双喷头挤出式陶瓷3D打印机及其打印方法技术

本发明专利技术提供一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机及其打印方法，本发明专利技术的陶瓷3D打印机采用细打印喷头和粗打印喷头配合打印的方式，若打印同一形状和大小的实体，相对于单一采用细打印喷头工作，打印时间短，相对于单一采用粗打印喷头工作，打印精度高。本发明专利技术的陶瓷3D打印机使用的两种陶瓷泥料质量不同，成本不同，精制陶瓷泥料的成本高，粗制陶瓷泥料的成本低，即相对于仅使用精制陶瓷泥料而言，成型实体的外表面质感不受影响，总成本降低。本发明专利技术的陶瓷3D打印机结构简单，操作方便，大大降低了生产和使用成本，可以大规模推广应用。本发明专利技术的陶瓷3D打印机的打印方法，原理简单，可行性高。

【技术实现步骤摘要】
双喷头挤出式陶瓷3D打印机及其打印方法
本专利技术属于3D打印机
，特别是涉及陶瓷3D打印机及其打印方法。
技术介绍
陶瓷是以各种天然矿物为主要原料，经过粉碎、混炼、成型和煅烧制得。传统陶瓷制备工艺只能制造形状简单的产品，陶瓷3D打印技术使复杂陶瓷产品制备成为可能，陶瓷3D打印相对于传统制造方法，具有以下优势：第一，无需模具，开发周期短，节约时间成本；第二，可实现复杂形状结构件的成型，突破传统陶瓷加工工艺形状的限制。现有的陶瓷3D打印技术众多，其中发展最早，技术较为成熟的是挤出式打印技术。其工作原理为将陶瓷粉体与有机粘结剂相混合，经挤出机或毛细管流变仪做成丝，经过挤出体的逐层堆积后，获得陶瓷件生坯，然后通过粘结剂的去除和陶瓷生坯的烧结，最终得到较高致密度的陶瓷零件。该工艺方式常使用螺杆挤出式打印，过程较稳定，剪切和摩擦较小。同时可以通过引入不同的陶瓷粉末获得种类多样的丝材。目前，挤出式陶瓷3D打印技术普遍存在打印效率和打印精度相互矛盾的问题。即喷嘴口径小，喷头行程多，打印时间长，但打印精度高；喷嘴口径大，喷头行程少，打印时间短，但打印精度低。打印效率的问题制约了挤出式陶瓷3D打印技术的生产应用，打印精度问题制约了挤出式陶瓷3D打印技术的普及推广。因此，急需提供一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机及其打印方法，以解决现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题：现有技术中的挤出式陶瓷3D打印机，多采用分层挤出堆积成型的方式，完成一层打印动作后，载物板下移一层距离，喷头均匀出料，并在二维平面上受控移动，将陶瓷泥料堆在已成型面上。整个实体打印的过程中，喷头口径不能改变，所打印实体的各切片层厚度相等。对于打印同样形状和大小的实体，若喷头口径大，实体分层厚度大，层数少，打印耗时少，但打印成型实体表面精度低；若喷头小口径小，实体分层厚度小，层数多，打印耗时多，但打印成型实体表面精度高。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机，包括机架、XY面运动模块、Z轴运动模块、载物板、打印喷头、送料模块、空压机以及总控模块，其中，打印喷头包括细打印喷头和粗打印喷头，所述细打印喷头和所述粗打印喷头在同一Z轴高度，两喷头中心在同一X轴方向，两喷头中心距为△x；送料模块包括第一输料管、第二输料管、第一储料罐和第二储料罐；所述细打印喷头和粗打印喷头固定连接于XY面运动模块上，所述XY面运动模块安装于机架上方，用于实现打印喷头在XY平面的二维运动，所述细打印喷头和粗打印喷头分别与第一输料管和第二输料管的输出端连接，第一输料管和第二输料管的输入端分别与第一储料罐和第二储料罐的上方端口连接，第一储料罐和第二储料罐的下方端口分别与空压机连通，第一储料罐和第二储料罐固定在机架后方；所述Z轴运动模块安装于机架后方，载物板与Z轴运动模块可拆卸式连接，Z轴运动模块上下垂直运动，使载物板实现与XY平面垂直的一维运动；所述总控模块固定在机架底部，用于接收具有分区信息的切片文件，分别与XY面运动模块、Z轴运动模块、细打印喷头以及粗打印喷头通信连接；总控模块根据切片文件信息控制XY面运动模块、Z轴运动模块、细打印喷头以及粗打印喷头协同工作。进一步的，所述细打印喷头包括第四电机、第一联轴器、第一螺杆挤压筒以及小口径喷嘴，所述粗打印喷头包括第五电机、第二联轴器、第二螺杆挤压筒以及大口径喷嘴，第四电机和第五电机分别驱动第一螺杆挤压筒和第二螺杆挤压筒中的螺杆旋转，陶瓷泥料受挤压力的作用，分别从小口径喷嘴和大口径喷嘴挤出；小口径喷嘴和大口径喷嘴长度相等，大口径喷嘴的出口直径是小口径喷嘴的出口直径的两倍。进一步的，所述第一输料管和所述第二输料管型号和大小相同，所述第一储料罐和所述第二储料罐型号和大小相同，所述第一储料罐储存精制的陶瓷泥料，所述第二储料罐储存粗制的陶瓷泥料，陶瓷泥料受空压机产生的高压驱动，分别进入打印喷头中。进一步的，所述XY面运动模块包括X轴模块和Y轴模块；其中，X轴模块包括用于固定打印喷头的喷头安装板、第一X轴导杆、第二X轴导杆、第二电机以及X轴同步带，X轴同步带由第二电机驱动，带动喷头安装板在第一X轴导杆和第二X轴导杆上运动，实现打印喷头在X轴方向上的移动；其中，Y轴模块包括第一电机、同步带、传动杆、第一Y轴同步带、第二Y轴同步带、第一Y轴滑块、第二Y轴滑块、第一Y轴导杆以及第二Y轴导杆，同步带由第一电机驱动，带动传动杆定轴转动，传动杆驱动第一Y轴同步带和第二Y轴同步带同步运动，带动第一Y轴滑块和第二Y轴滑块在第一Y轴导杆和第二Y轴导杆移动，同时，X轴模块与第一Y轴滑块和第二Y轴滑块连接，即X轴模块可实现在Y轴方向上的移动，从而使打印喷头实现在XY平面的移动。进一步的，所述Z轴运动模块包括升降台、第三电机、丝杆、第一Z轴导杆以及第二Z轴导杆，升降台可在两平行的第一Z轴导杆和第二Z轴导杆上滑动，实现在Z轴方向上的移动，第三电机驱动丝杆旋转，提供升降台移动的动力。进一步的，所述空压机出口处设有恒压保护装置。进一步的，所述△x的取值范围为48-54mm。本专利技术还提供一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机的打印方法，包括如下步骤：步骤一，往第一储料罐中加入精制陶瓷泥料，往第二储料罐中加入粗制陶瓷泥料，连通各管路，将载物板调平并矫正零位置，接通电源，将具有分区信息的切片文件导入总控模块，步骤二，打印底面层，所述底面层为打印的第一层，为外表面层，只有厚度为h的切片数据，由总控模块控制Z轴运动模块回归初始位置，细打印喷头工作出料，XY面运动模块牵引打印喷头按切片文件的规划路径运动，直到底面层打印完毕；步骤三，打印中间层，所述中间层具有内部和外表面合成的切片数据，总厚度为2h，内部切片层有一层，厚度为2h，外表面切片层有两层，分别是外表面i-1层和外表面i-2层，每层厚度为h，由总控模块控制Z轴运动模块下移h高度，细打印喷头工作出料，XY面运动模块牵引打印喷头打印实体外表面i-1层，然后Z轴运动模块再下移h高度，喷头安装板向X轴负方向移动△x的距离，粗打印喷头工作出料，XY面运动模块牵引打印喷头打印实体内部；内部打印完毕后，喷头安装板向X轴正方向移动△x的距离，细打印喷头工作出料，XY面运动模块牵引打印喷头打印实体外表面i-2层，至此，第一中间层打印完毕，其余中间层重复上述打印方法打印成型；所述外表面i-1层为从下到上第i个中间层的外表面切片层的第一层，所述外表面i-2层为从下到上第i个中间层的外表面切片层的第二层，外表面i-2层在外表面i-1层之上，i为正整数；步骤四，打印顶面层，所述顶面层为打印的最后一层，为外表面层，只有厚度为h的切片数据，由总控模块控制Z轴运动模块下移h高度，细打印喷头工作出料，XY面运动模块牵引打印喷头按切片文件的规划路径运动，直到顶面层打印完毕，至此，整个实体打印完毕。进一步的，所述具有分区信息的切片文件由计算机处理得到，计算机将同一三维数字模型进行两次切片处理，第一次切片厚度设置为h，第二次切片厚度设置为2h，三维数字模型内部保留厚度为2h的切片数据，三维数字模型外表面保留厚度为h的切片数据，即合成具有分区信息的切片文件。进一步的，所述细打印喷头和粗打印喷头不在同一时刻挤出陶瓷泥料；且对于打印本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机，其特征在于：包括机架、XY面运动模块、Z轴运动模块、载物板、打印喷头、送料模块、空压机以及总控模块，其中，打印喷头包括细打印喷头和粗打印喷头，所述细打印喷头和所述粗打印喷头在同一Z轴高度，两喷头中心在同一X轴方向，两喷头中心距为△x；送料模块包括第一输料管、第二输料管、第一储料罐和第二储料罐；所述细打印喷头和粗打印喷头固定连接于XY面运动模块上，所述XY面运动模块安装于机架上方，用于实现打印喷头在XY平面的二维运动，所述细打印喷头和粗打印喷头分别与第一输料管和第二输料管的输出端连接，第一输料管和第二输料管的输入端分别与第一储料罐和第二储料罐的上方端口连接，第一储料罐和第二储料罐的下方端口分别与空压机连通，第一储料罐和第二储料罐固定在机架后方；所述Z轴运动模块安装于机架后方，载物板与Z轴运动模块可拆卸式连接，Z轴运动模块上下垂直运动，使载物板实现与XY平面垂直的一维运动；所述总控模块固定在机架底部，用于接收具有分区信息的切片文件，分别与XY面运动模块、Z轴运动模块、细打印喷头以及粗打印喷头通信连接；总控模块根据切片文件信息控制XY面运动模块、Z轴运动模块、细打印喷头以及粗打印喷头协同工作。...

【技术特征摘要】
1.一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机，其特征在于：包括机架、XY面运动模块、Z轴运动模块、载物板、打印喷头、送料模块、空压机以及总控模块，其中，打印喷头包括细打印喷头和粗打印喷头，所述细打印喷头和所述粗打印喷头在同一Z轴高度，两喷头中心在同一X轴方向，两喷头中心距为△x；送料模块包括第一输料管、第二输料管、第一储料罐和第二储料罐；所述细打印喷头和粗打印喷头固定连接于XY面运动模块上，所述XY面运动模块安装于机架上方，用于实现打印喷头在XY平面的二维运动，所述细打印喷头和粗打印喷头分别与第一输料管和第二输料管的输出端连接，第一输料管和第二输料管的输入端分别与第一储料罐和第二储料罐的上方端口连接，第一储料罐和第二储料罐的下方端口分别与空压机连通，第一储料罐和第二储料罐固定在机架后方；所述Z轴运动模块安装于机架后方，载物板与Z轴运动模块可拆卸式连接，Z轴运动模块上下垂直运动，使载物板实现与XY平面垂直的一维运动；所述总控模块固定在机架底部，用于接收具有分区信息的切片文件，分别与XY面运动模块、Z轴运动模块、细打印喷头以及粗打印喷头通信连接；总控模块根据切片文件信息控制XY面运动模块、Z轴运动模块、细打印喷头以及粗打印喷头协同工作。2.如权利要求1所述的一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机，其特征在于：所述细打印喷头包括第四电机、第一联轴器、第一螺杆挤压筒以及小口径喷嘴，所述粗打印喷头包括第五电机、第二联轴器、第二螺杆挤压筒以及大口径喷嘴，第四电机和第五电机分别驱动第一螺杆挤压筒和第二螺杆挤压筒中的螺杆旋转，陶瓷泥料受挤压力的作用，分别从小口径喷嘴和大口径喷嘴挤出；小口径喷嘴和大口径喷嘴长度相等，大口径喷嘴的出口直径是小口径喷嘴的出口直径的两倍。3.如权利要求1所述的一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机，其特征在于：所述第一输料管和所述第二输料管型号和大小相同，所述第一储料罐和所述第二储料罐型号和大小相同，所述第一储料罐储存精制的陶瓷泥料，所述第二储料罐储存粗制的陶瓷泥料，陶瓷泥料受空压机产生的高压驱动，分别进入打印喷头中。4.如权利要求1所述的一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机，其特征在于：所述XY面运动模块包括X轴模块和Y轴模块；其中，X轴模块包括用于固定打印喷头的喷头安装板、第一X轴导杆、第二X轴导杆、第二电机以及X轴同步带，X轴同步带由第二电机驱动，带动喷头安装板在第一X轴导杆和第二X轴导杆上运动，实现打印喷头在X轴方向上的移动；其中，Y轴模块包括第一电机、同步带、传动杆、第一Y轴同步带、第二Y轴同步带、第一Y轴滑块、第二Y轴滑块、第一Y轴导杆以及第二Y轴导杆，同步带由第一电机驱动，带动传动杆定轴转动，传动杆驱动第一Y轴同步带和第二Y轴同步带同步运动，带动第一Y轴滑块和第二Y轴滑块在第一Y轴导杆和第二Y轴导杆移动，同时，X轴模块与第一Y轴滑块和第二Y轴滑块连接，即X轴模块可实现在Y轴方向上的移动，从而使打印喷头实现在XY平面的移动。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兆，康友伟，刘鑫宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42