一种3D打印装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种3D打印装置和方法，其中，所述装置包括：打印喷头、多轴机械臂、温控系统、工作平台、机箱和控制单元；打印喷头通过多轴机械臂活动设置在机箱内，多轴机械臂用于控制打印喷头实现任一方向的打印材料的堆叠；打印喷头有两个，分别为金属打印喷头和非金属打印喷头；温控系统包括表面温控装置，表面温控装置活动设置在机箱内，表面温控装置用于在任一打印喷头打印前，对已打印材料上任一打印喷头的目标打印位置进行加热；工作平台设置在机箱内；控制单元分别与多轴机械臂和温控系统电连接。本发明专利技术提供的一种3D打印装置和方法，通过减小打印喷头的挤出材料与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。

A 3D printing device and method

The invention provides a 3D printing device and method, wherein, the device comprises a print head, multi axis manipulator, temperature control system, working platform, chassis and control unit; the print head through the multi axis mechanical arm is movably arranged on the chassis, multi axis manipulator for stacking the printed material printing head to achieve any control the direction of the print head; two, respectively. The metal and non metal printing printing spray nozzle; temperature control system including the surface temperature control device, the active surface of the temperature control device is arranged in the chassis, the surface temperature control device used in the printing of any print head before the heating of the target position has a print print material print head of the work; the platform is arranged inside a housing; the control unit is respectively connected with multi axis mechanical arm and the temperature control system of electric. The 3D printing device and method provided by the invention can increase the printing composite strength and improve the quality of printing products by reducing the temperature difference between the extrusion material and the target print position of the print nozzle.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印装置和方法
本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种3D打印装置和方法。
技术介绍
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(FusedDepositionModeling)打印技术是3D打印
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FDM3D打印技术及其打印制品的质量仍需改善。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提出一种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。优选地，所述温控系统还包括喷头温控装置、平台温控装置和机箱温控装置，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；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和喷头制冷装置，所述控制单元根据所述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；任一所述打印喷头内部的活塞与步进电机连接，所述步进电机用于精确控制所述任一打印喷头的挤出量；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和平台制冷装置；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和机箱制冷装置；所述喷头温控装置、所述平台温控装置、所述表面温控装置与所述机箱温控装置协同作业，用于在任一打印喷头作业完成后、另一打印喷头作业开始前，调节所述另一打印喷头挤出材料的挤出温度、工作平台温度、所述目标打印位置的温度和机箱内环境温度，减小所述另一打印喷头挤出材料与所述目标打印位置间的温差。另一方面，本专利技术提出一种基于如前所述装置的3D打印方法，包括：S1，控制所述机箱温控装置使所述机箱内环境温度稳定在第一预设温度；控制所述平台温控装置使所述工作平台温度稳定在第二预设温度；S2，控制所述喷头温控装置使任一所述打印喷头挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；S3，控制所述表面温控装置使已打印材料上所述任一打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度；S4，控制所述多轴机械臂带动所述任一打印喷头执行打印操作；S5，所述任一打印喷头打印操作完成后，控制所述喷头温控装置使另一所述打印喷头挤出材料的挤出温度稳定在第三预设温度；S6，控制所述表面温控装置使已打印材料上所述另一打印喷头的目标打印位置的温度达到第四预设温度；S7，控制所述多轴机械臂带动所述另一打印喷头执行打印操作。本专利技术提供的一种3D打印装置和方法，通过控制单元调控温控系统，减小打印喷头挤出材料与目标打印位置间的温差，增加了打印复合强度，提高了打印制品质量。附图说明图1为本专利技术具体实施例的一种3D打印装置的整体结构示意图；图2为本专利技术具体实施例的打印喷头结构示意图；图3为本专利技术具体实施例的一种3D打印方法的整体流程示意图；附图标记说明：1-打印喷头；2-表面温控装置；3-工作平台；201-活塞；4-机箱；5-多轴机械臂；6-机箱加温装置；7-机箱制冷装置。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术具体实施例的一种3D打印装置的整体结构示意图，如图1所示，一种3D打印装置，包括：打印喷头1、多轴机械臂5、温控系统、工作平台3、机箱4和控制单元；所述打印喷头1通过所述多轴机械臂5活动设置在所述机箱4内，所述多轴机械臂用于控制所述打印喷头1实现任一方向的打印材料的堆叠；所述打印喷头1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2，所述表面温控装置2活动设置在所述机箱4内，所述表面温控装置2用于在任一所述打印喷头1打印前，对已打印材料上任一所述打印喷头1的目标打印位置进行加热；所述工作平台3设置在所述机箱4内；所述控制单元分别与所述多轴机械臂5和所述温控系统电连接。具体地，为了解决打印复合强度低的问题，减小打印喷头的挤出材料与目标打印位置间的温差，需要对已经打印的材料上的目标打印位置温度进行控制。由于打印材料的逐层堆积，后面打印的材料由于空气的散热等原因，表面温度与打印喷头1挤出材料的挤出温度相差较大，而传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓锋，刘静，于洋，
申请(专利权)人：北京梦之墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11