安裝原型材料后，絲材穿過送絲裝置后深入熔腔內同時噴出沉積模型材料和沉積支撐材料，達到不同材料的同步打印，以達到最佳效果。具有降低打印機的制造成本和打印機的日常維護成本的好處。
[0013]3.本發明使用絲狀熱熔性材料例如石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度，約比熔點高1V，加工所使用的絲材在成型過程中無化學變化，利用效率高且沒有毒氣或化學物質的污染，制件的翹曲變形小。
[0014]采用熔融沉積技術加工的原型零件，能夠直接用于熔模鑄造。能夠降低3D打印機成本和縮短打印時間。
[0015]【專利附圖】
【附圖說明】:
附圖1是本發明的結構示意圖。
[0016]附圖2是本發明送絲部分的結構原理圖。
[0017]附圖3是本發明生成3D打印機加工數據時的流程圖。
[0018]【具體實施方式】:
實施例1:
一種基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，其組成包括:加熱工作室1，所述的加熱工作室的一側安裝送絲機構2，所述的加熱工作室的內部安裝工作臺3和兩根豎直的Z軸4，所述的Z軸連接伺服電機A，所述的Z軸還分別垂直連接Y軸5，兩個所述的Y軸之間連接X軸6，所述的X軸上安裝雙噴嘴打印頭7 ;所述的送絲機構包括兩個原型材料輥8，所述的原型材料輥具有送絲裝置9，所述的送絲裝置連接伺服電機B(圖中件號為10)，所述的伺服電機A、伺服電機B連接工控機；所述的雙噴嘴打印頭前端安裝電阻絲式加熱器11和溫度傳感器12，所述的雙噴嘴打印頭的內部具有兩個熔腔13，所述的熔腔底部分別安裝打印噴嘴14。
[0019]所述的原型材料輥上安裝原型材料，所述的原型材料穿過送絲裝置后深入所述的熔腔內。
[0020]實施例2:
根據實施例1所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，所述的送絲裝置安裝于所述的雙噴嘴打印頭上方，所述的雙噴嘴打印頭還安裝散熱風扇16，所述的雙噴嘴打印頭上安裝的打印噴嘴的內徑為0.25?1.32mm。
[0021]實施例3:
根據實施例1或2所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，所述的X軸和所述的Y軸都為水平方向，所述的X軸和垂直于所述的Y軸。
[0022]實施例4:
根據實施例1或2所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，所述的溫度傳感器連接所述的工控機。
[0023]實施例5:
一種利用上述基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機的打印方法，
第一步，在工控機內將CAD或CAM軟件設計產品圖形以.stl文件形式輸出，再進行模型的自動分層和制成材料路徑的形成，最后生成3D打印機加工數據；
第二步，將蠟絲、ABS塑料、PLA材料的原型材料先抽成絲狀，通過送絲機構送進雙噴嘴打印頭的一個熔腔內，支撐材料送進雙噴嘴打印頭的另一個熔腔內，絲材和支撐材料在熔腔內被阻絲式加熱器熔化，在工控機的控制下，雙噴嘴打印頭作X-Y平面運動，將熔融的絲材和支撐材料15通過微細噴嘴的噴頭擠噴出來，涂覆在工作臺上；
第三步，當被擠出絲材的溫度低于固化溫度后開始固化成形，成為工件的一層厚度為
0.15?0.25mm的截面，結束一層的噴涂后材料迅速固化并與周圍材料粘接成形，雙噴嘴打印頭在Z軸向上移動一層的高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件16 ；
第四步，根據所選擇的支撐材料的特性選擇相應的水溶或熱熔的方法，將支撐材料去除，最終獲得所打印的三維工件。
[0024]實施例6:
根據實施例5所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機的打印方法，所述的雙噴嘴打印頭的移動速度小于380mm/s ;所述的送絲裝置的送絲速度為10?25mm/s ;所述的臘絲的熔融溫度為74°C，所述的ABS塑料的熔融溫度為270°C，所述的PLA材料的熔融溫度為150。。。
【權利要求】
1.一種基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，其組成包括:加熱工作室，其特征是:所述的加熱工作室的一側安裝送絲機構，所述的加熱工作室的內部安裝工作臺和兩根豎直的z軸，所述的Z軸連接伺服電機A，所述的Z軸還分別垂直連接Y軸，兩個所述的Y軸之間連接X軸，所述的X軸上安裝雙噴嘴打印頭；所述的送絲機構包括兩個原型材料輥，所述的原型材料輥具有送絲裝置，所述的送絲裝置連接伺服電機B，所述的伺服電機A、伺服電機B連接工控機；所述的雙噴嘴打印頭前端安裝電阻絲式加熱器和溫度傳感器，所述的雙噴嘴打印頭的內部具有兩個熔腔，所述的熔腔底部分別安裝打印噴嘴。
2.根據權利要求1所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，其特征是:所述的送絲裝置安裝于所述的雙噴嘴打印頭上方，所述的雙噴嘴打印頭還安裝散熱風扇，所述的雙噴嘴打印頭上安裝的打印噴嘴的內徑為0.25?1.32mm。
3.根據權利要求1或2所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，其特征是:所述的X軸和所述的Y軸都為水平方向，所述的X軸和垂直于所述的Y軸。
4.根據權利要求1或2所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機，其特征是:所述的溫度傳感器連接所述的工控機。
5.一種利用權利要求1-4所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機的打印方法，其特征是:第一步，在工控機內將CAD或CAM軟件設計產品圖形以.stl文件形式輸出，再進行模型的自動分層和制成材料路徑的形成，最后生成3D打印機加工數據；第二步，將蠟絲、ABS塑料、PLA材料的原型材料先抽成絲狀，通過送絲機構送進雙噴嘴打印頭的一個熔腔內，支撐材料送進雙噴嘴打印頭的另一個熔腔內，絲材和支撐材料在熔腔內被阻絲式加熱器熔化，在工控機的控制下，雙噴嘴打印頭作X-Y平面運動，將熔融的絲材和支撐材料通過微細噴嘴的噴頭擠噴出來，涂覆在工作臺上；第三步，當被擠出絲材的溫度低于固化溫度后開始固化成形，成為工件的一層厚度為0.15?0.25mm的截面，結束一層的噴涂后材料迅速固化并與周圍材料粘接成形，雙噴嘴打印頭在Z軸向上移動一層的高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件；第四步，根據所選擇的支撐材料的特性選擇相應的水溶或熱熔的方法，將支撐材料去除，最終獲得所打印的三維工件。
6.根據權利要求5所述的基于熔融沉積快速成型技術的3D打印機的打印方法，其特征是:所述的雙噴嘴打印頭的移動速度小于380mm/s ;所述的送絲裝置的送絲速度為10?25mm/s ;所述的蠟絲的熔融溫度為74°C，所述的ABS塑料的熔融溫度為270°C，所述的PLA材料的熔融溫度為150°C。
【文檔編號】B29C67/00GK103737934SQ201410029231
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】楊洋, 吳岡, 何艷, 宋昌江, 費磊, 高鳳嬌, 朱國強 申請人:黑龍江省科學院自動化研究所