[发明专利]一种3D打印装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印装置和方法。

背景技术

随着时代的进步和科技的发展，做工精细、独特且非量产的物品越来越受到广大消费人群的喜爱。3D打印机来打印各种我们所需要的、想要的。3D打印技术，又称增材制造技术，以计算机三维设计模型为蓝本，通过计算机数字软件程序控制，利用激光或者加热熔融等方式将金属或聚合物等材料逐层堆积成型，可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。

其中，FDM(Fused Deposition Modeling)打印技术是3D打印技术领域的常规技术手段。FDM打印技术控制加热喷头根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，材料在喷头中加热熔化成半液态，挤出并涂覆在工作台上。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，如此循环，最终形成三维产品零件。基于上述原理，FDM打印技术具备了成型精度高、打印模型硬度好、多种颜色等优点，获得了广泛的应用。

然而，在FDM打印技术的实际作业的过程中，由于在打印喷头挤出熔融材料构造新一层结构时，已成型的上一层材料已基本完成固化，表面温度降低，与新一层材料不能实现良好复合，导致层间结合力差，所以经常出现打印件开裂甚至两层结构完全不能相连接的情况，因此FDM 3D打印技术及其打印制品的质量仍需改善。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的打印复合强度低导致打印失败的问题，提供了一种3D打印装置和方法。

一方面，本发明提出一种3D打印装置，包括：打印喷头、多轴机械臂、温控系统、工作平台、机箱和控制单元；所述打印喷头通过所述多轴机械臂活动设置在所述机箱内，所述多轴机械臂用于控制所述打印喷头实现任一方向的打印材料的堆叠；所述打印喷头有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头；所述温控系统包括表面温控装置，所述表面温控装置活动设置在所述机箱内，所述表面温控装置用于在任一所述打印喷头打印前，对已打印材料上任一所述打印喷头的目标打印位置进行加热；所述工作平台设置在所述机箱内；所述控制单元分别与所述多轴机械臂和所述温控系统电连接。

优选地，所述金属打印喷头用于打印液态金属，所述液态金属包括熔点在300摄氏度以下的金属或合金，所述液态金属的成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳和硅中的一种或多种，所述液态金属形式包括金属单质、合金和金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体中的一种或多种。

优选地，所述非金属打印喷头用于打印非金属材料，所述非金属材料为有机高分子材料和/或无机非金属材料，所述非金属材料包括ABS、PLA、PET、橡胶、乳胶、硅胶、碳纤维、石膏和陶瓷中的一种或多种。

优选地，还包括步进电机，所述步进电机与任一所述打印喷头内部的活塞连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头的挤出量。

优选地，所述温控系统还包括喷头温控装置，所述喷头温控装置设置在任一所述打印喷头上，所述喷头温控装置包括喷头加温装置；还能够包括喷头制冷装置；所述控制单元根据所述任一打印喷头挤出材料的挤出温度，利用PID控制算法控制所述喷头温控装置作业。

优选地，所述温控系统还包括平台温控装置，所述平台温控装置设置在所述工作平台上，所述平台温控装置包括平台加温装置；还能够包括平台制冷装置。

优选地，所述温控系统还包括机箱温控装置，所述机箱温控装置设置在所述机箱上，所述机箱温控装置包括机箱加温装置；还能够包括机箱制冷装置。

优选地，所述温控系统通过激光、射频、超声、半导体制冷和高低压气体灌注中的一种或多种实现温度控制。