一种湿固化硅胶3D打印机及其打印方法技术

本发明专利技术公开了一种湿固化硅胶3D打印机及其打印方法。该打印机包括外罩、三维定位系统、挤出装置、检测系统、调节系统以及控制系统。三维定位系统设置在外罩中，包括移动组件一、移动组件二以及移动组件三。挤出装置通过三维定位系统在外罩中进行三维移动，并用于将待固化的打印材料挤出以产生三维打印产品。检测系统用于检测外罩中的实时湿度和实时温度，调节系统用于增加外罩中的湿度和调节外罩中的温度。控制系统先获取打印路径以及打印速度，再确定挤出装置的挤出流量，然后建立基本数学模型并确定速度曲线参数，最后驱使挤出装置挤出打印材料。本发明专利技术能够加速打印，提高打印机的打印效率，并减少固化时间，提高打印产品的合格率。

A wet curing silica gel 3D printer and its printing method

【技术实现步骤摘要】
一种湿固化硅胶3D打印机及其打印方法
本专利技术涉及打印机
的一种3D打印机，尤其涉及一种湿固化硅胶3D打印机，还涉及该打印机的打印方法。
技术介绍
三维立体打印机，也称3D打印机，是快速成型的一种工艺设备，其采用层层堆积的方式分层制作出三维模型。3D打印机的运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。目前，我国的3D打印技术处于发展阶段，目前使用的材料主要有钛合金、陶瓷、工程塑料、光敏树脂等材料，应用领域主要为军工、医疗、教育行业。柔性材料的3D打印作为3D打印的一个发展方向，目前的发展还处于起步阶段。但是，目前的3D打印机很少使用硅胶进行打印，这就导致硅胶制成的3D打印产品较少，而现有的3D打印机在使用硅胶打印时存在打印速度慢，成品合格率低，固化时间长的问题。
技术实现思路
为解决现有的3D打印机在使用硅胶打印时存在打印速度慢，固化时间长的技术问题，本专利技术提供一种湿固化硅胶3D打印机及其打印方法。本专利技术采用以下技术方案实现：一种湿固化硅胶3D打印机，其包括：外罩；三维定位系统，其设置在外罩中；挤出装置，其通过所述三维定位系统在外罩中进行三维移动，并用于将待固化的打印材料挤出以产生至少一个三维打印产品；其中，所述打印材料为湿固化材料；所述三维定位系统包括移动组件一、移动组件二以及移动组件三；移动组件一包括电机一、至少一根导轨一、线性滑轨一、传动装置一以及安装部件一；线性滑轨一与导轨一平行设置，并位于外罩内部的相对两侧；电机一通过所述传动装置一驱使所述安装部件一沿着线性滑轨一的轨道方向移动；移动组件二包括电机二、导轨二、传动装置二以及安装部件二；导轨二与导轨一垂直，并固定在所述安装部件一上；电机二通过所述传动装置二驱使所述安装部件二沿着导轨二的轨道方向移动；移动组件三包括电机三、导轨三、传动装置三以及安装部件三；导轨三垂直于导轨二与导轨一所构成的平面，并固定在所述安装部件三上；电机三通过所述传动装置三驱使所述安装部件三沿着导轨三的轨道方向移动；所述挤出装置固定在所述安装部件三上；所述3D打印机还包括：检测系统，其包括湿度探测装置和温度探测装置；所述湿度探测装置用于检测外罩中的实时湿度，所述温度探测装置用于检测外罩中的实时温度；调节系统，其包括加湿器和温度调节装置；加湿器用于增加外罩中的湿度，所述温度调节用于调节外罩中的温度；以及控制系统，其用于先根据所述三维打印产品的打印参数，获取打印路径以及打印速度，再根据打印路径变化规律确定所述挤出装置的挤出流量，然后将所述挤出流量的增加过程采用一个预设对数函数建立基本数学模型并确定速度曲线参数，最后根据所述速度曲线参数驱使电机一、电机二以及电机三转动，同时驱使所述挤出装置挤出所述打印材料；所述控制系统还用于根据所述打印材料的类型，在一个预设湿固化参数表中查询湿固化所需的湿度阈值以及温度阈值范围，并判断所述实时湿度是否大于所述湿度阈值，还同时判断所述实时温度是否位于所述温度阈值范围内；在所述实时湿度低于所述湿度阈值时，所述控制系统驱使加湿器增加湿度；在所述实时温度低于所述温度阈值范围的下限值时，所述控制系统驱使所述温度调节装置提高温度；在所述实时温度高于所述温度阈值范围的上限值时，所述控制系统驱使所述温度调节装置降低温度。本专利技术通过三维定位系统的移动组件一和移动组件二实现二维空间中挤出装置的移动，进一步通过移动组件三实现三维移动，使得挤出装置可以在外罩内的三维空间中移动，从而能够进行3D打印。本专利技术的控制系统先根据打印参数获取打印路径和速度，再确定挤出流量，随后建模并确定速度曲线参数，最后根据这一参数对各个电机进行控制，实现3D打印机的精确打印，同时还根据检测系统的检测信息，并与打印材料所需要的湿度阈值和温度范围进行比较，并通过调节系统调节湿度和温度，使打印机在打印过程中始终保持较高的湿度与合适的温度，这样打印材料就能够快速地成型为三维打印产品，一方面能够加速打印，减少湿固化材料的固化时间，另一方面由于成型快，可保证成品的合格率，解决了现有的3D打印机在使用硅胶打印时存在打印速度慢，固化时间长的技术问题，得到了打印速度快，固化时间短，成品合格率高的技术效果。作为上述方案的进一步改进，所述挤出装置包括均固定在所述安装部件三上的容器、螺杆泵以及挤出头；容器用于容纳所述打印材料；螺杆泵的输入端与容器的出口端连通，并用于将所述打印材料加压输送至挤出头；挤出头用于将加压的打印材料喷出，使所述打印材料在所述三维定位系统的带动下形成所述三维打印产品。进一步地，螺杆泵包括中空本体、转子部件、定子部件、传动部件、密封部件、轴承部件、电机部件、吸入腔结构、挤出腔结构、两个联轴器以及中间杆；吸入腔结构位于中空本体的一侧，且与容器连通，并能够将容器中的打印材料输送至中空本体中；电机部件安装在中空本体的一端上；轴承部件安装在中空本体中，并套在电机部件的输出轴上；密封部件位于中空本体中，并用于将中空本体的内部与轴承部件隔开；其中一个联轴器的一端与电机部件的输出轴连接，另一端与中间杆的一端连接；中间杆的另一端与其中另一个联轴器的一端连接，其中另一个联轴器的另一端与转子部件轴连接；定子部件位于中空本体中，并提供一个特定型腔；转子部件安装在转子部件中，并能够通过改变型腔容积而将所述打印材料挤压至挤出腔结构的腔体中；挤出头与挤出腔结构的腔体连通，并将所述打印材料挤出。作为上述方案的进一步改进，移动组件一还包括支撑组件；支撑组件包括两根支撑柱一和两根支撑柱二，所述传动装置一包括丝杠螺母副一，所述安装部件一包括导轨滑块一和滑轨滑块一；线性滑轨一的两端分别固定在两根支撑柱二的顶端上；滑轨滑块一安装在线性滑轨一上，并能够在线性滑轨一上滑动；导轨一的两端分别固定在两根支撑柱一的顶端上；导轨滑块一安装在导轨一上，并能够在导轨一上滑动；电机一通过丝杠螺母副一驱使导轨滑块一沿着导轨一的轨道方向移动；所述传动装置二包括丝杠螺母副二，所述安装部件二包括导轨滑块二和连接板一；电机二通过丝杠螺母副二驱使导轨滑块二沿着导轨二的轨道方向上移动；导轨二的两端分别固定在导轨滑块一和滑轨滑块一上，连接板一固定在导轨滑块二上；所述传动装置三包括丝杠螺母副三，所述安装部件三包括导轨滑块三和连接板二；电机三通过丝杠螺母副三驱使导轨滑块三沿着导轨三的轨道方向移动；连接板二固定在导轨滑块三上，所述挤出装置固定在连接板二上。进一步地，所述三维定位系统还包括限位组件；所述限位组件包括限位开关一、限位挡片一、限位开关二、限位挡片二、限位开关三以及限位挡片三；所述限位开关一安装在导轨一的端部外侧，并在导轨滑块一滑行至导轨一的端部时触发位于导轨滑块一上所述限位挡片一，使导轨滑块一停止移动；所述限位开关二安装在导轨二的端部外侧，并在导轨滑块二滑行至导轨二的端部时触发位于导轨滑块二上所述限位挡片二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿固化硅胶3D打印机，其包括：/n外罩(1)；/n三维定位系统，其设置在外罩(1)中；/n挤出装置，其通过所述三维定位系统在外罩(1)中进行三维移动，并用于将待固化的打印材料挤出以产生至少一个三维打印产品；/n其特征在于，所述打印材料为湿固化材料；所述三维定位系统包括移动组件一(5)、移动组件二(8)以及移动组件三(6)；移动组件一(5)包括电机一(53)、至少一根导轨一(54)、线性滑轨一(52)、传动装置一以及安装部件一；线性滑轨一(52)与导轨一(54)平行设置，并位于外罩(1)内部的相对两侧；电机一(53)通过所述传动装置一驱使所述安装部件一沿着线性滑轨一(52)的轨道方向移动；移动组件二(8)包括电机二(84)、导轨二(86)、传动装置二以及安装部件二；导轨二(86)与导轨一(54)垂直，并固定在所述安装部件一上；电机二(84)通过所述传动装置二驱使所述安装部件二沿着导轨二(86)的轨道方向移动；移动组件三(6)包括电机三(65)、导轨三(64)、传动装置三以及安装部件三；导轨三(64)垂直于导轨二(86)与导轨一(54)所构成的平面，并固定在所述安装部件三上；电机三(65)通过所述传动装置三驱使所述安装部件三沿着导轨三(64)的轨道方向移动；所述挤出装置固定在所述安装部件三上；/n所述3D打印机还包括：/n检测系统，其包括湿度探测装置和温度探测装置；所述湿度探测装置用于检测外罩(1)中的实时湿度，所述温度探测装置用于检测外罩(1)中的实时温度；/n调节系统，其包括加湿器(2)和温度调节装置；加湿器(2)用于增加外罩(1)中的湿度，所述温度调节用于调节外罩(1)中的温度；以及/n控制系统，其用于先根据所述三维打印产品的打印参数，获取打印路径以及打印速度，再根据打印路径变化规律确定所述挤出装置的挤出流量，然后将所述挤出流量的增加过程采用一个预设对数函数建立基本数学模型并确定速度曲线参数，最后根据所述速度曲线参数驱使电机一(53)、电机二(84)以及电机三(65)转动，同时驱使所述挤出装置挤出所述打印材料；所述控制系统还用于根据所述打印材料的类型，在一个预设湿固化参数表中查询湿固化所需的湿度阈值以及温度阈值范围，并判断所述实时湿度是否大于所述湿度阈值，还同时判断所述实时温度是否位于所述温度阈值范围内；在所述实时湿度低于所述湿度阈值时，所述控制系统驱使加湿器(2)增加湿度；在所述实时温度低于所述温度阈值范围的下限值时，所述控制系统驱使所述温度调节装置提高温度；在所述实时温度高于所述温度阈值范围的上限值时，所述控制系统驱使所述温度调节装置降低温度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种湿固化硅胶3D打印机，其包括：
外罩(1)；
三维定位系统，其设置在外罩(1)中；
挤出装置，其通过所述三维定位系统在外罩(1)中进行三维移动，并用于将待固化的打印材料挤出以产生至少一个三维打印产品；
其特征在于，所述打印材料为湿固化材料；所述三维定位系统包括移动组件一(5)、移动组件二(8)以及移动组件三(6)；移动组件一(5)包括电机一(53)、至少一根导轨一(54)、线性滑轨一(52)、传动装置一以及安装部件一；线性滑轨一(52)与导轨一(54)平行设置，并位于外罩(1)内部的相对两侧；电机一(53)通过所述传动装置一驱使所述安装部件一沿着线性滑轨一(52)的轨道方向移动；移动组件二(8)包括电机二(84)、导轨二(86)、传动装置二以及安装部件二；导轨二(86)与导轨一(54)垂直，并固定在所述安装部件一上；电机二(84)通过所述传动装置二驱使所述安装部件二沿着导轨二(86)的轨道方向移动；移动组件三(6)包括电机三(65)、导轨三(64)、传动装置三以及安装部件三；导轨三(64)垂直于导轨二(86)与导轨一(54)所构成的平面，并固定在所述安装部件三上；电机三(65)通过所述传动装置三驱使所述安装部件三沿着导轨三(64)的轨道方向移动；所述挤出装置固定在所述安装部件三上；
所述3D打印机还包括：
检测系统，其包括湿度探测装置和温度探测装置；所述湿度探测装置用于检测外罩(1)中的实时湿度，所述温度探测装置用于检测外罩(1)中的实时温度；
调节系统，其包括加湿器(2)和温度调节装置；加湿器(2)用于增加外罩(1)中的湿度，所述温度调节用于调节外罩(1)中的温度；以及
控制系统，其用于先根据所述三维打印产品的打印参数，获取打印路径以及打印速度，再根据打印路径变化规律确定所述挤出装置的挤出流量，然后将所述挤出流量的增加过程采用一个预设对数函数建立基本数学模型并确定速度曲线参数，最后根据所述速度曲线参数驱使电机一(53)、电机二(84)以及电机三(65)转动，同时驱使所述挤出装置挤出所述打印材料；所述控制系统还用于根据所述打印材料的类型，在一个预设湿固化参数表中查询湿固化所需的湿度阈值以及温度阈值范围，并判断所述实时湿度是否大于所述湿度阈值，还同时判断所述实时温度是否位于所述温度阈值范围内；在所述实时湿度低于所述湿度阈值时，所述控制系统驱使加湿器(2)增加湿度；在所述实时温度低于所述温度阈值范围的下限值时，所述控制系统驱使所述温度调节装置提高温度；在所述实时温度高于所述温度阈值范围的上限值时，所述控制系统驱使所述温度调节装置降低温度。


2.如权利要求1所述的湿固化硅胶3D打印机，其特征在于，所述挤出装置包括均固定在所述安装部件三上的容器(7)、螺杆泵(9)以及挤出头(10)；容器(7)用于容纳所述打印材料；螺杆泵(9)的输入端与容器(7)的出口端连通，并用于将所述打印材料加压输送至挤出头(10)；挤出头(10)用于将加压的打印材料喷出，使所述打印材料在所述三维定位系统的带动下形成所述三维打印产品。


3.如权利要求2所述的湿固化硅胶3D打印机，其特征在于，螺杆泵(9)包括中空本体(90)、转子部件(91)、定子部件(92)、传动部件(93)、密封部件(94)、轴承部件(95)、电机部件(96)、吸入腔结构(97)、挤出腔结构(98)、两个联轴器(99)以及中间杆(100)；吸入腔结构(97)位于中空本体(90)的一侧，且与容器(7)连通，并能够将容器(7)中的打印材料输送至中空本体(90)中；电机部件(96)安装在中空本体(90)的一端上；轴承部件(95)安装在中空本体(90)中，并套在电机部件(96)的输出轴上；密封部件(94)位于中空本体(90)中，并用于将中空本体(90)的内部与轴承部件(95)隔开；其中一个联轴器(99)的一端与电机部件(96)的输出轴连接，另一端与中间杆(100)的一端连接；中间杆(100)的另一端与其中另一个联轴器(99)的一端连接，其中另一个联轴器(99)的另一端与转子部件(91)轴连接；定子部件(92)位于中空本体(90)中，并提供一个特定型腔；转子部件(91)安装在转子部件(91)中，并能够通过改变型腔容积而将所述打印材料挤压至挤出腔结构(98)的腔体中；挤出头(10)与挤出腔结构(98)的腔体连通，并将所述打印材料挤出。


4.如权利要求1所述的湿固化硅胶3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晓青，李雅玲，刘亮杰，马丁逸飞，韩江，夏链，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34