一種3D復印設備的制作方法

本發明屬于高分子材料加工成型領域，尤其涉及一種三維快速復印成型技術及設備。

背景技術：

3D打印(3DP)即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。近年來，3D打印技術發展迅速，特別是隨著桌面3D打印機的發展，3D打印已經進入人們的日常生活。但是桌面3D打印機打印材料有限、打印精度不高、打印周期長。而注射成型機以模塑成型的方式實現3D制品的不斷復制，成型速度快、成型精度高，但是由于模具制造困難、價格昂貴，使其很難進入大眾生活并進行三維物品的個性化制造。

專利(專利號：CN 103294421 B)中提出通過3D掃描儀對3D實體近視實體掃描，然后進行3D模型重構及數據處理，最后用3D打印機進行三維打印，以實現3D實體的復印。本方法雖然能夠實現三維物體復制，但是由于受限于3D打印機，其成型精度不高，成型周期較長。專利(專利號：CN 104960207 A)中提出一種個性化口罩快速制造3D打印復印一體機，通過將模具單元化自動組裝以適應不同的三維實體形狀，然后通過吸塑成型3D個性化口罩。綜上所述，只有實現模具的快速制造，打破一模一腔的傳統限制，才能將注塑機像3D打印機一樣，實現3D物品的快速復制并引入人們日常生活。

技術實現要素：

為解決3D打印機打印材料有限、打印精度不高、打印周期長等問題，實現模具型腔的自適應性與3D實體的高效精確復制，本發明提出一種快速高效3D復印技術方法及設備。

本發明一種3D復印技術方法為，通過注塑機模具的微分單元化、再分配組合，形成適合所成型制品的模具，實現模具對三維實體的自適應匹配。具體方法為，對三維實體進行三維掃描或使用三維軟件直接建模，然后通過計算機程序語言對三維模型進行單元化處理，進而控制模具各微分單元模塊組合成所對應制品的模具型腔，然后通過注射成型的方式實現3D實體的快速高效復印。

為實現上述方法的技術方案為，一種3D復印設備，由頂出裝置、調模裝置、單元組合模具裝置、合模裝置、注射裝置以及控制系統等組成，單元組合模具裝置位于合模裝置的動模板和定模板之間，頂出裝置和調模裝置根據單元組合模具裝置的頂出和調模需要設置，注射裝置和合模裝置并列設置，注射裝置通過澆口向單元組合模具裝置的模具型腔內供料。其中，單元組合模具裝置由動模底板、動模電磁鐵系統、動模四周固定板、動模單元模塊、定模四周固定板、定模單元模塊、定模電磁鐵系統和定模底板等組成。動模單元模塊和定模單元模塊可分別在動模電磁鐵系統和定模電磁鐵系統作用下線性移動。動模單元模塊和定模單元模塊結構一致，均由單元桿、永磁鐵桿、石墨烯鍍層組成，單元桿與永磁鐵桿上下連接，單元桿外圍覆蓋石墨烯鍍層。通過改變電磁鐵中電流的方向可以實現與永磁鐵桿的相吸與相斥，通過改變電磁鐵中電流的大小可以實現與永磁鐵桿末端距離的調節。單元組合模具裝置通過計算機程序控制電磁鐵中電流的大小與方向，使單元桿和永磁鐵桿做精確移動，通過動模單元模塊和定模單元模塊的位置配合形成模具型腔與澆口，進而注射成型得到三維制品。

本發明一種3D復印設備，動模單元模塊或定模單元模塊可實現頂出裝置的功能，在取出制品時，通過控制部分電磁鐵中的電流，使合適位置處的單元桿和永磁鐵桿做線性移動，頂出制品。

本發明一種3D復印設備，在每一個單元桿外圍覆蓋石墨烯鍍層，利用快變模溫技術實現模具型腔不同位置局部溫度的精確獨立控制，包括升溫與冷卻。

為實現上述方法的另一種技術方案為，本發明一種3D復印技術設備可采用手動方式進行單元組合模具裝置單元模塊的組合，動定模結構一致，由底板、四周固定板、手動單元桿、手動定位環等組成。其中，手動定位環的厚度不一，配以多種尺寸；手動單元桿設置軸肩，通過在手動單元桿底部套上多個手動定位環以控制各個手動單元桿的位置，各個手動單元桿由四周固定板和底板進行固定。

為實現上述方法的另一種技術方案為，本發明一種3D復印設備的單元組合模具裝置由動模底板、動模四周固定板、磁流體、描繪計、脈沖電極、定模四周固定板、定模底板等組成。在底板與四周固定板形成的開口型腔內填充磁流體。動模底板和定模底板是帶有極性的永磁鐵。通過計算機程序對輸入的三維模型進行分析，控制各個描繪計所需脈沖電極的電壓，即控制磁流體本身的參數，從而控制對應的磁流體外形，形成模具型腔及澆口，最后注射成型成制品。本方法可形成復雜型腔，成型復雜制品，適用于型腔壓力較小的情況。

本發明的有益效果是：通過本發明的自適應3D注射模具，可以根據3D制品的形狀自由定制相匹配的模具型腔，真正意義上實現模具型腔的多元化，降低模具的加工成本，將注塑機代入人們日常生活，實現桌面3D復印機快速精確高效復印3D制品。

附圖說明

圖1為本發明一種3D復印技術方法的系統框架圖；

圖2為本發明一種3D復印技術設備的一種技術方案設備圖；

圖3為本發明一種3D復印技術設備的一種單元組合模具裝置圖；

圖4為本發明一種3D復印技術設備的一種單元模塊圖；

圖5為本發明一種3D復印技術設備的另一種單元組合模具半模裝置圖；

圖6為本發明一種3D復印技術設備的另一種單元模塊圖；

圖7為本發明一種3D復印技術設備的另一種單元組合模具裝置圖；

圖8為本發明一種3D復印技術設備的磁流體工作原理圖。

圖中，1.頂出裝置、2.調模裝置、3.單元組合模具裝置、4.合模裝置、5.注射裝置、6.控制系統、7.動模電磁鐵系統、8.動模四周固定板、9.動模單元模塊、10.模具型腔、11.定模四周固定板、12.定模單元模塊、13.澆口、14.定模電磁鐵系統、15.石墨烯鍍層、16.單元桿、17.永磁鐵桿、18.手動單元桿、19.手動定位環、20.定模底板、21.動模底板、22.磁流體、23.描繪計、24.永磁鐵、25.脈沖電極。

具體實施方式

本發明一種3D復印技術方法的系統框架圖如圖1所示，通過注塑機模具的微分單元化、再分配組合形成適合所成型制品的模具，實現模具對三維實體的自適應匹配。具體方法為，對三維實體進行三維掃描或使用三維軟件直接建模，然后通過計算機程序語言對三維模型進行單元化處理，進而控制模具各微分單元模塊組合成所對應制品的模具型腔，然后通過注射成型的方式實現3D實體的快速高效復印。

為實現上述方法的技術方案為，本發明一種3D復印設備由頂出裝置1、調模裝置2、單元組合模具裝置3、合模裝置4、注射裝置5以及控制系統6等組成，組成之間的位置如圖2所示。其中，單元組合模具裝置3由動模底板21、動模電磁鐵系統7、動模四周固定板8、動模單元模塊9、定模四周固定板11、定模單元模塊12、定模電磁鐵系統14、定模底板20等組成，如圖3所示。動模單元模塊9和定模單元模塊12可分別在動模電磁鐵系統7和定模電磁鐵系統14作用下線性移動。動模單元模塊9和定模單元模塊12結構一致，均由單元桿16、永磁鐵桿17、石墨烯鍍層15組成，單元桿16與永磁鐵桿17上下連接，單元桿16外圍覆蓋石墨烯鍍層15。通過改變電磁鐵中電流的方向可以實現與永磁鐵桿17的相吸與相斥，通過改變電磁鐵中電流的大小可以實現與永磁鐵桿17末端距離的調節。單元組合模具裝置3通過計算機程序控制電磁鐵中電流的大小與方向，使單元桿16和永磁鐵桿17做精確移動，通過動模單元模塊9和定模單元模塊12的位置配合形成模具型腔10與澆口13，進而注射成型得到三維制品。

本發明一種3D復印技術設備，動模單元模塊9或定模單元模塊12可實現頂出裝置的功能，在取出制品時，通過控制部分電磁鐵中的電流，使合適位置處的單元桿16和永磁鐵桿17做線性移動，頂出制品。

本發明一種3D復印技術設備，在每一個單元桿16外圍覆蓋石墨烯鍍層15，如圖4所示，利用快變模溫技術實現模具型腔10不同位置局部溫度的精確獨立控制，包括升溫與冷卻。

為實現上述方法的另一種技術方案為，本發明一種3D復印技術設備可采用手動方式進行單元組合模具裝置3單元模塊的組合，動定模結構一致，由底板、四周固定板、手動單元桿18、手動定位環19等組成，見圖5所示。其中，手動定位環19的厚度不一，配以多種尺寸；手動單元桿18設置軸肩，通過在手動單元桿18底部套上多個手動定位環19以控制各個手動單元桿18的位置，各個手動單元桿18由四周固定板和底板進行固定，見圖6所示。

為實現上述方法的另一種技術方案為，本發明一種3D復印技術設備的單元組合模具裝置3由動模底板21、動模四周固定板8、磁流體22、描繪計23、脈沖電極25、定模四周固定板11、定模底板20等組成，見圖7所示。在底板與四周固定板形成的開口型腔內填充磁流體22。動模底板21和定模底板20是帶有極性的永磁鐵24。通過計算機程序對輸入的三維模型進行分析，控制各個描繪計23所需脈沖電極25的電壓，見圖8所示，即控制磁流體本身的參數，從而控制對應的磁流體22外形，形成模具型腔10及澆口13，最后注射成型成制品。本方法可形成復雜型腔，成型復雜制品，適用于型腔壓力較小的情況。

以上所述為本發明的具體設備及工藝情況，配合各圖予以說明。但是本發明并不局限于以上所述的具體設備及工藝過程，任何基于上述所說的對于相關設備修改或替換，任何基于上述所說的對于相關工藝的局部調整，只要在本發明的精神領域范圍內，均屬于本發明。