一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法制造方法及图纸

本发明专利技术具体公开了一种含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法，包括机架、控制单元及分别与控制单元相连的XYZ三维运动平台、送料单元、打印单元和成型面光学检测单元；XYZ三维运动平台安装于底板上；打印单元包括用于打印层面外轮廓的精修喷头和用于填充轮廓内部的快速填充喷头，精修喷头和快速填充喷头的下部穿过中隔板上的孔与XYZ三维运动平台相连，由XYZ三维运动平台的运动带动精修喷头和快速填充喷头移动；送料单元用于为打印单元供料；成型面光学检测单元对成型面进行缺陷识别，根据识别结果采用精修喷头对缺陷进行修整。多喷头异步高效挤出结合表面智能精整技术可实现含能材料的高效、高精度成型。

An efficient and accurate 3D printing device for thermoplastic energetic materials and its printing method

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法
本专利技术涉及含能材料的3D打印快速成型领域，具体地说，涉及一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法。
技术介绍
含能材料的传统制造方法存在安全性低、成分不均、有气孔、难以成型复杂形状药柱，不再适用于现代推进器和武器技术的发展。增材制造技术为多层、异形药柱的制造提供了一条全新的途径，由于其成型不受零件形状影响，产品适应性极高，能够实现无模具化成型。含能材料增材制造技术综合考虑含能物料特殊性、工艺适用性与安全性等问题，针对含能物料体系的特征，解决传统含能材料成型工艺对于复杂异型药柱适应性差的缺陷，能够适应各种形状的含能材料药型，同时整个成型过程由计算机控制，人为参与少，实现了远程控制，可以更好地实现人机隔离，很大程度上保证了工作人员的安全并节省了制作成本。因此，开展含能材料复杂型腔构件的高效增材制造技术具有充足的必要性。目前开展含能材料的3D打印研究较少，中国专利201320445175.4“含能材料喷墨打印快速成型装置”中提出了一种基于光固化的含能材料微型药柱的成型方法，但是药柱中添加光固化原料会降低含能材料的比重，同等体积下装药容积下降，同时光固化快速成型中紫外光固化使用激光做固化源，存在集中能量源，设备安全系数较低。同时上述专利均聚焦于微型药柱的3D打印，对于尺寸较大药柱成型时间较长。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足和缺陷，本专利技术目的在于提供一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置及其打印方法，满足较大尺寸复杂结构含能药柱的快速高精度3D打印成型。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，包括机架、控制单元及分别与控制单元相连的XYZ三维运动平台、送料单元、打印单元和成型面光学检测单元；机架包括型材框架，型材框架底部设有底板，型材框架由中隔板分隔为用于安装打印单元和送料单元的上部空间和用于作为成型室的下部空间；XYZ三维运动平台安装于成型室侧壁上，控制单元位于机架下部；中隔板上开有用于安装打印单元的孔，打印单元包括用于打印层面外轮廓的精修喷头和用于填充轮廓内部的快速填充喷头，精修喷头和快速填充喷头的下部穿过中隔板上的孔与XYZ三维运动平台相连，由XYZ三维运动平台的运动带动精修喷头和快速填充喷头移动；送料单元与打印单元连接，送料单元用于为打印单元供料；成型面光学检测单元安装于中隔板底部，用于对成型面进行缺陷识别。优选地，精修喷头采用直径为0.2-1.0mm的圆形针头。优选地，快速填充喷头的截面形状为圆形、椭圆形或者矩形，喷嘴尺寸为1.0-3.0mm。优选地，在精修喷头和快速填充喷头的进料口一侧均设置加热装置，在精修喷头和快速填充喷头的喷头上均安装有温度传感器。进一步优选地，加热装置采用油浴提供热源，温度传感器采用热电偶。优选地，机架上还设有用于监控成型过程的透明观察门。优选地，在机架侧壁上设置有散热风扇，该风扇为防爆风扇，可实现打印区域的实时冷却功能。本专利技术所述装置针对的热塑性含能材料的基体为热塑性弹性体粘合剂，其余组分为金属燃料、氧化剂或炸药等，该热塑性含能材料能够作为固体火箭发动机推进剂药柱材料或者火炮、枪弹发射药。本专利技术还公开了采用上述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置对含能材料进行打印的方法，包括以下步骤：1)控制单元通过控制XYZ三维运动平台移动带动精修喷头移动至工作位置，控制单元控制送料单元将含能材料输送至精修喷头，精修喷头将含能材料熔化后，在指定位置首先打印单元层外轮廓；2)外轮廓打印结束后，控制单元控制XYZ三维运动平台移动带动快速填充喷头移动至工作位置，控制单元控制快速填充喷头打印该单元层轮廓内部；4)随后成型面光学检测单元对该单元层成型面进行缺陷识别，当识别结果存在缺陷时采用精修喷头对缺陷进行修整；5)重复步骤4)，直至成型面光学检测单元对成型面的识别结果为无缺陷时，该单元层打印结束；6)重复步骤1)至步骤5)，完成若干单元层打印；7)打印完毕后，得到所需的产品。本专利技术还公开了采用上述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置对含能材料进行打印的方法，包括以下步骤：1)控制单元通过控制XYZ三维运动平台移动带动精修喷头移动至工作位置，控制单元控制送料单元将含能材料输送至精修喷头，精修喷头将含能材料熔化后，在指定位置首先打印多层外轮廓；2)外轮廓打印结束后，控制单元控制XYZ三维运动平台移动带动快速填充喷头移动至工作位置，控制单元控制快速填充喷头打印该多层轮廓内部；4)随后成型面光学检测单元对成型面进行缺陷识别，当识别结果存在缺陷时采用精修喷头对缺陷进行修整；5)重复步骤4)，直至成型面光学检测单元对成型面的识别结果为无缺陷时，打印结束；6)重复步骤1)至步骤5)，完成若干单元层打印；7)打印完毕后，得到所需的产品。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，包括设置在机架内的XYZ三维运动平台、送料单元、打印单元及成型面光学检测单元，打印单元包括精修喷头和快速填充喷头，送料单元将含能材料输送至打印单元，喷头将含能材料熔化后并打印至指定位置。精修喷头用于打印层面外轮廓，快速填充喷头用于填充轮廓内部，由于传统打印成型装置只有一个喷头，成型效率比较低，因此只适合做小尺寸的。而本专利技术考虑将两个喷头组合，小喷头成型精细结构，大喷头快速填充，可做到高效精准，多喷头异步高效挤出结合表面智能精整技术可实现含能材料的高效、高精度成型。。进一步地，本专利技术采用热塑性材料替代了光固化材料，该材料具有加热熔化流动性好，室温冷却成型性佳的特点，无需在原材料中添加固化剂，避免了有效组分的降低，同时也无需采用激光等外界光源引发固化，避免了集中能量源刺激。进一步，温度控制单元采用双级温控，分别控制进料口温度及喷嘴出口处温度，使送入精修喷头和快速填充喷头的颗粒材料更好地融化，成型面较好。进一步，温度控制单元采用油浴提供热源，通过热电偶实时监控进料口及喷嘴出口处的温度，对油浴温控提供反馈，起到温控作用。进一步，精修喷头和快速填充喷头的打印材料无需制备成类似于传统FDM工艺的中丝状，对材料限制性较小，采用含能材料颗粒料即可，无需其他加工环节，减少预处理可能造成污染的加工环节。进一步，机架上还设有观察门，观察门可以进行成型过程的监控。本专利技术公开的使用含能材料的高效精准3D打印成型装置打印的方法，精修喷头首先打印外轮廓，随后快速填充喷头填充轮廓内部，成型面光学检测系统对成型面进行缺陷识别，根据识别结果采用精修喷头对缺陷进行修整，以此完成若干单元层打印。该方法高效精确，对于复杂形状的产品也能打印出来，同时成型率高。附图说明图1为本专利技术含能材料的高效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，包括机架、控制单元及分别与控制单元相连的XYZ三维运动平台(3)、送料单元、打印单元和成型面光学检测单元；/n机架包括型材框架(1)，型材框架(1)底部设有底板(4)，型材框架(1)由中隔板(2)分隔为用于安装打印单元和送料单元的上部空间和用于作为成型室的下部空间；XYZ三维运动平台(3)安装于成型室侧壁上，控制单元位于机架下部；/n中隔板(2)上开有用于安装打印单元的孔，打印单元包括用于打印层面外轮廓的精修喷头和用于填充轮廓内部的快速填充喷头，精修喷头和快速填充喷头的下部穿过中隔板(2)上的孔与XYZ三维运动平台(3)相连，由XYZ三维运动平台(3)的运动带动精修喷头和快速填充喷头移动；/n送料单元与打印单元连接，送料单元用于为打印单元供料；/n成型面光学检测单元安装于中隔板(2)底部，用于对成型面进行缺陷识别。/n

【技术特征摘要】
1.一种热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，包括机架、控制单元及分别与控制单元相连的XYZ三维运动平台(3)、送料单元、打印单元和成型面光学检测单元；
机架包括型材框架(1)，型材框架(1)底部设有底板(4)，型材框架(1)由中隔板(2)分隔为用于安装打印单元和送料单元的上部空间和用于作为成型室的下部空间；XYZ三维运动平台(3)安装于成型室侧壁上，控制单元位于机架下部；
中隔板(2)上开有用于安装打印单元的孔，打印单元包括用于打印层面外轮廓的精修喷头和用于填充轮廓内部的快速填充喷头，精修喷头和快速填充喷头的下部穿过中隔板(2)上的孔与XYZ三维运动平台(3)相连，由XYZ三维运动平台(3)的运动带动精修喷头和快速填充喷头移动；
送料单元与打印单元连接，送料单元用于为打印单元供料；
成型面光学检测单元安装于中隔板(2)底部，用于对成型面进行缺陷识别。


2.根据权利要求1所述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，精修喷头采用直径为0.2-1.0mm的圆形针头。


3.根据权利要求1所述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，快速填充喷头的截面形状为圆形、椭圆形或者矩形，喷嘴尺寸为1.0-3.0mm。


4.根据权利要求1所述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，在精修喷头和快速填充喷头的进料口一侧均设置加热装置，在精修喷头和快速填充喷头的喷头上均安装有温度传感器。


5.根据权利要求4所述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，加热装置采用油浴提供热源，温度传感器采用热电偶。


6.根据权利要求1所述的热塑性含能材料的高效精准3D打印成型装置，其特征在于，机架上还设有用于监控成型过程的透明观察门。


7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗恺，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61