一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备制造技术

本发明专利技术涉及3D打印技术领域，更具体地说是涉及一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备，包括机架、主控制器、三维运动模组、供料装置和挤出装置，供料装置包括储料罐、活塞、气缸、空气压缩机、输料管、电磁阀、调压阀及换向阀，挤出装置包括步进电机Ⅱ、螺杆、联轴器、螺杆外套以及喷嘴。本发明专利技术能够应用于陶瓷复合类材料，水泥等建筑材料的打印成型，降低人工成本，实现了3D陶瓷打印的高精度打印，将3D打印技术、陶瓷成型、机电一体化以及3维模型设计技术相融合，成功实现传统陶瓷的自动成型，可以实现传统陶瓷拉坯工艺难以实现的异型，可以根据客户需求进行个性化定制，也可以在文化创意领域得到广泛应用实现了一些新的成型上的突破。

A new ceramic forming equipment based on 3D printing technology

The invention relates to the field of 3D printing technology, more specifically a new type of ceramic molding equipment based on 3D printing technology, including a frame, a main controller, a three dimensional motion module, a feeding device, and an extrusion device. The feeding device includes a storage tank, a piston, a cylinder, an air compressor, a feeding tube, a solenoid valve, and a pressure regulating valve. And the reversing valve, the extrusion device includes stepping motor II, screw, coupling, screw sleeve and nozzle. The invention can be applied to the printing and molding of ceramic composite materials, cement and other building materials, reduce the labor cost, realize high precision printing of 3D ceramic printing, and integrate 3D printing technology, ceramic molding, mechanical and electrical integration and 3 dimensional model design technology to achieve the automatic forming of traditional ceramics, and can realize the transmission of the traditional ceramics. It can be customized according to customers' needs and can be widely used in cultural and creative fields to achieve some new breakthroughs in molding.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备
本专利技术涉及3D打印
，更具体地说是涉及一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备。
技术介绍
陶瓷材料作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域还是新兴的的高新
都有广泛的应用；然而陶瓷成型是生产过程的关键，目前主要成型方法有：挤压成型、注浆成型、干压成型、凝胶注模成型等，这几种方法首先都是根据陶瓷产品的要求制备相应的模具，若设计或构件结构发生变化，需要重新制备模具，生产周期长，制作成本高，且制作的形状种类有限，结构复杂的器件无法运用传统成型方法，且制作时容易产生材料浪费；然而，随着工业的快速发展，这些传统的成型方法已经不能满足某些领域的要求，3D打印成型是近年来快速发展的一种新型成型方法，该方法主要优势表现在：制造精度高、生产周期短、可以实现复杂形状制造、个性化程度高等。目前为止，应用于陶瓷3D打印的技术主要有分层实体制造技术(LOM)、熔化沉积造型(FDM)、形状沉积成型(SDM)、喷墨打印成型(IJM)、立体光刻(SLA)、选区激光烧结(SLS)；但是熔化沉积造型精度低，垂直方向强度小，成型速度慢，原材料价格昂贵；形状沉积成型需要制作支撑，最后细微结构的支撑很难去除；喷墨打印法和选区激光烧结制备陶瓷材料存在陶瓷粉末颗粒之间间距大，坯体密度低，在高温烧结中无法致密化，且陶瓷性能较低；立体光刻制备陶瓷材料成本较高，可选择范围小，且成型材料具有毒性，设备价格昂贵等无法得到广泛应用。为了克服传统陶瓷制备方法中的缺陷以及现有陶瓷3D打印技术中的不足，目前已有公告号为CN205630921的中国专利文献公开了一种用于陶瓷3D打印机的输出装置，该装置能够应用于陶瓷复合材料，降低人工成本，但是该装置存在以下缺陷：(1)储料罐存储量有限，不能满足较大制品或长时间工作；(2)直接将料筒安装在3D打印机运动系统上，增加了3D打印机的负载，影响其打印精度；公告号为CN205889473的中国专利文献公开了一种气电联动的桌面型3D打印陶瓷设备，该设备主要通过真空加压控制供料系统给打印头装置输送陶泥原料，但是其真空加压方法会导致储料罐内气压不稳定，从而使挤出速度不均匀，影响成型质量。
技术实现思路
(一)解决的技术问题本专利技术目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备，具有结构简单、便于操作、成型精度精度高的优点，可以制备结构复杂的器件。(二)技术方案一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备，包括机架、三维运动模组、运动控制系统、供料装置、挤出装置和工作底板，所述机架由L型角槽及T型螺母固定起来，并利用铝型材搭建出X、Y、Z轴支架；所述的三维运动模组主要由线轨、步进电机、电机座、联轴器、限位开关、皮带、皮带轮、滑块以及丝杆组成，所述的线轨利用T型螺母安装在机架上的X、Y、Z轴支架中，所述步进电机Ⅰ由螺丝安装在电机座上，所述电机座利用T型螺丝固定在机架上，所述丝杆通过联轴器与步进电机Ⅰ连接，所述滑块与丝杆安装在一起，所述限位开关通过T型螺母固定在机架上，所述皮带通过皮带轮固定在X、Y、Z轴上，所述皮带通过螺丝与滑块连接，所述皮带轮连接有皮带轮基座；所述运动控制系统主要采用型号为mega2560的主控制器及触摸显示屏；所述供料装置主要由储料罐、活塞、气缸、空气压缩机、输料管、电磁阀、调压阀及换向阀组成，所述储料罐的底部加工成弧形，并在底部中间位置设置有出料口，所述活塞利用螺丝与气缸连接，所述气缸安装在储料罐的密封盖上，所述密封盖上设置两个孔，并分为进气孔和排气孔，所述进气孔通过气动接头与电磁阀、换向阀和调压阀连接，所述排气孔上设置排气阀，所述气缸通过气管与空气压缩机连接；所述挤出装置包括步进电机Ⅱ、螺杆、联轴器、螺杆外套以及喷嘴，所述步进电机Ⅱ通过联轴器与螺杆连接，所述螺杆安装在螺杆外套内部，所述螺杆外套上设置进料口，所述螺杆外套的底端设有挤出口，所述喷嘴安装在挤出口处。优选的，所述机架采用铝型材作为主要支撑材料，不仅质量轻，且硬度高、强度大，X、Y、Z轴采用线轨传动方式，使打印过程平稳进行，有助于提高打印精度。优选的，所述储料罐采用大容量不锈钢储料罐，减少更换打印材料频率。优选的，所述进气孔设有三通气管接头，并分为一个气压输入端，两个气压输出端，所述气压输出端分别作用于气缸的顶部和活塞上；所述换向阀设为三通换向阀，并分为一个换向阀输入端，两个换向阀输出端，所述换向阀输入端通过气管接头与调压阀连接，一个换向阀输出端通过气管接头与气压输入端连接，另一个换向阀输出端直接作用于气缸的底部；所述电磁阀设为两通电磁阀，并分为电磁阀输入端和电磁阀输出端，所述电磁阀输入端与空气压缩机连接，所述电磁阀输出端与调压阀连接，其中调压阀的作用是调节供料系统气压的大小，换向阀作用是改变气压方向，调整气缸伸缩，电磁阀作用是控制供料系统气源的通断。优选的，所述螺杆采用单螺旋结构，所述螺杆上的螺纹间距为16mm，螺纹深度4mm。优选的，所述螺杆外套的上侧设置有密封圈。优选的，所述进料口直径为16mm，所述喷嘴直径为1-3mm。(三)有益效果本专利技术提供的一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备能够应用于陶瓷复合类材料，水泥等建筑材料的打印成型，降低人工成本，实现了3D陶瓷打印的高精度打印，优点如下：(1)将3D打印技术、陶瓷成型、机电一体化以及3维模型设计技术相融合，成功实现传统陶瓷的自动成型，可以实现传统陶瓷拉坯工艺难以实现的异型，与石膏灌浆成型相比，可以直接成型，避免了石膏模具制作，同时制作周期短，可以根据客户需求进行个性化定制，且制作成本较低，也可以在文化创意领域得到广泛应用实现了一些新的成型上的突破。(2)相对于现有技术中的激光烧结和超高温粉末熔融技术来说，在打印过程中无需保护气体，还可以避免大一过程中的点烧结造成应力集中导致陶瓷器件打印失败，而是对陶瓷器件打印成型后再进行烧结，且设备结构及工艺过程较为简单，便于流水化生产及低能耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的，保护一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术供料装置的结构示意图；图3为本专利技术挤出装置的结构示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-机架，2-主控制器，3-供料装置，4-线轨，5-皮带轮，6-工作底板，7-皮带轮基座，8-皮带，9-挤出装置，10-挤出装置基座，11-滑块，12-限位开关，13-步进电机Ⅰ，14-丝杆，15-排气阀，16-三通气管接头，17-换向阀，18-调压阀，19-电磁阀，20-空气压缩机，21-气缸，22-活塞，23-储料罐，24-密封盖，25-螺杆外套，26-步进电机Ⅱ，27-联轴器，28-铜柱，29-密封圈，30-螺杆，31-进料口，32-喷嘴。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备，包括机架(1)、三维运动模组、运动控制系统、供料装置(3)、挤出装置(9)和工作底板(6)，其特征在于，所述机架(1)由L型角槽及T型螺母固定起来，并利用铝型材搭建出X、Y、Z轴支架；所述的三维运动模组主要由线轨(4)、步进电机Ⅰ(13)、电机座、联轴器(27)、限位开关(12)、皮带(8)、皮带轮(5)、滑块(11)以及丝杆(14)组成，所述的线轨(4)利用T型螺母安装在机架(10)上的X、Y、Z轴支架中，所述步进电机Ⅰ(13)由螺丝安装在电机座上，所述电机座利用T型螺丝固定在机架(1)上，所述丝杆(14)通过联轴器(27)与步进电机Ⅰ(13)连接，所述滑块(11)与丝杆(14)安装在一起，所述限位开关(12)通过T型螺母固定在机架(1)上，所述皮带(8)通过皮带轮(5)固定在X、Y、Z轴上，所述皮带(8)通过螺丝与滑块(11)连接，所述皮带轮(5)连接有皮带轮基座(7)；所述运动控制系统主要采用型号为mega2560的主控制器(2)及触摸显示屏；所述供料装置主要由储料罐(23)、活塞(22)、气缸(21)、空气压缩机(20)、输料管、电磁阀(19)、调压阀(18)及换向阀(17)组成，所述储料罐(23)的底部加工成弧形，并在底部中间位置设置有出料口，所述活塞(22)利用螺丝与气缸(21)连接，所述气缸(21)安装在储料罐(23)的密封盖(24)上，所述密封盖(24)上设置两个孔，并分为进气孔和排气孔，所述进气孔通过气动接头与电磁阀(19)、换向阀(17)和调压阀(18)连接，所述排气孔上设置排气阀(15)，所述气缸(21)通过气管与空气压缩机(20)连接；所述挤出装置(9)包括步进电机Ⅱ(26)、螺杆(30)、联轴器(27)、螺杆外套(25)以及喷嘴(32)，所述步进电机Ⅱ(26)通过联轴器(27)与螺杆(30)连接，所述螺杆(30)安装在螺杆外套(25)的内部，所述螺杆外套(25)上设置进料口(31)，所述螺杆外套(25)的底端设有挤出口，所述喷嘴(32)安装在挤出口处。...

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术的新型陶瓷成型装备，包括机架(1)、三维运动模组、运动控制系统、供料装置(3)、挤出装置(9)和工作底板(6)，其特征在于，所述机架(1)由L型角槽及T型螺母固定起来，并利用铝型材搭建出X、Y、Z轴支架；所述的三维运动模组主要由线轨(4)、步进电机Ⅰ(13)、电机座、联轴器(27)、限位开关(12)、皮带(8)、皮带轮(5)、滑块(11)以及丝杆(14)组成，所述的线轨(4)利用T型螺母安装在机架(10)上的X、Y、Z轴支架中，所述步进电机Ⅰ(13)由螺丝安装在电机座上，所述电机座利用T型螺丝固定在机架(1)上，所述丝杆(14)通过联轴器(27)与步进电机Ⅰ(13)连接，所述滑块(11)与丝杆(14)安装在一起，所述限位开关(12)通过T型螺母固定在机架(1)上，所述皮带(8)通过皮带轮(5)固定在X、Y、Z轴上，所述皮带(8)通过螺丝与滑块(11)连接，所述皮带轮(5)连接有皮带轮基座(7)；所述运动控制系统主要采用型号为mega2560的主控制器(2)及触摸显示屏；所述供料装置主要由储料罐(23)、活塞(22)、气缸(21)、空气压缩机(20)、输料管、电磁阀(19)、调压阀(18)及换向阀(17)组成，所述储料罐(23)的底部加工成弧形，并在底部中间位置设置有出料口，所述活塞(22)利用螺丝与气缸(21)连接，所述气缸(21)安装在储料罐(23)的密封盖(24)上，所述密封盖(24)上设置两个孔，并分为进气孔和排气孔，所述进气孔通过气动接头与电磁阀(19)、换向阀(17)和调压阀(18)连接，所述排气孔上设置排气阀(15)，所述气缸(21)通过气管与空气压缩机(20)连接；所述挤出装置(9)包括步进电机Ⅱ(26)、螺杆(30)、联轴器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈劲松，晁龙，郭建，黄大志，
申请(专利权)人：江苏省海洋资源开发研究院连云港，淮海工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32