[发明专利]使用工业原料的3D打印机

说明书

　　　

技术领域

本发明涉及一种利用堆积固化成型法原理使用工业原料的3D打印机，属于3D打印设备技术领域。

 

背景技术

目前，现有的3D打印设备线利用专用分层软件，将STL格式三维设计模型生成打印机可以识别的G代码，然后将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。喷头执行两个以上方向的运动，工作平台执行一个方向的运动或固定不动。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。

热熔材料在使用前，都需要先添加粘接、抗收缩等控制凝固的辅料，并加工成特定规格的丝状物；主要便于运动进给和成型过程控制。对于存在悬空的部分，很多都需要增加支撑材料，而且支撑材料都是专门研发的特殊材料，即不可回收而且成本很高。目前所使用的耗材、处理软件、喷头都是3D打印机专用，工业应用受到相当大的成本和技术瓶颈限制。

 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种直接使用普通工程塑料颗粒原料，不需要预先加工成丝状，不需要添加控制凝固过程的辅料，而进行工业零件3D打印制造的使用工业原料的3D打印机。

本发明的技术方案：

采用固定的喷头机构，采用滚轮机构或者螺杆结构对丝状物料进行进给融化，也可以采用进行原料的加热融化成型，对于聚四氟乙烯和超高分子聚乙烯等无法使用螺杆结构的，采用柱塞结构进行融化成型；对于易燃、不能进行加热融化的材料，还可以利用柱塞结构进行湿法挤出成型或者固态挤出成型；喷头固定可以同时兼容此两种结构，而且仅仅更换喷头机构就可以完成两种不同类型材料的打印。

工作平台执行所有的运动，根据具体要求可以提供一个及以上的转动。分层的技术路线不适用与工业级应用，成熟的零部件，其材料都是联系分布的整体，一般都有独特的结构特点，而且一般需要满足装配、外观等要求，分层后会存在较多的断点和悬空点；本发明不使用分层软件，利用零部件的连续性和三维软件曲线的定义进行运动轨迹优化，实现使端点和悬空点最少；无法避免的，使用单线进行过渡，成型后便于清理。 

本发明技术方案的详细阐述：

 本技术方案分为四个部分：喷头机构，工作平台机构，进给机构、控制系统。

1、喷头机构相对与工作平台及成型工件固定不动，使用螺杆、柱塞对工程塑料进行挤压变形，出口有圆形、方形等堆积基本单元形状模具；根据材料性质，适当增加加热装置、温度控制装置、进料控制装置、冷却装置、传动装置、动力及控制装置等；对于丝状工程塑料，采用滚轮传动、加热圈进行加热融化、采用水冷或风冷确保零部件使用温度。喷头机构固定，需要给零部件及工作平台预留运动空间，喷头出料口位于喷头机构最低点，而且在可打印零部件极限尺寸范围内空间充足。喷头出料口安装有温度位移传感器。在加热、冷却、加压、传动过程中，有确保喷头可以稳定精确工作的装置，保证整个机构的刚度、强度、连续工作的稳定性。

使用螺杆结构时，根据工件极限尺寸和建造速度合理选择螺杆长径比和表面硬度，对于加热圈结构形式及安装位置、传感器布置及数量、进料干燥装置、连续进料及开关装置都需要整体进行考虑；根据零部件不同要求可以采用不同的螺杆结构：分离型螺杆、屏障型螺杆、销钉螺杆、锥螺纹螺杆等，也可以改变螺纹升程和螺槽深度，还可以采用双螺杆。如果螺杆主轴平行与工作台，需要将使用直接接头结构，保证垂直向下出料；对于螺杆、出料机构安装校正装置。

使用柱塞结构时，立式或者卧式（需增加直角机头）都可以采用。由进料装置、液压系统、柱塞挤压装置、预塑化装置、出口装置；对于冷加工或者湿法成型的，没有加热或者烧融装置，使用预塑化的柱塞加压装置；一般材料没有预塑化装置，使用融化室，将柱塞压实的材料完成融化；柱塞即压实原料，也将融化后材料挤出成型；由于柱塞为往复运动，会有一个空行程，如果需要连续挤出，可以采用两个及以上柱塞并联工作，使用换向阀进行连接。