可变空间的保温腔体结构及应用该结构的3D打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种可变空间的保温腔体结构及应用该结构的3D打印机，解决固定空间的腔体结构应用在3D打印机上存在很难实现高温大尺寸打印以及腔体加热效率低等缺陷。包括腔体侧壁、顶部保温层、底部保温层。顶部保温层、底部保温层与四周的腔体侧壁构成密封空间，顶部保温层可相对于底部保温层做伸缩运动。本发明专利技术通过构建一个密封且空间可变的腔体结构，使得即便是固定式打印平台的3D打印机也可以将除打印平台与喷嘴外的其余部件置于保温腔体外，让打印机可以实现较高的腔体温度，从而实现了高温大尺寸打印，同时可变空间结构也提升了保温腔体的加热效率。

Thermal insulation cavity structure of variable space and 3D printer with this structure

【技术实现步骤摘要】
可变空间的保温腔体结构及应用该结构的3D打印机
本专利技术属于3D打印机
，具体涉及一种可变空间的保温腔体结构以及应用该结构的3D打印机。
技术介绍
3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。目前基于熔融沉积成型（FDM：FusedDepositionModeling）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。目前市面上带有保温腔体的3D打印机普遍采用固定空间的腔体结构，这种腔体结构易于实现，并且已经在烘箱行业大规模应用，非常成熟。目前此类打印机通常是将打印平台、运动部件、喷头组件等全部置于打印仓内，如上海远铸智能技术有限公司的FUNMAT系列打印机，其能够实现最高120℃的腔体温度。因为电机、导轨、同步带等部件均置于腔体内部，腔体温度受限于这些部件的耐温极限，导致该方案很难进一步提高腔体温度，因此这种方式无法很好地实现高性能材料的打印。另一个更优的做法是将除打印平台和喷嘴之外的其余部件均置于打印仓外部，这样腔体温度就可以不用受限于其他部件的耐温极限。如Stratasys的Fortus系列打印机，其腔体温度最高可以达到250℃以上，在该温度下，可以实现几乎所有高性能塑料材料的打印。但因为其腔体空间是固定的，导致其为了实现将其他部件置于腔体外部，就只能让喷头在腔体顶部做XY向运动，打印平台在腔体内部做Z向运动。由于平台需要做Z向运动，因此对平台除了有平面度要求外，还需要保证平台在负载条件下有足够的刚性以及能够实现高精度Z向运动。中小尺寸打印机平台面积与打印件载荷都不大，因此采用该方案是较为理想的选择，但当打印平台尺寸越来越大时，平台的极限载荷也在迅速增大，此时还需要保证相同的平面度、刚性以及运动精度，则对结构以及加工的要求就变得非常严苛。以Stratasys的450MC与900MC两者为例，450MC的有效打印面积为406×355×406mm，900MC是Stratasys目前最大尺寸的FDM打印机，有效打印尺寸为914×610×914mm。按材料密度为2.0g/cm3计算，在满尺寸打印条件下，450MC打印件极限重量为117Kg，而900MC打印件的极限重量则高达1019Kg。可以看出，当打印尺寸增大后，平台的极限载荷呈指数级增加，导致对平台的平面度、刚性以及加工精度的要求也同比提高，使得设计制造变得非常困难。而如果采用固定式的打印平台结构，因为无须考虑打印平台的Z向运动问题，实现难度则大大降低，也是因为上述原因，如龙门铣床、落地躺铣床等大型机床，都采用工作平台固定或仅做单方向水平运动的结构形式。但平台固定之后，由于需要喷头组件做Z向运动，如果采用固定空间的腔体结构，就只能将所有部件均置于保温腔体内，而使腔体温度受到限制，导致其无法很好地打印高性能材料。从上述分析可以看出，采用固定空间腔体结构的3D打印机，需要采用打印平台做Z向运动的结构，才能很好地实现高性能材料的打印，但因为设计制造难度的原因，这种结构并不适合用在大尺寸打印机上。而采用固定式平台的打印机由于没有理想的保温腔体结构，虽能实现大尺寸打印，但却无法很好地打印高性能材料。固定空间的腔体结构的另一个缺点在于，当打印机的空间尺寸较大时，就需要很大功率的加热器才能在短时间内将整个腔体加热到需要的温度，如Fortus900MC的加热器功率就高达12KW。另外，即便是打印一个小模型，也需要先将整个腔体加热到指定温度，这就导致这种结构的腔体预热时间长，加热效率较低。因此目前亟需一种全新的保温腔体结构，以解决固定空间的腔体结构应用在3D打印机上时存在的上述缺陷。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种可变空间的3D打印机保温腔体结构，通过采用可伸缩的密封腔体结构解决了固定空间的腔体结构应用在3D打印机时存在上述缺陷。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：提出一种可变空间的保温腔体结构，包括腔体侧壁、顶部保温层、底部保温层，顶部保温层、底部保温层可与四周的腔体侧壁构成密封空间，顶部保温层可相对于底部保温层做伸缩运动。优选的，所述腔体侧壁中的部分或者全部为可压缩结构，其两端分别连接于底部保温层与顶部保温层。优选的，所述可压缩结构的腔体侧壁为隔热风琴防护罩。优选的，至少其中一个可压缩结构的腔体侧壁可以与底部保温层或顶部保温层脱开连接单独被压缩，以方便在打印完成后将腔体内的模型取出。优选的，所述顶部保温层与部分或者全部腔体侧壁为活塞式配合，顶部保温层可在其内壁上做Z向滑动。优选的，所述顶部保温层在和与其为活塞式配合的腔体侧壁的接触面位置设有柔性保温材料，用于阻止腔体内热空气从两者接触面的缝隙处流失。优选的，所述柔性保温材料的成分包含玻璃纤维、陶瓷纤维或硅胶中的一种或者多种。优选的，所述腔体侧壁中部分或者全部包含内外两层，内层为可压缩结构，外层与顶部保温层为活塞式配合，通过双层结构进一步提高了整个腔体的保温性能。优选的，其中一个与顶部保温层为活塞式配合的腔体侧壁上设有仓门，以方便打印完成后取出模型。优选的，仓门上设有观察窗口。优选的，观察窗采用中空玻璃或多层玻璃，以提高观察窗的保温性能。优选的，顶部保温层包含多个X向可压缩结构和多个Y向可压缩结构。优选的，顶部保温层中的可压缩结构为隔热风琴防护罩。提出一种应用上述可变空间的保温腔体结构的3D打印机，包含打印平台、喷头组件、运动机构以及上述可变空间的保温腔体，所述打印平台安装在所述保温腔体内，所述喷头组件中的喷嘴部分穿过所述保温腔体的顶部保温层伸入到保温腔体内，所述运动机构以及喷头组件中的挤丝机构均在保温腔体外部。优选的，所述打印平台固定于保温腔体的底部保温层之上，保温腔体的顶部保温层安装在运动机构上，可随运动机构做Z向运动，喷头组件安装在运动机构上，可随运动机构做X、Y、Z三向运动。本专利技术与现有技术相比，通过采用可伸缩的密封腔体结构，在实现腔体保温的同时，使得腔体高度可以随打印机的Z向运动而变化，有效解决了采用固定空间的腔体结构的3D打印机很难实现高温大尺寸打印的缺陷，使得固定式平台的大尺寸打印机也可以打印高性能材料。同时由于腔体空间是随着打印的进行由小到大逐步增加的，每次打印过程腔体空间的最大高度也随打印的模型动态调整，因此与现有技术相比，其预热时间更短，加热效率也更高。附图说明图1为本专利技术可变空间的保温腔体结构第1实施例的结构示意图。图2为本专利技术可变空间的保温腔体结构第2实施例的结构示意图1。图3为本专利技术可变空间的保温腔体结构第2实施例中活塞式配合的局部放大图。图4为本专利技术可变空间的保温腔体结构第2实施例的结构示意图2。图5为本专利技术可变空间的保温腔体结构第3实施例的结构示意图。图6为本专利技术可变空间的保温腔体结构第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可变空间的保温腔体结构，包括腔体侧壁、顶部保温层、底部保温层，其特征在于，顶部保温层、底部保温层可与四周的腔体侧壁构成密封空间，顶部保温层可相对于底部保温层做伸缩运动。/n

【技术特征摘要】
1.可变空间的保温腔体结构，包括腔体侧壁、顶部保温层、底部保温层，其特征在于，顶部保温层、底部保温层可与四周的腔体侧壁构成密封空间，顶部保温层可相对于底部保温层做伸缩运动。


2.如权利要求1所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，所述腔体侧壁中的部分或者全部为可压缩结构，其两端分别连接于底部保温层与顶部保温层。


3.如权利要求2所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，所述可压缩结构的腔体侧壁为隔热风琴防护罩。


4.如权利要求2或3所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，至少其中一个可压缩结构的腔体侧壁可以与底部保温层或顶部保温层脱开连接单独被压缩。


5.如权利要求1所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，所述顶部保温层与部分或者全部腔体侧壁为活塞式配合，顶部保温层可在其内壁上做Z向滑动。


6.如权利要求5所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，所述顶部保温层在和与其为活塞式配合的腔体侧壁的接触面位置设有柔性保温材料。


7.如权利要求6所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，所述柔性保温材料的成分包含玻璃纤维、陶瓷纤维或硅胶中的一种或者多种。


8.如权利要求1所述的可变空间的保温腔体结构，其特征在于，所述腔体侧壁中部分或者全部包含内外两层，内层为可压缩结构，外...

【专利技术属性】
技术研发人员：严铜，
申请(专利权)人：严铜，
类型：发明
国别省市：江苏;32