一种基于复合粘土支撑的3D打印方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种基于复合粘土支撑的3D打印方法及设备。打印时，首先根据工件外形轮廓进行路径规划，确定工件每一层的打印路径以及总打印层数n；然后对于工件每一层的打印路径，规划其对应的束缚层打印路径，使得每一层的束缚层均将该层工件的外层轮廓包含在内；接着依次打印每一层，每一层中先打印工件，再打印束缚层，然后在工件和束缚层之间铺复合粘土。打印结束后，复合粘土呈包容性结构支撑住整个工件。本发明专利技术还公开了一种安装简单、定位精度高、连续工作时间长能够满足复合粘土支撑的3D打印设备。本发明专利技术使用方便，避免了支撑与工件粘结过于紧密导致支撑难以去除或去除支撑过程中对工件表面产生剥离甚至结构性破坏的情况。的情况。的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合粘土支撑的3D打印方法及设备


[0001]本专利技术涉及3D打印领域，尤其涉及一种基于复合粘土支撑的3D打印方法及设备。

技术介绍

[0002]基于熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的3D打印技术是3D打印领域的传统打印技术之一，因其采用熔融状态的打印材料逐层堆积成型的原理简单而且易于实现而受到广大设备开发者和用户的欢迎，可以适用于打印各种复杂实物模型与工艺品。但是FDM在打印过程中，熔丝必须沉积在物体上，逐层累积，当工件结构出现悬空部分时，需要在打印过程中在悬空部分下方设置辅助支撑结构以保证工件的顺利生产，工件打印结束后再去除支撑。在去除支撑的过程中，可能出现支撑对模型本体的剥落，破碎或支撑去除不彻底等情况，导致打印功亏一篑。
[0003]传统的FDM打印的复合粘土只能选用本体材料，或者极少数的可溶性材料(市场上一般采用聚乙烯醇PVA和抗冲击聚苯乙烯HIPS)。本体材料不但造成材料浪费，而且难以去除，可溶性材料也有着自身的缺点，目前市面上常用的两种可溶性材料都有着各自的问题，PVA极易受潮变得粘稠或受温度影响变得不易黏附在工件上；HIPS材料需要成本很高的柠檬烯溶剂，且无法重复利用柠檬烯溶剂。可溶性材料在溶解之前一般有一个溶胀的过程，有时会对制品造成一些损伤，应用受限。本专利技术提供了一种复合复合粘土为支撑的材料和设备。可以消除FDM打印的这些支撑缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种基于复合粘土支撑的3D打印方法及设备。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于复合粘土支撑的3D打印方法，包含以下步骤：步骤1），根据工件外形轮廓进行路径规划，确定工件每一层的打印路径以及总打印层数n，令i=1；步骤2），对于工件每一层的打印路径，规划其对应的束缚层打印路径，使得每一层的束缚层均将该层工件的外层轮廓包含在内，且束缚层和工件的外层轮廓之间的宽度为预设的距离阈值；步骤3），采用FDM挤出装置打印第i层的工件；步骤4），采用FDM挤出装置打印第i层的束缚层；步骤5），采用复合粘土挤出装置向第i层工件和第i层束缚层之间铺复合粘土，使得复合粘土填充在第i层工件和第i层束缚层之间；所述复合粘土采用面粉和水混合形成或以下三种混合物中任意一种和水混合形成：35%的陶土与65%的黏土的混合物、100%的秸秆粉经过烧结后再次粉碎的混合物、100%的锯木粉经过烧结后再次粉碎的混合物；步骤6），判断i是否大于n：
步骤6.1），如果i小于等于n，令i=i+1，跳转执行步骤3）；步骤6.2），如果i大于n，跳转执行步骤7）；步骤7），打印结束，复合粘土呈包容性结构支撑住整个工件，拆除束缚层并清楚复合粘土层，得到工件，整个过程中，复合粘土用于打印支撑、和打印工件无关。
[0006]本专利技术还公开了一种该基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备，包括基板、Y轴运动模块、热床、Z轴运动模块、X轴运动模块、横梁、转台、FDM挤出装置、丝杠升降机构、以及复合粘土挤出装置；所述X轴、Y轴方向均平行于所述基板，且X轴方向垂直于Y轴方向；Z轴垂直于所述基板；所述热床固定在Y轴运动模块上；所述Y轴运动模块设置在所述基板上，用于带动所述热床在Y轴上运动；所述Z轴运动模块设置在所述基板上，X轴运动模块设置在所述Z轴运动模块上，所述横梁设置在所述X轴运动模块上，其中，所述Z轴运动模块用于带动X轴运动模块在Z轴上运动，所述X轴运动模块用于带动所述横梁在X轴上运动；所述横梁沿Y轴设置；所述转台设置在所述横梁的一端，垂直于Y轴方向，能够沿其轴线自由转动；所述FDM挤出装置设置在所述转台上，通过转台对其挤出位置进行微调；所述复合粘土挤出装置通过丝杠升降机构设置在所述横梁的另一端，通过丝杠升降机构对复合黏土挤出装置的Z轴位置进行调整。
[0007]作为本专利技术基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备进一步的优化方案，所述FDM挤出装置的打印材料采用PLA、PEEK、ABS、PC材料中的任意一种。
[0008]作为本专利技术基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备进一步的优化方案，还包括温度控制模块，所述温度控制模块包括热床加热棒、热床热电偶传感器、热床温控仪、热床继电器、FDM挤出装置加热棒、FDM挤出装置热电偶传感器、FDM挤出装置温控仪、FDM挤出装置继电器、复合粘土挤出装置加热棒、复合粘土挤出装置热电偶传感器、复合粘土挤出装置温控仪、复合粘土挤出装置继电器；所述FDM挤出装置加热棒和FDM挤出装置继电器连接FDM挤出装置温控仪，FDM挤出装置温控仪连接FDM挤出装置热电偶；所述FDM挤出装置热电偶用于监测FDM挤出装置的温度；所述复合粘土挤出装置加热棒和复合粘土挤出装置继电器连接复合粘土挤出装置温控仪，复合粘土挤出装置温控仪连接复合粘土挤出装置热电偶；所述复合粘土挤出装置热电偶用于监测复合粘土挤出装置的温度；所述热床温度加热棒和热床继电器连接热床温控仪，热床温控仪连接热床加热棒，所述热床热电偶用于监测热床的温度。
[0009]作为本专利技术基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备进一步的优化方案，所述FDM挤出装置、复合粘土挤出装置的结构相同，均包括储料罐、加热圈、耐高温连接软管、定量阀、出料管；所述储料罐用于存储打印材料，其上设有加料口、压缩空气进口和出口，其中，所述加料口用于朝储料罐添加后续材料，非添加状态为密封状态；所述压缩空气进口通过压
缩空气进口与外界气泵连接，以通入压缩空气；所述出口用于输出将加热完毕后的打印材料；所述加热圈由加热陶瓷片间歇式排布组成，外面由金属密封保温，设置在所述储料罐上，用于给储料罐的打印材料加热；所述储料罐的出口通过所述连接软管和所述定量阀的一端相连，所述定量阀的另一端和所述出料管相连；所述定量阀用于控制打印材料挤出的量。
[0010]作为本专利技术基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备进一步的优化方案，所述FDM挤出装置、复合粘土挤出装置的结构相同，均包括储料罐、加热圈、气体连接管、MK挤出头、气泵、反向抽气机；所述储料罐用于存储打印材料，其上设有加料口、压缩空气进口和出口，其中，所述加料口用于朝储料罐添加后续材料，非添加状态为密封状态；所述储料罐的压缩空气进口通过所述通气连接管和所述反向抽气机的一端相连，所述反向抽气机的另一端和所述气泵相连；所述气泵和反向抽气机组合用于控制挤入储料罐中压缩空气的量，来控制打印材料挤出的量；所述MK挤出头的输入端和所述储料罐的出口相连，用于将加热完毕后的打印材料挤出；所述加热圈由加热陶瓷片间歇式排布组成，外面由金属密封保温，设置在所述储料罐上，用于给储料罐的打印材料加热。
[0011]作为本专利技术基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备进一步的优化方案，还包含显示模块，所述显示模块用于对复合粘土挤出装置的轨迹以及FDM挤出装置的轨迹进行区别实时显示。
[0012]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合粘土支撑的3D打印方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1），根据工件外形轮廓进行路径规划，确定工件每一层的打印路径以及总打印层数n，令i=1；步骤2），对于工件每一层的打印路径，规划其对应的束缚层打印路径，使得每一层的束缚层均将该层工件的外层轮廓包含在内，且束缚层和工件的外层轮廓之间的宽度为预设的距离阈值；步骤3），采用FDM挤出装置打印第i层的工件；步骤4），采用FDM挤出装置打印第i层的束缚层；步骤5），采用复合粘土挤出装置向第i层工件和第i层束缚层之间铺复合粘土，使得复合粘土填充在第i层工件和第i层束缚层之间；所述复合粘土采用面粉和水混合形成或以下三种混合物中任意一种和水混合形成：35%的陶土与65%的黏土的混合物、100%的秸秆粉经过烧结后再次粉碎的混合物、100%的锯木粉经过烧结后再次粉碎的混合物；步骤6），判断i是否大于n：步骤6.1），如果i小于等于n，令i=i+1，跳转执行步骤3）；步骤6.2），如果i大于n，跳转执行步骤7）；步骤7），打印结束，复合粘土呈包容性结构支撑住整个工件，拆除束缚层并清楚复合粘土层，得到工件，整个过程中，复合粘土用于打印支撑、和打印工件无关。2.基于权利要求1所述的基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备，其特征在于，包括基板、Y轴运动模块、热床、Z轴运动模块、X轴运动模块、横梁、转台、FDM挤出装置、丝杠升降机构、以及复合粘土挤出装置；所述X轴、Y轴方向均平行于所述基板，且X轴方向垂直于Y轴方向；Z轴垂直于所述基板；所述热床固定在Y轴运动模块上；所述Y轴运动模块设置在所述基板上，用于带动所述热床在Y轴上运动；所述Z轴运动模块设置在所述基板上，X轴运动模块设置在所述Z轴运动模块上，所述横梁设置在所述X轴运动模块上，其中，所述Z轴运动模块用于带动X轴运动模块在Z轴上运动，所述X轴运动模块用于带动所述横梁在X轴上运动；所述横梁沿Y轴设置；所述转台设置在所述横梁的一端，垂直于Y轴方向，能够沿其轴线自由转动；所述FDM挤出装置设置在所述转台上，通过转台对其挤出位置进行微调；所述复合粘土挤出装置通过丝杠升降机构设置在所述横梁的另一端，通过丝杠升降机构对复合黏土挤出装置的Z轴位置进行调整。3.根据权利要求2所述的基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备，其特征在于，所述FDM挤出装置的打印材料采用PLA、PEEK、ABS、PC材料中的任意一种。4.根据权利要求2所述的基于复合粘土支撑的3D打印方法的打印设备，其特征在于，还包括温度控制模块，所述温度控制模块包括热床加热棒、热床热电偶传感器、热床温控仪、热床继电器、F...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，钱宇亮，朱嘉铭，黄友谋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：