使用工业原料的3D打印机制造技术

本发明专利技术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。包括数控系统、底座，安装在底座上的XYZ三进给轴总成，固定连接在XYZ三进给轴总成的水平的工作平台，其特征是在所述的工作平台的上方，设置与底座固定连接的喷头机构，所述的喷头机构包括喷头、与喷头相连的挤出装置和供料筒。解决了目前所使用的耗材、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。本发明专利技术具有结构简单，生产成本低的特点，对于推广应用3D打印制造技术具有积极效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术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
。包括数控系统、底座，安装在底座上的XYZ三进给轴总成，固定连接在XYZ三进给轴总成的水平的工作平台，其特征是在所述的工作平台的上方，设置与底座固定连接的喷头机构，所述的喷头机构包括喷头、与喷头相连的挤出装置和供料筒。解决了目前所使用的耗材、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。本专利技术具有结构简单，生产成本低的特点，对于推广应用3D打印制造技术具有积极效果。【专利说明】使用工业原料的3D打印机
本专利技术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
。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术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。 本专利技术的技术方案: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；本专利技术不使用分层软件，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。 本专利技术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。 2、工作平台机构，具有一定的强度和刚度要求，可以承载成型零部件的重量和打印过程中速度的周期性变化；支撑结构合理，在打印过程中，成型零部件重心的变化不影响打印精度；具有合理的形状和尺寸，采用轻量化设计；对于融化堆积成型，提供加热和温度保持功能，具有合适的摩擦系数，可以很好的固定第一层打印材料；对于湿法挤出的，提供恒定低温，并且具有对有机溶剂及胶粘剂的抗腐蚀能力；使用双平台结构解决凝固收缩，上层平台是一张布满小孔的筛子，没个孔都是锥形通孔，小孔朝上；孔的锥度、密度和平台厚度是负相关的，如果是非金属材料，厚度在1mm左右；如果是金属材料或者玻璃，厚度在4mm左右；上层平台可以方面拆卸。设有平台调平装置，保证工作平台平面对喷头出料口的垂直度要求。根据零部件精度要求，工作平台的平面度有合理的数值。 3、进给机构，根据机床右手坐标系，提供X、Y、Z三个方向的直线运动或者转动，运动控制机构，并可以支撑所分担的重量、摩擦力、制动力等；三个方向的传动机构、导向机构、支撑机构等采用模块化设计，传动机构选用丝杠、齿轮齿条或者同步带等标准零部件，导向机构选用直线滚动导轨、滚动导轨块、滑动导轨、静压导轨等，支撑机构选用标准型材。以上可以根据具体情况进行合理选择。进行适当的结构加强装置保证力学性能。Z轴滚珠丝杠传动、直线滚动导轨、采用铝合金型材作为支撑结构，丝杠、电机、导轨都固定在上面。电机驱动丝杠旋转，驱动电机带有制动，防止断电后，可以有效控制工作台，丝杠螺母联接工作台，工作台沿Z轴做直线运动，Z轴如果2个及以上驱动轴，所有的电机必须同步；想应的机械机构需要进行同步矫正。Z轴支撑固定在Y轴丝杠螺母上，电机驱动丝杠，带动螺母沿Y轴做直线运动，采用铝合金型材作为支撑结构，丝杠、电机、直线滚动导轨都固定在上面。Y轴支撑固定在X轴丝杠螺母上，电机驱动丝杠，带动螺母沿X轴做直线运动，采用铝合金型材作为支撑结构，丝杠、电机、直线滚动导轨都固定在上面。X轴通过J固定在可调整的平台P上，P有严格的平面度要求，各边有严格的垂直度和平行度要求，J有调整装置，保证X轴相对于P的形位公差要求。Y、Z轴的形位公差通过安装特征进行保证，X、Y、Z如果都有二根及以上时，同轴之间使用连接梁保证相应的形位公差，并提高运动刚度。如果需要，进给机构的转动，都有P提供。每根轴上都装有限位开关和位移及速度传感器，用于闭环控制的输入信号。 4、控制系统。由两部分组成:PR0/E软件和数控铣削控制系统。前者完成模型设计和G代码生成，后者负责接收来自电脑或者网线远程传输的G代码并执行。 利用PR0/E进行三维模型设计，利用PR0E/NC进行三轴以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用工业原料的3D打印机，包括数控系统、底座，安装在底座上的XYZ三进给轴总成，固定连接在XYZ三进给轴总成的水平的工作平台，其特征是在所述的工作平台的上方，设置与底座固定连接的喷头机构，所述的喷头机构包括喷头、与喷头相连的挤出装置和供料筒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勇，
申请(专利权)人：中国重汽集团济南动力有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37