可变口径的增材制造装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可变口径的增材制造装置及控制方法，所述装置包括进料机构、可变口径出料机构和四轴运动机构，进料机构设置在四轴运动机构上；可变口径出料机构包括上连接盘、下连接盘和旋转盘，上连接盘、下连接盘和旋转盘采用同轴心的装配方式以实现旋转盘在上、下连接盘之间绕中心轴转动；上连接盘套连在进料机构上；进料机构的输出孔下端所在平面与旋转盘上表面重合，旋转盘中央设置的中心孔与输出孔的中心同轴，旋转盘通过转动改变中心孔与输出孔的角度以改变中心孔与输出孔的重叠面积以使挤出材料的口径发生变化；四轴运动机构用于配合口径的变化以实现任意位置的变径打印。通过本装置能够精确调控挤出材料的口径，提高了打印精度。提高了打印精度。提高了打印精度。

【技术实现步骤摘要】
可变口径的增材制造装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别是涉及一种可变口径的增材制造装置及控制方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术是一种利用连续的物理叠加材料的手段制造三维实体的增材制造方法，它可以融合诸多学科的前沿技术，目前已经成功运用于航空航天、汽车制造等领域。现有的颗粒料与丝料3D打印装置的主要工作原理是将固体加入送料机构，通过加热装置，将固体材料熔化，并通过打印喷头实现熔融材料的挤出，输出的材料在打印平台上降温固化，完成增材制造的过程。
[0003]受限于打印喷头，现有的技术无法实现根据实际打印需求对挤出材料的宽度进行调整，无法因为大幅面的打印区域而实现大口径的出料，打印速度无法加快；也不能因为精密细小的打印区域而控制挤出材料的量，打印材料容易出现堆积，打印精度无法提高。在进行材料铺覆的过程中，无法准确确定打印区域宽度为喷头挤出材料的整数倍，导致打印材料的铺覆不均匀，也影响了打印的精度。
[0004]现有的熔融颗粒料或丝料打印装置的打印喷头大多都只有一个孔径大小或是采用替换喷头的方法来满足打印的变径要求。固定的孔径大小使得在实际打印过程中，可替换的喷头在一定程度上可以实现变径打印，但熔融材料挤出过程中，可替换的打印喷头无法实时根据实际打印的情况，如打印幅面的改变、打印轮廓的宽窄变化等，进行喷头口径的变化。同时更换喷头的机械结构组成复杂，可更换的喷头数量有限，无论是手动更换还是自动更换都较为麻烦。此外，能实现自动更换喷头的机械结构势必会添加许多部件，增加了打印喷头的质量与体积，影响了打印的稳定性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种可变口径的增材制造装置及控制方法，通过控制旋转盘转动调整进料机构输出孔与旋转盘中心孔之间重叠面积的形状与大小，精确调控挤出材料的口径，极大地提高了打印质量。
[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种可变口径的增材制造装置。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种可变口径的增材制造控制方法。
[0008]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0009]一种可变口径的增材制造装置，包括进料机构、可变口径出料机构和四轴运动机构，所述进料机构设置在四轴运动机构上；所述可变口径出料机构包括上连接盘、下连接盘以及旋转盘，所述旋转盘设置在上连接盘和下连接盘之间，且旋转盘与上、下连接盘采用同轴心的装配方式，以实现旋转盘在上、下连接盘之间绕中心轴转动；所述上连接盘套连在进料机构上；
[0010]所述进料机构的输出孔下端所在平面与旋转盘上表面重合，旋转盘中央设有中心
孔，中心孔与输出孔的中心是同轴的，旋转盘通过转动改变中心孔与输出孔的角度以改变中心孔与输出孔的重叠面积，使得挤出材料的口径发生变化；
[0011]所述四轴运动机构用于根据挤出材料口径的变化做相应的运动，以实现任意位置的变径打印。
[0012]进一步地，所述下连接盘中央设置有出料孔，经过变径之后的熔融材料经过出料孔流出。
[0013]进一步地，所述四轴运动机构包括X方向运动机构、Y方向运动机构、Z方向运动机构以及绕Z轴旋转的打印平台，所述进料机构安装在X方向运动机构上，所述X方向运动机构安装在Y方向运动机构上，所述打印平台安装在箱体式坐标机的横梁上且在可变口轻出料机构之下，所述横梁的两端分别安装在Z方向运动机构上且在Z方向运动机构上上下移动，所述进料机构的垂直中心线与出料孔的法线方向均与打印平台的旋转轴方向平行，通过X方向运动机构、Y方向运动机构、Z方向运动机构以及打印平台的联合运动以实现任意打印行进方向与变径后打印材料的宽度始终垂直。
[0014]进一步地，所述上连接盘与下连接盘上分别设置有滚珠滚动轨道，旋转盘上设置有阵列滚珠固定孔以限制滚珠的移动，旋转盘滚珠孔中的滚珠在上、下连接盘的滚珠滚动轨道内滚动，以实现旋转盘在上、下连接盘之间绕中心轴的定轴转动。
[0015]进一步地，所述可变口径出料机构还包括传动齿轮，所述旋转盘的外缘具有轮齿结构，传动齿轮在外置电机的驱动下旋转运动并通过轮齿结构带动旋转盘转动。
[0016]进一步地，上、下连接盘与旋转环通过多个卡扣固定连接。
[0017]进一步地，所述进料机构包括螺杆、料筒、加热器以及驱动电机，所述螺杆的一端连接驱动电机，另一端设置在料筒内，在驱动电机的驱动下旋转以实现料筒内颗粒料向前推进；所述加热器套装在料筒的下端。
[0018]本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0019]一种可变口径的增材制造控制方法，所述方法基于上述的增材制造装置实现，包括：
[0020]读取打印模型；
[0021]将模型进行分层切片；
[0022]识别每层模型的特征尺寸，并根据切片信息进行可变宽度的路径规划；
[0023]根据不同宽度的路径对旋转盘所需旋转角度进行计算，并生成含有打印模型的路径规划与旋转角度的切片文件；
[0024]将切片文件导入增材制造装置中，开始打印。
[0025]进一步地，可变宽度的路径规划中包括重叠面积轮廓线上两点的最长连线以及最长连线中点的信息，打印平台根据最长连线及中点的信息转动相应的角度以配合旋转盘的转动。
[0026]进一步地，根据可变宽度的路径规划，驱动四轴运动机构的X方向运动机构、Y方向运动机构、Z方向运动机构以及打印平台配合运动，以实现增材制造装置的移动方向始终与所述重叠面积的最长连线方向垂直，同时满足最长连线中点的投影始终保持在打印模型轮廓线上的要求。
[0027]本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：
[0028]本专利技术提供的可变口径的增材制造装置及控制方法，包括进料机构、可变口径出料机构和四轴运动机构，所述进料机构设置在四轴运动机构上；所述可变口径出料机构包括上连接盘、下连接盘以及旋转盘，所述旋转盘设置在上连接盘和下连接盘之间，且旋转盘与上、下连接盘采用同轴心的装配方式，以实现旋转盘在上、下连接盘之间绕中心轴转动；所述上连接盘套连在进料机构上；所述进料机构的输出孔下端所在平面与旋转盘上表面重合，旋转盘中央设有中心孔，中心孔与输出孔的中心是同轴的，旋转盘通过转动改变中心孔与输出孔的角度以改变中心孔与输出孔的重叠面积，使得挤出材料的口径发生变化；所述四轴运动机构用于根据挤出材料口径的变化做相应的运动，以实现任意位置的变径打印。通过可变口径出料机构控制旋转盘转动调整进料机构输出孔与中心孔之间重叠面积的形状与大小，精确调控挤出材料的宽度，使得打印材料可以根据所需打印模型打印幅面的大小进行变化，解决了现有打印喷头在进行大幅面打印时依旧需要缓慢填充材料与细小轮廓打印时材料挤出过多所造成的材料堆积等问题，同时提高了打印精度与打印速度；此外利用可变口径出料机构也减少了打印设备打印大幅面模型时的移动次数，节约了时间并提升了打印效率；通过改变输出孔与中心孔的重叠面积，解决了打印轮廓宽度不是出料宽度整数倍所引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变口径的增材制造装置，其特征在于，包括进料机构、可变口径出料机构和四轴运动机构，所述进料机构设置在四轴运动机构上；所述可变口径出料机构包括上连接盘、下连接盘以及旋转盘，所述旋转盘设置在上连接盘和下连接盘之间，且旋转盘与上、下连接盘采用同轴心的装配方式，以实现旋转盘在上、下连接盘之间绕中心轴转动；所述上连接盘套连在进料机构上；所述进料机构的输出孔下端所在平面与旋转盘上表面重合，旋转盘中央设有中心孔，中心孔与输出孔的中心是同轴的，旋转盘通过转动改变中心孔与输出孔的角度以改变中心孔与输出孔的重叠面积，使得挤出材料的口径发生变化；所述四轴运动机构用于根据挤出材料口径的变化做相应的运动，以实现任意位置的变径打印。2.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述下连接盘中央设置有出料孔，经过变径之后的熔融材料经过出料孔流出。3.根据权利要求2所述的增材制造装置，其特征在于，所述四轴运动机构包括X方向运动机构、Y方向运动机构、Z方向运动机构以及绕Z轴旋转的打印平台，所述进料机构安装在X方向运动机构上，所述X方向运动机构安装在Y方向运动机构上，所述打印平台安装在箱体式坐标机的横梁上且在可变口轻出料机构之下，所述横梁的两端分别安装在Z方向运动机构上且在Z方向运动机构上上下移动，所述进料机构的垂直中心线与出料孔的法线方向均与打印平台的旋转轴方向平行，通过X方向运动机构、Y方向运动机构、Z方向运动机构以及打印平台的联合运动以实现任意打印行进方向与变径后打印材料的宽度始终垂直。4.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述上连接盘与下连接盘上分别设置有滚珠滚动轨道，旋转盘上设置有阵列滚珠固定孔以限制滚珠的移动，旋转盘滚珠孔中的滚珠在上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈缵，宋长辉，钟易孜，胡立雅，刘洪添，刘子彬，陈锐迪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：