可分段控温成型的3D打印装置制造方法及图纸

本申请公开了一种可分段控温成型的3D打印装置，涉及3D打印领域。3D打印装置包括成型室、冷却器总成、支架、打印机构、X向Y向运动结构及打印平台。成型室为封闭结构。冷却器总成配置成通过半导体制冷片制冷。支架用作安装基础。Z向运动结构用于提供沿Z向的运动。打印机构用于打印物体。打印平台用作打印支撑。X向Y向运动结构用于带动打印平台沿X向、Y向运动。本申请能够分段控制料管和喷头的温度，可适用的材料种类能够得到扩展，特别是低熔点和低比热容的材料、以及时高粘度和需要高挤出力的材料均能得到很好的适用。通过半导体制冷片制冷，避免了未很好凝固而产生塌陷和堆积不起来的问题，从而得到高质量的3D打印零件。

A 3D Printing Device for Temperature-Controllable Molding by Segments

This application discloses a 3D printing device which can be formed by staged temperature control, and relates to the field of 3D printing. The 3D printing device includes a forming chamber, a cooler assembly, a bracket, a printer mechanism, an X-to-Y motion structure and a printing platform. The forming chamber has a closed structure. The cooler assembly is configured to refrigerate through a semiconductor refrigerating sheet. The bracket is used as the installation foundation. The Z-direction motion structure is used to provide motion along the Z-direction. The printer mechanism is used to print objects. Printing platform is used as printing support. The X-to-Y motion structure is used to drive the printing platform to move along the X-to-Y direction. This application can control the temperature of the tube and nozzle in stages, and the applicable materials can be expanded, especially the materials with low melting point and low specific heat capacity, as well as the materials with high viscosity and high extrusion force. By refrigerating with semiconductor refrigeration sheet, the problem of collapse and accumulation caused by poor solidification is avoided, and high quality 3D printing parts are obtained.

【技术实现步骤摘要】
可分段控温成型的3D打印装置
本申请涉及3D打印领域，特别是涉及一种可分段控温成型的3D打印装置。
技术介绍
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。现有打印颗粒料、粉料及其他类型材料的柱塞式3D打印装置，对挤出材料通常采用无有效冷却方式或采用单一的风扇冷却。且现有的3D打印装置的挤出方式为单一的直线电机模式或单边驱动模式。而随着3D打印材料多样性的发展，特别是在低熔点、低比热容和高粘度材料应用到3D打印制作中时，由于单一的依靠空冷和风扇冷却不能满足3D打印的要求，使得挤出材料的热量不能及时的被带走，造成成型困难。由于挤出力不足、损失，造成挤出成型困难。从而导致打印质量不佳的问题，甚至此类材料打印过程中存在塌陷的问题，由此制约了3D打印技术的发展。
技术实现思路
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题，研制出一种能够兼容多种材料打印的可分段控温成型的3D打印装置。本申请提供了一种可分段控温成型的3D打印装置，包括：成型室，为封闭结构，用于保温及容纳3D打印装置的其他零件，具有开门，用于取件及维修；冷却器总成，固定在所述成型室处，用于降低所述成型室内的温度，所述冷却器总成配置成通过半导体制冷片制冷；支架，为龙门型支架，固定在所述成型室内，用做安装基础；Z向运动结构，安装在所述支架的横梁处，用于提供沿Z向的运动；打印机构，用于打印物体，通过所述Z向运动结构悬挂在所述支架的横梁处，并通过所述Z向运动结构可相对所述支架上、下移动，所述打印机构具有料管和喷头，所述打印机构配置成能够分段控制所述料管和所述喷头的温度；X向、Y向运动结构，对应安装在所述成型室的底部，用于提供沿X向、Y向的运动；和打印平台，用作打印支撑，安装在所述X向、Y向运动结构上，通过所述X向、Y向运动结构可相对所述支架的前、后、左、右移动；其中，X向为所述打印平台的水平方向，Y向为所述打印平台的垂直方向，Z向为垂直于所述打印平台的方向。可选地，所述冷却器总成包括：上、下布置的散热端风扇和热端散热器，散热端风扇用于为热端散热器散热，热端散热器用于散发热量；半导体制冷片，具有冷端和热端，冷端用于吸热，热端用于放出热量；及上、下布置的冷端风扇和冷端制冷器，冷端风扇用于为冷端制冷器制冷，冷端制冷器用于吸收热量；其中，所述热端散热器与所述半导体制冷片的热端贴合并用螺栓连接，所述冷端制冷器与所述半导体制冷片的冷端贴合并用螺栓连接，所述散热端风扇与所述冷端风扇之间设有隔热保温垫。可选地，所述Z向运动结构包括：动力组件，用于为所述Z向运动结构提供动力，包括：电机安装板，固定连接在丝杆安装板的底部，用作Z轴电机的安装基础；Z轴电机，安装在所述电机安装板上，用于提供旋转动力；运动转化组件，用于将所述Z向运动结构的旋转运动改变为直线运动，包括：丝杆安装板，固定在所述横梁处，用作Z轴丝杆的安装基础；Z轴丝杆，沿Z向设置，其上端与所述丝杆安装板的上端固定，下端通过轴承与所述电机安装板固定；丝杆方螺母，通过螺栓与所述打印机构固定连接，并与所述Z轴丝杆相啮合，以使得所述丝杆方螺母沿所述Z轴丝杆上、下移动；传动组件，用于将所述Z轴出电机的动力传输至所述运动转化组件，包括：两个同步轮，对应安装在所述Z轴电机的输出轴及所述Z轴丝杆的下端，通过绕过所述两个同步轮的同步带，带动两个同步轮同转；导向组件，用于为所述Z向运动结构的直线运动提供运动导向，包括：两个滑块，对应布置在所述Z轴丝杆的两侧，每一滑块通过螺栓与所述横梁固定连接；和两个直线导轨，对应布置在所述Z轴丝杆处并与所述两个滑块的位置相对应，每一直线导轨通过螺栓固定在所述打印机构处，每一直线导轨穿过对应的滑块，并在所述丝杆方螺母的带动下沿Z向上、下滑动，以为所述Z向运动结构导向；其中，所述Z轴电机转动，带动其上的同步轮转动，通过所述同步带，带动所述Z轴丝杆上的同步轮同转，所述Z轴丝杆转动，使得所述丝杆方螺母带动所述打印机构沿所述Z轴丝杆上、下移动。可选地，所述打印机构还包括：安装组件，用于通过所述Z向运动结构悬挂在所述横梁处，包括整体呈上端连接板、后端连接板及喷头下端安装板，所述后端连接板垂直固定在所述上端连接板一侧，所述喷头下端安装板垂直固定在所述后端连接板的底部；挤压结构，安装在所述安装组件处，用于带动柱塞沿Z向上、下移动；及柱塞，一端固定在所述挤压结构处，另一端伸入所述料管内，用于通过挤压结构的作用挤压所述料管中的物料，并使所述物料由所述喷头挤出。可选地，所述挤压结构包括：动力组件，用于为所述挤压结构提供动力，包括：电机固定板，与所述喷头下端安装板固定连接，用于安装挤出电机；挤出电机，安装在所述电机固定板处，用于提供挤出动力；运动转化组件，用于将旋转运动改变为直线运动，包括：柱塞连接板，位于所述上端连接板的下方，可沿Z向上、下移动，所述柱塞的一端固定在所述柱塞连接板处，通过所述柱塞连接板的下移挤压所述柱塞；两个挤出丝杆，对应布置在所述柱塞的两侧并沿Z向设置，每一挤出丝杆的一端固定在所述上端连接板处，另一端位于所述喷头下端安装板处；两个挤出丝杆螺母，与所述两个挤出丝杆相匹配，固定连接在所述柱塞连接板处与对应的挤出丝杆啮合，以带动所述柱塞连接板沿两个挤出丝杆上、下移动；传动组件，用于将所述挤出电机的动力传输至所述运动转化组件，包括：三个挤压结构的同步轮，对应安装在所述挤出电机的输出轴及所述两个挤出丝杆的下端，通过绕过所述三个挤压结构的同步轮的同步带，带动三个挤压结构的同步轮同转；导向组件，用于为所述挤压结构的直线运动提供运动导向，包括：两个挤压结构的直线导轨，沿Z向设置并对应安装在所述上端连接板的后部两侧，每一挤压结构的直线导轨的一端固定在所述上端连接板处；两个直线轴承，与所述两个挤压结构的直线导轨相配并对应安装在所述柱塞连接板处，每一挤压结构的直线导轨的另一端经对应的直线轴承伸入所述喷头下端安装板处，每一直线轴承带动所述柱塞连接板沿对应的挤压结构的直线导轨上、下移动；其中，所述挤出电机转动，带动其上的同步轮转动，通过所述同步带，带动所述两个挤出丝杆上的同步轮同转，所述两个挤出丝杆转动，使得所述两个挤出丝杆螺母带动所述柱塞连接板沿Z向上、下移动。可选地，所述两个挤出丝杆的作用力点与所述柱塞的受力点位于同一条直线，且受力点居于两作用力点的中间。可选地，所述料管及所述喷头内部相连通且它们均固定在所述喷头下端安装板处，所述打印机构还包括喷头加热棒、喷嘴和料管加热棒，所述喷头加热棒固定在所述喷头的壁内，用于为所述喷头加热，所述料管加热棒固定在所述料管的壁内，用于为所述料管加热，所述喷嘴以螺纹连接形式安装在所述喷头的底端。可选地，所述打印机构还包括隔热垫，安装在所述料管及所述喷头之间，以保证所述料管与所述喷头的温度互不影响。可选地，所述X向、Y向运动结构包括安装方向互为垂直的X向运动结构与Y向运动结构，每一运动结构包括：对应的安装板，固定在所述打印平台的下方；动力组件，用于为所述每一运动结构提供动力，包括：电机固定座，用于安装步进电机；步进电机，安装在所述电机固定座处，用于输出动力；运动转化组件，用于将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可分段控温成型的3D打印装置，包括：成型室(1)，为封闭结构，用于保温及容纳3D打印装置的其他零件，具有开门，用于取件及维修；冷却器总成(2)，固定在所述成型室处，用于降低所述成型室内的温度，所述冷却器总成配置成通过半导体制冷片制冷；支架(13)，为龙门型支架，固定在所述成型室内，用做安装基础；Z向运动结构(A)，安装在所述支架的横梁(24)处，用于提供沿Z向的运动；打印机构(B)，用于打印物体，通过所述Z向运动结构悬挂在所述支架的横梁处，并通过所述Z向运动结构可相对所述支架上、下移动，所述打印机构具有料管(12)和喷头(45)，所述打印机构配置成能够分段控制所述料管和所述喷头的温度；X向、Y向运动结构(C)，对应安装在所述成型室的底部，用于提供沿X向、Y向的运动；和打印平台(32)，用作打印支撑，安装在所述X向、Y向运动结构上，通过所述X向、Y向运动结构可相对所述支架的前、后、左、右移动；其中，X向为所述打印平台的水平方向，Y向为所述打印平台的垂直方向，Z向为垂直于所述打印平台的方向。

【技术特征摘要】
1.一种可分段控温成型的3D打印装置，包括：成型室(1)，为封闭结构，用于保温及容纳3D打印装置的其他零件，具有开门，用于取件及维修；冷却器总成(2)，固定在所述成型室处，用于降低所述成型室内的温度，所述冷却器总成配置成通过半导体制冷片制冷；支架(13)，为龙门型支架，固定在所述成型室内，用做安装基础；Z向运动结构(A)，安装在所述支架的横梁(24)处，用于提供沿Z向的运动；打印机构(B)，用于打印物体，通过所述Z向运动结构悬挂在所述支架的横梁处，并通过所述Z向运动结构可相对所述支架上、下移动，所述打印机构具有料管(12)和喷头(45)，所述打印机构配置成能够分段控制所述料管和所述喷头的温度；X向、Y向运动结构(C)，对应安装在所述成型室的底部，用于提供沿X向、Y向的运动；和打印平台(32)，用作打印支撑，安装在所述X向、Y向运动结构上，通过所述X向、Y向运动结构可相对所述支架的前、后、左、右移动；其中，X向为所述打印平台的水平方向，Y向为所述打印平台的垂直方向，Z向为垂直于所述打印平台的方向。2.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述冷却器总成(2)包括：上、下布置的散热端风扇(15)和热端散热器(16)，散热端风扇用于为热端散热器散热，热端散热器用于散发热量；半导体制冷片(18)，具有冷端和热端，冷端用于吸热，热端用于放出热量；及上、下布置的冷端风扇(19)和冷端制冷器(20)，冷端风扇用于为冷端制冷器制冷，冷端制冷器用于吸收热量；其中，所述热端散热器与所述半导体制冷片的热端贴合并用螺栓连接，所述冷端制冷器与所述半导体制冷片的冷端贴合并用螺栓连接，所述散热端风扇与所述冷端风扇之间设有隔热保温垫(17)。3.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述Z向运动结构(A)包括：动力组件，用于为所述Z向运动结构提供动力，包括：电机安装板(26)，固定连接在丝杆安装板的底部，用作Z轴电机的安装基础；Z轴电机(25)，安装在所述电机安装板上，用于提供旋转动力；运动转化组件，用于将所述Z向运动结构的旋转运动改变为直线运动，包括：丝杆安装板(22)，固定在所述横梁处，用作Z轴丝杆的安装基础；Z轴丝杆(21)，沿Z向设置，其上端与所述丝杆安装板的上端固定，下端通过轴承(31)与所述电机安装板固定；丝杆方螺母(29)，通过螺栓与所述打印机构固定连接，并与所述Z轴丝杆相啮合，以使得所述丝杆方螺母沿所述Z轴丝杆上、下移动；传动组件，用于将所述Z轴出电机的动力传输至所述运动转化组件，包括：两个同步轮(27)，对应安装在所述Z轴电机的输出轴及所述Z轴丝杆的下端，通过绕过所述两个同步轮的同步带，带动两个同步轮同转；导向组件，用于为所述Z向运动结构的直线运动提供运动导向，包括：两个滑块(30)，对应布置在所述Z轴丝杆的两侧，每一滑块通过螺栓与所述横梁固定连接；和两个直线导轨(28)，对应布置在所述Z轴丝杆处并与所述两个滑块的位置相对应，每一直线导轨通过螺栓固定在所述打印机构处，每一直线导轨穿过对应的滑块，并在所述丝杆方螺母的带动下沿Z向上、下滑动，以为所述Z向运动结构导向；其中，所述Z轴电机转动，带动其上的同步轮转动，通过所述同步带，带动所述Z轴丝杆上的同步轮同转，所述Z轴丝杆转动，使得所述丝杆方螺母带动所述打印机构沿所述Z轴丝杆上、下移动。4.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述打印机构(B)还包括：安装组件，用于通过所述Z向运动结构悬挂在所述横梁处，包括整体呈上端连接板(3)、后端连接板(6)及喷头下端安装板(43)，所述后端连接板垂直固定在所述上端连接板一侧，所述喷头下端安装板垂直固定在所述后端连接板的底部；挤压结构(D)，安装在所述安装组件处，用于带动柱塞沿Z向上、下移动；及柱塞(11)，一端固定在所述挤压结构处，另一端伸入所述料管内，用于通过挤压结构的作用挤压所述料管中的物料，并使所述物料由所述喷头挤出。5.根据权利要求4所述的3D打印装置，其特征在于，所述挤压结构(D)包括：动力组件，用于为所述挤压结构提供动力，包括：电机固定板(49)，与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚娟，韩松，王念才，黄连兵，刘扬，杨传哲，安康，苟云飞，
申请(专利权)人：北京矩阵空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11