一種快速3DP工業(yè)級打印裝置系統(tǒng)

張方林　周永蓮

摘 要：為了避免傳統(tǒng)熔融3D打印以及現(xiàn)有3DP打印弊端，本研發(fā)項目采用了如下技術方案：一種用于快速打印的高效打印機裝置，包括底座，支撐桿，橫梁，控制箱，顯示屏，送料伸縮裝置，電動滑軌，多頭打印裝置，連接塊，驅(qū)動裝置，打印平臺，軟件以及控制電路。

關鍵詞：3DP；多頭噴墨打印裝置；滑軌伸縮；驅(qū)動噴墨一體化

中圖分類號：R737.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0049-02

1 引言

本研發(fā)項目中在底座的上端設有支撐桿，支撐桿上設有橫桿，橫桿上設有控制箱，橫桿下設有伸縮桿，伸縮桿和電動滑軌連接，而且電動滑軌通過連接塊、滑輪固定在支撐桿上，伸縮桿移動的時候，滑軌同時也可以前后移動，而且底座上設有驅(qū)動裝置、平衡頂塊和打印平臺，驅(qū)動裝置驅(qū)動平衡頂塊，然后帶動打印平臺移動，該研發(fā)項目結構簡單，使用方便，尤其采用雙頭或多頭打印，不僅僅可以有效的加快打印裝置的打印速度（是傳統(tǒng)熔融技術效率的100倍），同時平面尺寸可以達到1米以上，避免了大型物體多次打印拼接的麻煩性，而且也降低了成本。

2 背景技術

3D打印機又稱三維打印機（3DP），是一種累積疊加制造技術，即快速成形技術的一種機器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎，3D打印將三維實體變?yōu)槿舾蓪佣S平面，運用特殊無機物SiO2（原砂）、陶瓷粉、粉末狀金屬或高分子塑料粉末等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料/黏合劑來制造三維的物體。通過對材料處理并逐層疊加進行生產(chǎn)，大大降低了制造的復雜度。這種數(shù)字化制造模式直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件。以往噴墨層積造型（3DP）技術是3D打印技術中的一個非主流技術，并且國內(nèi)處于試驗研究階段，效率和精度低，偶爾制作人像，工業(yè)化應用處于探索階段。3DP打印機噴墨頭粘結劑（樹脂等）在計算機控制下，沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡，噴頭將液態(tài)粘結劑的噴印出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。當一層完畢后，通過垂直升降系統(tǒng)降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結，自下而上形成該模型的三維實體，但是現(xiàn)有的機器因為機架強度、傳動穩(wěn)定性、送粉方式、機構設計、程序控制等因素，會大大影響產(chǎn)品成型的精確度和效率，而且有時候打印機的打印速度跟不上人們的需求，這樣就需要多臺打印機一起工作，這樣不僅復雜，而且還增加了使用的成本。

附圖1說明：

圖1中：1機臺底座、2平衡頂塊、3驅(qū)動裝置（2個）、4打印鋪粉平臺、5電動直線滑軌（帶鋪粉輥）、6打印裝置（多頭打印集成）、7操作按鈕、8控制箱（控制主機）、9顯示屏、10上送粉進料系統(tǒng)、11橫桿、12送料伸縮裝置、13連接塊、14滑輪、15打印噴頭。

具體實施方式：（1）驅(qū)動裝置采用電機。（2）控制箱和橫桿通過螺栓鎖緊。（3）橫桿的上端設有將伸縮裝置固定的安裝座。

下面將結合本研發(fā)項目實施例中的附圖，對本研發(fā)項目實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本研發(fā)項目一部分實施例，而不是全部。

參照圖1，一種用于快速打印的高效3D打印機裝置，包括底座1，底座1的上端設有對稱的多個筋板，支撐桿的上端設有橫桿11，橫桿11的上端設有控制箱8，控制箱8和橫桿11通過螺釘鎖緊，控制主機箱8的表面設有顯示屏9，控制箱8的表面設有多個操作按鈕7，橫桿11的下端設有伸縮裝置12，橫桿11的上端設有將伸縮裝置12固定的安裝座以及進粉系統(tǒng)10，且伸縮裝置12位于支撐桿之間，伸縮裝置12的下端橫向設有電動滑軌5，電動滑軌5上設有打印裝置6，打印裝置6靠近底座1的一側(cè)設有打印頭15，電動滑軌5的兩端均設有連接塊13（連接塊帶感應裝置），且連接塊13卡接在支撐桿上，連接塊13和支撐桿的連接處對稱設有多個滑輪14，底座1的上端設有驅(qū)動裝置3，且驅(qū)動裝置3采用電機，驅(qū)動裝置3的上端設有平衡頂塊2，平衡頂塊2的上端設有打印平臺4，且打印平臺4和打印裝置6的位置對應。

3 本研發(fā)項目原理

本研發(fā)項目原理：底座1的上端設有支撐桿，支撐桿上設有橫桿11，橫桿11上設有控制機箱8，橫桿11下設有伸縮裝置12，伸縮裝置和支撐桿之間的電動滑軌5連接，而且電動滑軌5通過連接塊13、滑輪14固定在支撐桿上，伸縮裝置12進行上下移動的時候，電動滑軌5也可以上下移動，而且底座1上設有驅(qū)動裝置3、平衡頂塊2和打印平臺4，驅(qū)動裝置3驅(qū)動平衡頂塊2，然后平衡頂塊2帶動打印平臺4移動。

本項目全新設計：（1）自動計量伸縮上下料控制裝置系統(tǒng)；（2）多打印頭連鎖裝置以及控制線路；（3）可滿足工業(yè)現(xiàn)場使用的設備整體工業(yè)設計。

4 本研發(fā)機構工作過程

本研發(fā)機構工作過程：如圖2所示。①通過計算機控制箱8啟動機器并自檢，各機構歸零位。送料機構10按設置控制一次送粉量，伸縮頭12下探至打印臺4的粉盒上方送出粉料，②滑軌5前后移動先用鋪粉輥鋪平，同時安裝在滑軌上的打印頭15按照系統(tǒng)給出的圖形軌跡指令，噴墨（粘結劑）打印一層。③當打印頭15打印完畢，并且滑塊13上感應頭感應到預定位置，伸縮頭12下探送粉，同時驅(qū)動裝置3按設定行程下降，重復②動作。最終完成物體立體三維打印。

其中關鍵技術之一的多頭打印連鎖裝置示意圖（如圖3）：

5 具體實施方式

如附圖3所示多功能3D打印雙頭結構，打印滑車（14）通過傳動齒帶（1）實現(xiàn)上滑軌（2）、下滑軌（10）中的左右滑動，同時打印滑車（14）帶動托板（7）做水平移動。

如前所述，托板（7）上安裝有調(diào)距齒輪（6），該齒輪（6）上部有調(diào)整平口，通過調(diào)整平口帶動齒輪（6）的旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)左打印頭齒條（5）、右打印頭齒條（9）的反向位移。

如前所述，兩個打印頭通過打印頭安裝板螺釘組（3）、螺釘組（8）安裝于左、右打印頭齒條（5、9）上，齒條的移動方向為反向移動并帶動兩個打印頭移動。

如前所述，多功能雙打印雙頭相互錯位移動后，可實現(xiàn)同一部件的雙份打印，并可根據(jù)打印部件的大小，進行雙部件的打印位置的調(diào)整。多功能雙打印頭相向移動合并后，兩噴頭也可噴印不同溶劑“墨水”，可進行同一部件的雙色打印。

本項目終端產(chǎn)品原型機已經(jīng)裝配完成，并進行了工藝試驗，制件已經(jīng)得到客戶認可，成型效率和速度是傳統(tǒng)3D激光熔融成型的100倍左右，設備成本大幅下降。二代升級版已被訂購，正在裝配。

參考文獻

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