一种单向大尺寸制件的3D打印方法及其打印装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种单向大尺寸制件的3D打印方法及其打印装置，对欲打印制件的模型进行分块处理后形成的代码进行特殊处理，能够实现打印头和打印床在打印过程重新自动调整打印位置，从而保证打印范围；本发明专利技术中的打印床为组合式结构，能够实现活动打印板的自由连接及拼装并最终形成能够满足单向尺寸要求的一体化打印床，该打印床能够在打印过程中配合打印头实现活动打印板的自动移位。本发明专利技术解决了现有3D打印设备单方向打印尺寸受限的问题，实现单向大尺寸制件的自动一体化3D打印，从而保证大尺寸制件的性能及尺寸精度，为诸多领域的单向大尺寸零部件的制造提供快速、有效的解决方案。

3D printing method and printing device for one-way large-size workpiece

3D printing method of the invention discloses a unidirectional large size product and printing device for printing parts model forming block processing code after special treatment, can achieve the print head and a bed in the printing process to automatically adjust the print position, thus ensuring the print range; the invention of the printing bed modular structure, can realize the activities of printed board free connection and assembly and eventually formed to meet the size requirements of the one-way integration print bed, the bed can automatically shift to print the print head with the printing process printing plate implementation activities. The invention solves the 3D printing device single direction print size limitation, realize the large size product automatic integration of 3D printing, so as to ensure the performance and dimensional accuracy of large size product, provide quick and effective solutions for manufacturing large size parts unidirectional in many fields.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于增材制造装备
，具体涉及一种单向大尺寸制件的3D打印方法及其打印装置。
技术介绍
3D打印即增材制造，它主要包括激光选择性烧结(SLS)、光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、熔融沉积技术(FDM)等。这些技术多通过计算机软件将欲打印制件的CAD三维模型沿某一个或几个方向分层切片处理后，得到每层截面轮廓的加工信息，在3D打印机中层层堆积，并采用不同方式来使堆积的材料固化，从来快速、精确的获得所需制件的方法。在该过程中，3D打印装置是必要的设备，这些设备因打印方式及打印材料的不同存在较大差异，以熔融沉积设备为例，其至少可以包括桌面式的3D打印机和工业级的3D打印机。然而，不论哪一种3D打印机，其均会受到机架尺寸的限制，其打印所得的制件均有一定的尺寸要求，目前，即使是大型的工业级3D打印机，比如，Stratasys公司的FDM900，其打印制件的最大长度也仅为900mm。因此，经常会出现打印制件的要求超过了3D打印机机架尺寸限制的情况。中国专利技术专利(申请号：201410422928.9)公开了一种大尺寸零部件的3D打印制造方法，该方法主要将待制造的大尺寸零部件分成若干部分，分别打印制造后再组合为一起，但是这会造成因切割拼接而影响到制件性能及尺寸精度，另外，也在无形中增加了打印前后处理过程的复杂性。同时，打印制品的性能除了与原材料的组成有关，还与打印路径等工艺因素有关，最近国际杂志上出版了一篇论文，[Ying-GuoZHOU,BeiSU,Lih-ShengTURNG.Depositing-InducedEffectsofIsotacticPolypropyleneandPolycarbonateCompositesDuringFusedDepositionModeling.RapidPrototypingJournal,2017,23(5),Doi:10.1108/RPJ-12-2015-0189.]，该文描述了在3D打印中，沿着打印方向在一些特定的工艺条件下材料会因打印诱导效应发生结构改变，从而使制品性能差异较大。因而，3D打印在特定的条件下，不仅仅是材料简单的堆积，而会因打印过程某一方向上的作用力起到改变材料结构的作用，分割打印并组合的方式则无法充分利用打印诱导效应，其在分割处往往容易形成力学性能的薄弱环节。对于大尺寸制件来说，其力学性能也往往是需要重点关注的，如果能够有效利用这种打印诱导效应，则对于提高制件性能会有较大帮助。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种单向大尺寸制件的3D打印方法及其打印装置。技术方案：本专利技术所述的一种单向大尺寸制件的3D打印方法，包括以下步骤：(1)根据欲打印制件的尺寸和活动打印板的尺寸确定需要的分块数量以及所需要的活动打印板数量，例如将两者的商值往上取整数；(2)将活动打印板进行连接拼装后进行无缝化处理(例如可以采用粘接的连接方式)，形成能够满足尺寸的一体化打印床；(3)对欲打印制件的模型分块处理后转化为用于打印的打印代码，进行合并且增加相应的处理代码，其中，合并方式包括每一层上的分块合并和综合合并，合并操作可以通过手工或者编制计算机程序来完成；(4)将打印床最边缘的活动打印板置于打印范围内开始打印，当打印尺寸超过机器的正常打印范围以及打印路径需要越过活动板时，打印床的控制电机带动相应的齿轮齿条结构驱动活动打印板运动，使相邻的活动打印板进入到机器的打印范围内；(5)打印头和活动打印板的调整同步调整，并继续沿着所需的打印路径进行打印；(6)如此往复，最终实现单个方向上的大尺寸制件的3D打印。本专利技术还公开一种应用于单向大尺寸制件的3D打印方法中的打印装置，包括机架以及安装于机架内的打印头和打印床组件，打印头悬于打印床组件上方，打印床组件包括安装于机架底部的支撑板、支撑板上方通过支撑元件固定有伸缩支架，伸缩支架上方安装有活动打印板，活动打印板上放置待打印的大尺寸制件；所述支撑板上还设有控制电机以及相应的齿轮齿条传动组件；所述打印头可在三维空间中的任意选定的两个方向上运动，同时打印床组件作为一个整体可沿另一个方向运动，最终实现在机架范围内三个方向上的打印。其中，所述齿轮齿条传动组件的齿条安装在活动打印板的伸缩支架，齿轮安装在控制电机的顶端，控制电机固定于支撑板，齿轮齿条传动组件将控制电机的旋转运动转变为活动打印板的直线运动。进一步的，所述机架上开设有一组活动门，当需要打印大尺寸制件时，只需将两扇活动门打开即可，活动打印板组成的打印床组件能够自由移动。进一步的，所述支撑板上与伸缩支架之间设有若干定位装置，以便于活动打印板在移动后能够被定位装置精确定位，所述伸缩支架的长度能够根据需要调整。进一步的，上述定位装置采用弹簧钢珠式定位装置。进一步的，所述活动打印板包括若干打印板本体，安装于打印板本体下方的支撑架，通过支撑架将打印板设置于伸缩支架，每个打印板本体两端均设置有连接接头，通过连接接头将各个打印板本体相连组成完整的活动打印板；活动打印板内部均安装有温度控制部件，温度控制部件相互之间可以联接成为一体，可以实现整个活动打印板(即各个打印板本体)的温度控制一致。进一步的，所述各个活动打印板的温度控制部件还可相互之间不进行连接，而分别控制，使得使用起来更加灵活便捷。有益效果：本专利技术能够通过增加活动打印板的数量来解决现有3D打印设备打印尺寸不足的问题，实现单向大尺寸零部件的自动化3D打印，活动打印板的温度控制也更加灵活，采用的齿轮齿条传动机构，能够使打印板的运动平稳，同时，该打印过程为一体化过程，从而为有效利用材料在打印过程中的打印诱导效应提供可能，这些均有利于保证大尺寸零件的性能及尺寸精度，从而为诸多领域的单向大尺寸零部件样件或成品的制造提供快速、有效的解决方案。综上，本专利技术解决了现有3D打印设备单方向打印尺寸受限的问题，实现单向大尺寸制件的自动一体化3D打印，从而保证了大尺寸制件的性能及尺寸精度，为诸多领域的单向大尺寸零部件的制造提供快速、有效的解决方案。附图说明图1为本专利技术中的打印方法流程示意图；图2为打印代码在每一层上的分块合并示意图；图3为本专利技术中的打印装置结构示意图；图4为本专利技术中的齿轮齿条传动组件结构示意图；图5为本专利技术中打印代码综合合并示意图；图6为本专利技术中对打印代码综合合并处理的计算机程序设计流程示意图。其中，1为打印头，2为待打印大尺寸制件，31为活动打印板，32为伸缩支架，33为支撑板，34为定位装置，35为控制电机，36为温度控制部件，4为机架，41为齿条，42为齿轮。具体实施方式下面结合附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例1：为了能够突破现有3D打印机在某个方向上的尺寸限制，本实施例中以X方向为例，并以使用3块活动打印板作为代表，对其相应的打印制件的前处理方法、打印装置以及打印过程说明如下：1)对打印制件的前处理当需要打印单向大尺寸制件时，除了和常规打印制件的前处理方法类似以外，还需要重点处理以下两个方面，其一，假设活动打印板X方向的长度为500mm，欲打印制件的X方向为1001～1500mm时，则确定需要的分块数量为3块(1500/500＝3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单向大尺寸制件的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据欲打印制件的尺寸和活动打印板的尺寸确定需要的分块数量以及所需要的活动打印板数量；(2)将活动打印板进行连接拼装后进行无缝化处理，形成能够满足尺寸的一体化打印床；(3)对欲打印制件的模型分块处理后转化为用于打印的代码，进行合并且增加相应的处理代码，其中，合并方式包括每一层上的分块合并和综合合并，合并操作通过手工或者编制计算机程序来完成；(4)将打印床最边缘的活动打印板置于打印范围内开始打印，当打印尺寸超过机器的正常打印范围以及打印路径需要越过活动板时，打印床的控制电机带动相应的齿轮齿条结构驱动活动打印板运动，使相邻的活动打印板进入到机器的打印范围内；(5)打印头和活动打印板的调整同步调整，并继续沿着所需的打印路径进行打印；(6)如此往复，最终实现单个方向上的大尺寸制件的3D打印。

【技术特征摘要】
1.一种单向大尺寸制件的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据欲打印制件的尺寸和活动打印板的尺寸确定需要的分块数量以及所需要的活动打印板数量；(2)将活动打印板进行连接拼装后进行无缝化处理，形成能够满足尺寸的一体化打印床；(3)对欲打印制件的模型分块处理后转化为用于打印的代码，进行合并且增加相应的处理代码，其中，合并方式包括每一层上的分块合并和综合合并，合并操作通过手工或者编制计算机程序来完成；(4)将打印床最边缘的活动打印板置于打印范围内开始打印，当打印尺寸超过机器的正常打印范围以及打印路径需要越过活动板时，打印床的控制电机带动相应的齿轮齿条结构驱动活动打印板运动，使相邻的活动打印板进入到机器的打印范围内；(5)打印头和活动打印板的调整同步调整，并继续沿着所需的打印路径进行打印；(6)如此往复，最终实现单个方向上的大尺寸制件的3D打印。2.根据权利要求1所述的单向大尺寸制件的3D打印方法，其特征在于：所述步骤(1)中活动打印板的分块数量的确定方法为：将打印制件和活动打印板的尺寸两者的商值往上取整数即可；所述步骤(2)中的无缝化处理的方式包括粘贴。3.一种实现基于权利要求1或2任意一项所述的单向大尺寸制件的3D打印方法的打印装置，其特征在于：包括机架以及安装于机架内的打印头和打印床组件，打印头悬于打印床组件上方，打印床组件包括安装于机架底部的支撑板、支撑板上方通过支撑元件固定有伸缩支架，伸缩支架上方安装有活动打印板，活动打印板上放置待打印的大尺寸制件；所述支撑板上还设有控制电机以及相应的齿轮齿条传动组...

【专利技术属性】
技术研发人员：周应国，周晶晶，梅以洵，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32