轮胎3D打印系统及打印方法技术方案

本发明专利技术的轮胎3D打印系统及打印方法，包括胶体螺旋注射单元、轨迹合成单元和轨迹控制单元；轨迹合成单元安装在胶体螺旋注射单元的出胶端侧；轨迹控制单元用于控制胶体注射参数和轨迹合成单元的运动参数；胶体螺旋注射单元在打印过程中处于相对静止状态，其负责将符合要求的胶体按规定参数匀速喷出至环状胎基的组合胎槽中。上述打印系统及打印方法具有打印精度高、系统控制简单、喷胶过程稳定性高、喷胶精度高；橡胶打印喷头后部设有对胶体温度二次调节的温度调节器，对橡胶的胶体特性如粘度进行精确控制；轨迹合成单元将前后运动、上下运动和旋转运动结合在一起，并在打印过程中进行优化迭代，最终形成精确的打印轨迹。

Tire 3D Printing System and Printing Method

The tire 3D printing system and printing method of the invention include colloidal screw injection unit, trajectory synthesis unit and trajectory control unit; the trajectory synthesis unit is installed at the rubber outlet side of the colloidal screw injection unit; the trajectory control unit is used to control the colloidal injection parameters and the motion parameters of the trajectory synthesis unit; and the colloidal screw injection unit is in a relatively static state in the printing process. It is responsible for ejecting the required colloids into the combined groove of the annular base at a uniform speed according to the specified parameters. The printing system and printing method mentioned above have high printing accuracy, simple system control, high stability of spraying process and high spraying precision; a temperature regulator for secondary adjustment of colloid temperature is installed at the back of the rubber printing nozzle, which can precisely control the colloid properties of rubber, such as viscosity; the trajectory synthesis unit combines forward and backward motion, up and down motion and rotary motion together, and prints. In the process of optimization iteration, the accurate print trajectory is finally formed.

【技术实现步骤摘要】
轮胎3D打印系统及打印方法
本专利技术涉及轮胎生产
，具体涉及一种轮胎3D打印系统及打印方法。
技术介绍
目前，被称为3D打印技术的快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing)在我国得到了迅速的发展和广泛的运用。快速原型制造（RPM）好像燕子衔泥筑巢，将材料微粒一层一层粘接而形成产品。每层粘结有如印刷，多层粘结就形象地称为立体打印或3D打印。根据成型方法，RPM可分为为两类。第一类为基于激光及其他光源的成型技术，例如：立体光固化成型SLA、分层实制造LOM、选域激光粉末烧结SLS、形状沉积成型SDM等。第二类为基于喷射的成型技技术，例如：熔融沉积成型FDM、三维印刷3DP、多相喷射沉积MJD。比较成熟的快速成型技术有下列几种：1、立体光固化成型法（StereolithographyAppearance,SLA）是用立体雕刻原理对液态光敏树脂进行分层选择性固化的快速成型技术。、分层实体制造（LaminatedObjectManufacturing,LOM）是根据零件分层几何信息，在电脑控制下的薄片材料激光叠加实体造型工艺。、选域激光烧结（SelectedLaserSintering，SLS）用激光对粉末材料分层选择性烧结的快速成型工艺。、熔融沉积成型（FusedDepositionModeling，FDM）是丝状热塑性材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结成型。、三维印刷成型（Three-DimensionalPrinting，3DP）是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”（粘结）在材料粉末上面。、多层喷射沉积（multi-layerspraydeposition，MD）通过喷头将橡胶胶体一层一层的喷在模具上，利用橡胶本身的粘结力和胶体沉积作用形成特定的形状。上述多层喷射沉积（MD）在橡胶轮胎生产领域有着较大应用前景，其应用案例也越来越多，国际轮胎巨头如米其林公司和国内一些规模较大企业正在该领域加大投入，也产出了一些成果，如山东玲珑轮胎股份有限公司的3D打印聚氨酯轮胎技术、米其林公司3D打印的蜂窝结构轮胎等。多层喷射沉积（MD）技术在橡胶轮胎生产领域目前已经发展了2代，其向高效、节能的发展趋势越专利技术显。目前多层喷射沉积（MD）技术在前2代的基础上，前端结合橡胶混炼和密炼技术，后端结合3D打印技术，已经进入MD2.5时代。但上述技术成果对免充气橡胶轮胎的打印并无涉及，由于橡胶轮胎的特殊性能，目前对橡胶台进行3D打印的案例非常少，中国专利CN201610126970.5《一种橡胶组合物、制备方法及其在3D打印空心轮胎中的应用》提到橡胶组合物在3D打印中的应用事项，为橡胶轮胎3D打印工业化生产提供了一种解决思路。中国专利申请CN201610129153.5《一种制造空心橡胶轮胎的3D打印机》提出了一种3D轮胎打印方案，部分解决了轮胎3D打印的问题，但由于其结构复杂，特别是需要单独控制橡胶打印喷头的运动轨迹并与侧环的运动轨迹匹配，打印精度难以保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种轮胎3D打印系统及打印方法，实现了从橡胶原料到轮胎打印的体系化，解决了免充气橡胶轮胎工业化3D打印的难题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：轮胎3D打印系统，包括胶体注射单元、轨迹合成单元和轨迹控制单元；轨迹合成单元安装在胶体注射单元的出胶端侧；轨迹控制单元用于控制胶体挤出参数和轨迹合成单元的运动参数；胶体注射单元在打印过程中处于相对静止状态，其负责将符合要求的胶体按规定参数匀速喷出至环状胎基的组合胎槽中。轨迹控制单元安装在独立的控制器柜中。轨迹合成单元可以实现前后、上下方向的合成运动，同时实现环状胎基的旋转运动，继而达到打印轮胎的目的。轨迹控制单元实时监控胶体注射单元的各项参数和轨迹合成单元运动参数，并计算出轮胎横截面任一点的匹配参数值。所述轨迹控制单元包括控制器模块和传感器组件，传感器组件包括温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器；温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器分别安装在胶体注射单元上并同时与控制器模块连接；控制器模块位于胶体注射单元和轨迹合成单元之间；温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器将胶体注射单元的温度、压力和胶体粘度值实时传输给控制器模块。控制器模块采用西门子或三菱PLC，自带输入和输出接口，可以方便的与各种传感器和显示终端进行通信。控制器模块如果采用西门子PLC，一般选择S7-200系列；如果采用三菱PLC，一般选择FX2N系列。温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器的电信号一般先转换成模拟信号传输给PLC,因此在PLC与上述各传感器之间需要设有数模转换装置。温度传感器采用美国OmegaHX94系列,技术参数为：电压输入范围：6~30Vdc（极性保护）测量范围：3°C~95°C精度：±2%重复性：±1%温度补偿：-20~85°C(4~185°F)电流输出HX94C：4~20mA（0~100%）电压输出HX94V：0~1.0V（0~100%）时间常数:（在流速为1m/sec的空气中,25°C下达到90%响应的时间）少于20秒:10~90%RH少于30秒:90~10%RH温度薄膜100Ω铂RTD(DIN43760)输入电压范围:6~30Vdc（极性保护）量程:0to100°C(32~212°F)精度:±0.6°C(±1°F)重复性:±0.3°C(±0.5°F)电流输出:HX94C:0~100°C为4~20mA电压输出:HX94V:0~100°C为0~1.0V时间常数:（60%响应）在移动的空气(1m/sec)中少于2秒，在静止空气中少于10秒。压力传感器采用美国OmegaPX409系列，技术参数为：0.08%BSL，包括线性度、滞后性及重复性；温度补偿范围：-29~85°C(-20~185°F)；温度性能跨度：在补偿范围内为±0.5%；输出可选：mV/V；0~5V或0~10V；4~20mA；含5测量点NIST可溯源校准；跨越整个温度和压力量程的数字动态热补偿；低压量程始于10in-H2O；全不锈钢接液部件；响应时间短；具有固态可靠性和稳定性；可测量表压和绝对压力；最小300%的耐受压力。胶体粘度传感器以诺克尔SV-250在线浸入式粘度传感器为基础，可以提供在线检测，没有可拆卸部件，不受流动条件、振动的影响。所述胶体注射单元包括注射成型机、橡胶打印喷头和温度调节器；温度调节器安装在注射成型机和橡胶打印喷头之间。橡胶打印喷头的外壁是由多层结构所构成，内层是导热层，导热层与其外侧的弹性保温层相接触固定，在弹性保温层的外侧是外壁，在弹性保温层的上部设置有压力传导结构。橡胶打印喷头的内管腔的形状是倒锥形。所述轨迹合成单元包括底座、前后移动组件、上下移动组件和旋转组件，所述前后移动组件安装在底座上，上下移动组件安装在前后移动组件上，旋转组件安装在上下移动组件上；底座为整体式配重座，其底侧安装有调平装置，既可以实现相对容易的移动，又起到稳定轨迹合成单元重心、提高系统稳定性、保证打印精度的作用。所述前后移动组件包括托盘、驱动电机、水平光滑导轨副和螺杆驱动机构，驱动电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轮胎3D打印系统，其特征在于：包括胶体螺旋注射单元、轨迹合成单元和轨迹控制单元；轨迹合成单元安装在胶体螺旋注射单元的出胶端侧；轨迹控制单元用于控制胶体螺旋注射参数和轨迹合成单元的运动参数；所述轨迹控制单元包括控制器模块和传感器组件，传感器组件包括温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器；温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器分别安装在胶体螺旋注射单元上并同时与控制器模块连接；控制器模块位于胶体螺旋注射单元和轨迹合成单元之间；所述胶体螺旋注射单元包括螺旋注射成型机、橡胶打印喷头和温度调节器；温度调节器安装在螺旋注射成型机和橡胶打印喷头之间。

【技术特征摘要】
1.轮胎3D打印系统，其特征在于：包括胶体螺旋注射单元、轨迹合成单元和轨迹控制单元；轨迹合成单元安装在胶体螺旋注射单元的出胶端侧；轨迹控制单元用于控制胶体螺旋注射参数和轨迹合成单元的运动参数；所述轨迹控制单元包括控制器模块和传感器组件，传感器组件包括温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器；温度传感器、压力传感器和胶体粘度传感器分别安装在胶体螺旋注射单元上并同时与控制器模块连接；控制器模块位于胶体螺旋注射单元和轨迹合成单元之间；所述胶体螺旋注射单元包括螺旋注射成型机、橡胶打印喷头和温度调节器；温度调节器安装在螺旋注射成型机和橡胶打印喷头之间。2.根据权利要求1所述轮胎3D打印系统，其特征在于：所述轨迹合成单元包括底座、前后移动组件、上下移动组件和旋转组件，所述前后移动组件安装在底座上，上下移动组件安装在前后移动组件上，旋转组件安装在上下移动组件上；所述前后移动组件包括托盘、驱动电机、水平光滑导轨副和螺杆驱动机构，驱动电机固定在底座上，水平光滑导轨副固定在底座两侧；螺杆驱动机构一端连接在驱动电机上，托盘的下侧面上设有与螺杆驱动机构的螺杆配合的螺母；水平光滑导轨副的可移动部分与托盘连接；所述上下移动组件包括竖直运动驱动电机、传动涡轮蜗杆副、竖直光滑导轨副、顶板、底板和导轨副连接构件，底板固定在托盘上，竖直运动驱动电机固定在底板上，传动涡轮蜗杆副的下端连接在竖直运动驱动电机上；导轨副连接构件对称的连接在竖直光滑导轨副的活动部分上；顶板固定在竖直光滑导轨副的顶端；传动涡轮蜗杆副的输出轴上部为外螺纹杆；顶板下侧面上固定有与传动涡轮蜗杆副的输出轴配合的内螺纹座；所述旋转组件包括旋转驱动电动机、传动轴和环状胎基；旋转驱动电动机固定在导轨副连接构件上，环状胎基安装在另一侧的导轨副连接构件上；传动轴同时穿过对称安装的导轨副连接构件，传动轴的两端分别与旋转驱动电动机和环状胎基连接。3.根据权利要求2所述轮胎3D打印系统，其特征在于：所述环状胎基的外侧面安装有组合胎槽，该组合胎槽包括环状侧板和环状基板；环状侧板安装在环状基板的两侧，并与环状基板形成与待打印轮胎内侧截面匹配的形状。4.根据权利要求3所述轮胎3D打印系统，其特征在于：所述环状侧板胶合在环状基板上，环状基板的内环面上设有固定键槽；所述环状胎基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明江，刘力，张传爱，胡雁鸣，王峰，张希敬，
申请(专利权)人：江苏江昕轮胎有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32