[发明专利]一种用于打印玻璃体的3D打印机及打印方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领，具体来说涉及一种用于打印玻璃体的3D打印机及打印方法。

背景技术

3D打印（3DP)即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、光敏树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印也称之为增材制造，是通过打印机打出而非加工出各类工业与日常产品。之所以使用“打印”一词，是因为其原理与传统打印机相似，其“打印”都是通过电脑操作来完成。但本质上存在许多区别，比如传统打印机里面装的是墨粉，打印的是平面的图形，而3D打印机里面却是一个庞大复杂的材料系统，打印的是立体实物。3D打印技术改变制造方法和内容，改变制造过程，优化制造工艺，提高准确性，使制造行业发生从粗放到精细、从重数量到重质量的变化。

传统的3D打印机只能打印普通的塑料、蜡材、粉末状金属等可粘合的材料，打印出来的物品大多不透明，降低美观性，不同材料的3D打印技术都有着其缺点，打印出来的物体在硬度、力学性能、光学性能上的表现大不相同，而玻璃作为使用最为广泛的材料，是最经济适用的材料之一，在硬度、光学性能、经济性等方面有着独特的优势，玻璃材料在增材制造领域具有与众不同的特殊价值。

现有的用于打印玻璃体的3D打印机及其打印方法一般采用窑炉加热的方式加热玻璃原料，使得玻璃原料加热成熔融态，利用熔融态玻璃的流动状态及自身重力进行逐层堆积，从而实现玻璃体的3D打印。存在设备体积庞大、效率低下、能源利用率低、打印温度不受控制、进料量不受控制、成本高等缺点，也存在由于依靠重力进料，无法回缩材料，导致打印出现拉丝，无法打印细小精准的玻璃体等缺点。目前所采用的感应加热是一种利用交变电磁场来加热导电体的方式。导体放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(300～300000Hz或更高)到空心铜管绕成的线圈，线圈产生交变磁场在导体中也会产生出同频率的感应电流，这种感应电流在导体中的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使导体表面迅速加热。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供结构简单可靠、自动化程度高、易于控制的3D打印机及打印方法，具体地说是一种用于打印玻璃体的3D打印机及打印方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于打印玻璃体的3D打印机，所述3D打印机由机架、打印仓和控制冷却仓组成，所述打印仓与控制冷却仓相连，并设置于机架中，在所述打印仓内部设有送料机构、喷头打印机构、感应加热装置、打印底板、冷却介质导流管和三维运动机构，所述送料机构与喷头打印机构相连接，喷头打印机构设置于感应加热装置中，所述送料机构、喷头打印机构和感应加热装置设置于所述三维运动机构上，打印底板设置于喷头打印机构下方并位于三维运动机构上；在所述控制冷却仓内部设有冷却装置、控制系统和电源，所述冷却装置通过冷却介质导流管与感应加热装置及送料机构相连，并形成回路；所述控制系统用于控制给送料机构、喷头打印机构、感应加热装置、打印底板、三维运动机构和冷却装置的工作状态；所述电源用于给送料机构、喷头打印机构、感应加热装置、打印底板、三维运动机构和冷却装置提供电能；所述三维运动机构、冷却装置、控制系统和电源固定于机架上。

作为本发明的进一步改进，其中所述送料机构通过玻璃棒用于给喷头打印机构送料，所述感应加热装置用于给喷头打印机构进行加热，所述冷却装置用于给送料机构及感应加热装置冷却降温，所述电源分别用于给感应加热装置、三维运动机构和控制系统提供电能，所述控制系统根据计算机生成的代码控制送料机构、感应加热装置和三维运动机构的工作状态；通过所述控制系统控制送料机构对原料挤出量、挤出速度以及控制原料回抽的动作，所述送料机构、喷头打印机构、感应加热装置、打印底板与三维运动机构相连，其中所述三维运动机构包括X轴组件、Y轴组件和Z轴组件之间联动构成，在所述控制系统作用下实现三维运动机构中的X轴组件、Y轴组件和Z轴组件分别在X轴、Y轴和Z轴方向的联动打印动作。