一种塔吊式3D打印设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种塔吊式3D打印设备及方法，该设备包括打印喷头、送料管、XY轴平移系统、承载架、Z轴升降系统、旋转基座以及工作台。丝材经送料管接入打印喷头，打印喷头安装于XY轴平移系统上并由XY轴驱动电机驱动XY向丝杆转动对打印喷头作水平移动，可完成熔融丝材在平面形成二维薄层，XY轴平移系统安装于承载架中，Z轴升降系统由Z轴驱动电机驱动Z向丝杆转动对承载架、XY轴平移系统和打印喷头作竖直运动，每完成一层厚的成型Z轴升降系统驱动打印喷头上移一个层厚的距离进行下一层的累加成型，旋转基座对Z轴升降系统、XY轴平移系统以及打印喷头作旋转运动对三维实体完成平面成型。本发明专利技术可免去打印之前的调平过程，提升打印速度及效率。

Tower crane type 3D printing equipment and method

The invention discloses a tower crane type 3D printing device and a method thereof. The device comprises a printing nozzle, a feeding pipe, an XY axis translation system, a bearing frame, a Z axis lifting system, a rotating base and a worktable. The wire is connected to the printer nozzle through the feeding pipe. The printer nozzle is mounted on the XY axis translation system and driven by the XY axis motor to move horizontally to the screw to rotate the printer nozzle. Rotating rod makes vertical movement to bearing frame, XY axis translation system and printing nozzle. Each layer of thick forming Z axis lifting system drives the printing nozzle to move up a layer of thickness for the next layer accumulative forming. Rotating base makes rotation movement to Z axis lifting system, XY axis translation system and printing nozzle to complete the three-dimensional solid. Flat forming. The invention can avoid printing the leveling process before printing, and improve printing speed and efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种塔吊式3D打印设备及方法
本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种塔吊式3D打印设备及方法。
技术介绍
快速成型(RapidPrototyping，RP)技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种先进制造技术，是服务于制造业新产品开发的一种关键技术。它对促进企业的产品创新、缩短新产品研发周期、提高产品竞争力等起着积极的推动作用。该技术自问世以来，逐渐在世界各国的制造业中得到了广泛的应用，并由此催生出一个新兴的
3D打印技术作为一种新兴的快速成型技术，主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，用于代替这些领域的一些传统的精加工工艺。另外，3D打印技术也逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装等领域，为创新开拓了广阔的空间。目前，3D打印成型方式主要包括熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结成型(SLS)、光固化成型(SLA)、分层实体成型(LOM)等技术，其中FDM发展最快，设备最普及。FDM是指丝状热塑性材料由送丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态，经喷嘴挤出。熔融态的丝状材料被挤压出来，按照三维软件的分层数据控制的路径挤压并在指定的位置凝固成型，逐层沉积凝固，最后形成整个三维产品。FDM的操作环境干净、安全，工艺简单、易于操作，且不产生垃圾，因此大大拓宽了操作场合。其所用原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。但是现阶段，FDM成型方式存在本质上的缺陷。FDM打印机其打印喷头在XY水平面运动并挤出熔融物料，工作台则作Z轴垂直运动便于层层打印，在打印之前往往需要调节工作台平衡，为了使工作台各个部位同打印喷头距离间隙相等，以防止物料悬空及错层等现象，调平过程在一定程度上影响打印速度及效率等技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服了上述现有技术中的缺点，提供一种塔吊式3D打印设备及方法，采用该设备，可免去打印之前的调平过程，提升打印速度及效率。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种塔吊式3D打印设备，主要包括打印喷头、送料管、XY轴平移系统(XY向丝杆、XY向导杆、XY轴驱动电机)、承载架、Z轴升降系统(Z轴驱动电机、Z向丝杆、Z向导杆)、旋转基座以及工作台。送料管安装于打印喷头上侧，打印喷头安装于XY轴平移系统上，XY轴平移系统由XY轴驱动电机驱动XY向丝杆转动对打印喷头作水平移动，XY轴平移系统安装于承载架中，承载架一端安装于Z轴升降系统上，Z轴升降系统由Z轴驱动电机驱动Z向丝杆转动对XY轴平移系统以及打印喷头作Z轴竖直移动，旋转基座安装于Z轴升降系统底部，用来对Z轴升降系统、XY轴平移系统以及打印喷头作旋转运动，工作台安装于底部且固定不动。上述塔吊式3D打印设备中，所述打印喷头内置有搅拌旋桨，内为真空且喷头出口为圆柱形，其喷射方向垂直于所述的工作台。上述塔吊式3D打印设备中，所述送料管为不锈钢耐压金属软管，其一端连接打印丝材，一端连接打印喷头，将丝材运送至打印喷头。上述塔吊式3D打印设备中，所述XY轴平移系统包括XY轴驱动电机、一根XY向丝杆、两根XY向导杆，XY向丝杆与XY向导杆均为水平方向，XY轴驱动电机驱动XY向丝杆作旋转运动，通过XY向导杆定位，对安装于其上的打印喷头作XY向水平运动。上述塔吊式3D打印设备中，所述承载架内安装XY轴平移系统，外部安装于Z轴升降系统上，用于承接Z轴升降系统与XY轴平移系统。上述塔吊式3D打印设备中，所述Z轴升降系统包括Z轴驱动电机、一根Z向丝杆、两根Z向导杆，Z向丝杆与Z向导杆均为竖直方向，Z轴驱动电机驱动Z向丝杆作旋转运动，通过Z向导杆定位，对安装于其上的承载架以及承载架上连接的XY轴平移系统和打印喷头作Z向竖直运动。上述塔吊式3D打印设备中，所述旋转基座位于Z轴升降系统底部连接处，由电机驱动基座旋转，带动Z轴升降系统进行旋转。上述塔吊式3D打印设备中，所述工作台为石英玻璃材质，固定于打印设备最底部，工作台的表面镀覆一层0.8mm-1.5mm厚的乙烯四氟乙烯共聚物。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是，省去了以往FDM设备调平过程，避免出现了物料悬空及错层等现象，提升了打印速度及效率。附图说明图1是塔吊式3D打印设备结构示意图。图中各数字标号的名称分别是：1一打印喷头，2-送料管，3-XY向丝杆，4-XY向导杆，5-XY轴驱动电机，6-承载架，7-Z轴驱动电机，8-Z向丝杆，9-Z向导杆，10-旋转基座，11-工作台。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应被认为属于本专利技术保护的范围。参见附图1，本专利技术所述的塔吊式3D打印设备由打印喷头1、送料管2、XY轴平移系统(XY向丝杆3、XY向导杆4、XY轴驱动电机5)、承载架6、Z轴升降系统(Z轴驱动电机7、Z向丝杆8、Z向导杆9)、旋转基座10以及工作台11组成。送料管2安装于打印喷头1上侧，丝材经送料管2接入打印喷头1，打印喷头1安装于XY轴平移系统(3、4、5)上，XY轴平移系统(3、4、5)包括XY向丝杆3、XY向导杆4、XY轴驱动电机5，XY轴平移系统(3、4、5)由XY轴驱动电机5驱动XY向丝杆4转动对打印喷头1作水平移动，可完成熔融丝材在平面形成二维薄层，XY轴平移系统(3、4、5)安装于承载架6中，承载架6一端安装于Z轴升降系统(7、8、9)上，Z轴升降系统(7、8、9)包括Z轴驱动电机7、Z向丝杆8、Z向导杆9，Z轴升降系统(7、8、9)由Z轴驱动电机7驱动Z向丝杆8转动对XY轴平移系统(3、4、5)以及打印喷头1作竖直运动，每完成一层厚的成型Z轴升降系统(7、8、9)驱动打印喷头1上移一个层厚的距离，从而进行下一层的累加成型，旋转基座10安装于Z轴升降系统(7、8、9)底部，用来对Z轴升降系统(7、8、9)、XY轴平移系统(3、4、5)以及打印喷头1作旋转运动，配合XY轴平移系统(3、4、5)对三维实体完成平面成型，工作台11安装于Z轴升降系统(7、8、9)底部且固定不动，用来固定三维实体。如图1所示，该塔吊式3D打印设备工作方法如下：步骤1：开启塔吊式3D打印设备、计算机控制系统，将丝材原材料插进送料管2并连接至打印喷头1；步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层扫描路径经过软件计算传输给XY轴平移系统(3、4、5)、Z轴升降系统(7、8、9)、旋转基座10；步骤3：Z轴升降系统(7、8、9)驱动XY轴平移系统(3、4、5)竖直运动直至打印喷头1距离工作台11一个层厚的距离；步骤4：打印喷头1将送料管2内的丝材进行熔融并挤出，通过XY轴平移系统(3、4、5)对打印喷头1的平移运动与旋转基座10对打印喷头1的旋转运动在工作台11上形成第一层二维截面薄层；步骤5：完成三维实体上一层成型后，Z轴升降系统(7、8、9)对XY轴平移系统(3、4、5)以及其上的打印喷头1在竖直方向向上上升一个层厚的距离，再通过XY轴平移系统(3、4、5)对打印喷头1的平移运动与旋转基座10对打印喷头1的旋转运动在工作台11上一层二维截面薄层的基础上形成下一层二维截面薄层；步骤6：重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔吊式3D打印设备及方法，其特征在于：包括打印喷头(1)、送料管(2)、XY轴平移系统包括XY向丝杆(3)、XY向导杆(4)、XY轴驱动电机(5)、承载架(6)、Z轴升降系统包括Z轴驱动电机(7)、Z向丝杆(8)、Z向导杆(9)、旋转基座(10)以及工作台(11)组成，送料管(2)安装于打印喷头(1)上侧，丝材经送料管(2)接入打印喷头(1)，打印喷头(1)安装于XY轴平移系统(3、4、5)上，XY轴平移系统(3、4、5)由XY轴驱动电机(5)驱动XY向丝杆(4)转动对打印喷头(1)作水平移动，可完成熔融丝材在平面形成二维薄层，XY轴平移系统(3、4、5)安装于承载架(6)中，承载架(6)一端安装于Z轴升降系统(7、8、9)上，Z轴升降系统(7、8、9)由Z轴驱动电机(7)驱动Z向丝杆(8)转动对XY轴平移系统(3、4、5)以及打印喷头(1)作竖直运动，每完成一层厚的成型Z轴升降系统(7、8、9)驱动打印喷头(1)上移一个层厚的距离，从而进行下一层的累加成型，旋转基座(10)安装于Z轴升降系统(7、8、9)底部，用来对Z轴升降系统(7、8、9)、XY轴平移系统(3、4、5)以及打印喷头(1)作旋转运动，配合XY轴平移系统(3、4、5)对三维实体完成平面成型，工作台(11)安装于Z轴升降系统(7、8、9)底部且固定不动，用来固定三维实体。...

【技术特征摘要】
1.一种塔吊式3D打印设备及方法，其特征在于：包括打印喷头(1)、送料管(2)、XY轴平移系统包括XY向丝杆(3)、XY向导杆(4)、XY轴驱动电机(5)、承载架(6)、Z轴升降系统包括Z轴驱动电机(7)、Z向丝杆(8)、Z向导杆(9)、旋转基座(10)以及工作台(11)组成，送料管(2)安装于打印喷头(1)上侧，丝材经送料管(2)接入打印喷头(1)，打印喷头(1)安装于XY轴平移系统(3、4、5)上，XY轴平移系统(3、4、5)由XY轴驱动电机(5)驱动XY向丝杆(4)转动对打印喷头(1)作水平移动，可完成熔融丝材在平面形成二维薄层，XY轴平移系统(3、4、5)安装于承载架(6)中，承载架(6)一端安装于Z轴升降系统(7、8、9)上，Z轴升降系统(7、8、9)由Z轴驱动电机(7)驱动Z向丝杆(8)转动对XY轴平移系统(3、4、5)以及打印喷头(1)作竖直运动，每完成一层厚的成型Z轴升降系统(7、8、9)驱动打印喷头(1)上移一个层厚的距离，从而进行下一层的累加成型，旋转基座(10)安装于Z轴升降系统(7、8、9)底部，用来对Z轴升降系统(7、8、9)、XY轴平移系统(3、4、5)以及打印喷头(1)作旋转运动，配合XY轴平移系统(3、4、5)对三维实体完成平面成型，工作台(11)安装于Z轴升降系统(7、8、9)底部且固定不动，用来固定三维实体。2.根据权利要求1所述的一种塔吊式3D打印设备及方法，其特征在于：所述的打印喷头(1)内置有搅拌旋桨，内为真空且喷头出口为圆柱形，其喷射方向垂直于所述的工作台(11)。3.根据权利要求1所述的一种塔吊式3D打印设备及方法，其特征在于：所述的XY轴平移系统(3、4、5)包括XY轴驱动电机(5)、一根XY向丝杆(3)、两根XY向导杆(4)，XY向丝杆(3)与XY向导杆(4)均为水平方向，XY轴驱动电机(5)驱动XY向丝杆(3)作旋转运动，通过XY向导杆(4)定位，对安装于其上的打印喷头(1)作XY向水平运动。4.根据权利要求1所述的一种塔吊式3D打印设备及方法，其特征在于：所述的承载架(6)内安装XY轴平移系统(3、4、5)，外部安装于Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗学文，徐文博，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61