3D 打印設(shè)備及3D 打印生產(chǎn)系統(tǒng)

楊建國(guó)，田永剛，王志剛

（共享智能裝備有限公司，寧夏銀川 750021）

1 背景

3D 打?。?D Printing）是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)[1]。相關(guān)技術(shù)提供的3D 打印設(shè)備的具體打印過(guò)程為：先在平臺(tái)上均勻的鋪一層粉末，打印頭掃描并在特定區(qū)域內(nèi)噴射一種液料，使得噴射部位的粉末粘結(jié)在一起，此時(shí)平臺(tái)下降一定的層厚距離，重復(fù)上述步驟，直至完成所有層的鋪粉打印工作[2]?；谏鲜霾襟E的普遍特征在于，鋪粉和打印是分步驟依次完成的，存在等待時(shí)間，使得設(shè)備打印效率大大受限。如想提高效率，只能通過(guò)增大打印面積、提高鋪粉與打印速度、增加打印頭的寬度等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但上述方法中增加打印面積會(huì)增加整個(gè)設(shè)備的制造難度，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)；鋪粉與打印速度在達(dá)到特定的值后很難再提升[3]。上述方法只能小幅度的提升設(shè)備打印效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足粉末3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用的要求。

2 系統(tǒng)解決方案

本文提供的3D 打印設(shè)備及3D 打印生產(chǎn)系統(tǒng)，緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋪粉和打印是分步驟依次完成的，存在等待時(shí)間，使得單層鋪粉再打印周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致3D 設(shè)備打印效率大大受限的技術(shù)問(wèn)題。

2.1 技術(shù)方案實(shí)施

本文提供的3D 打印設(shè)備，包括：框架，在所述的框架內(nèi)形成工作區(qū)域；在所述的工作區(qū)域內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置、打印裝置和運(yùn)動(dòng)裝置；所述的運(yùn)動(dòng)裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)鋪粉裝置和打印裝置沿不同的運(yùn)動(dòng)路徑交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)鋪粉裝置與打印裝置同時(shí)進(jìn)行鋪粉和打印[4]。所述的運(yùn)動(dòng)裝置包括：導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)感應(yīng)元件；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接，感應(yīng)元件設(shè)置在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上，用于檢測(cè)鋪粉裝置和打印裝置的位置。所述3D 打印設(shè)備還包括：構(gòu)建平臺(tái)；鋪粉裝置的長(zhǎng)度大于等于所述構(gòu)建平臺(tái)的寬度。

2.2 實(shí)施過(guò)程

參照?qǐng)D1，通過(guò)均勻鋪設(shè)一層粉末材料，同時(shí)噴射一層粘結(jié)劑的方式，逐層疊加，實(shí)現(xiàn)3D 實(shí)體構(gòu)建，本文所述的3D 打印設(shè)備實(shí)現(xiàn)至少一組鋪粉裝置200 及至少一組打印裝置300 同時(shí)作業(yè)，且同一組內(nèi)的鋪粉裝置200 與打印裝置300 可以同時(shí)工作，有效消除作業(yè)過(guò)程中的等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)不間斷鋪粉與打印，從而大幅提高打印效率，降低打印成本，為推進(jìn)粉末3D 打印在各領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供保障。

圖1 設(shè)備圖

鋪粉與打印工作可同時(shí)進(jìn)行，不再有等待時(shí)間，可明顯提高打印效率；另一方面可以通過(guò)多個(gè)鋪粉裝置200 與多個(gè)打印裝置300 同時(shí)進(jìn)行在工作區(qū)域內(nèi)不同的構(gòu)建平臺(tái)500 上打印工作，且每個(gè)構(gòu)建平臺(tái)500 所打印的模型與布局方式都可按需個(gè)性化布置。

這里具體是通過(guò)需要在控制器內(nèi)設(shè)定好預(yù)定的程序，至于控制器的選擇則為現(xiàn)有技術(shù)，主要是根據(jù)不同的需求對(duì)其控制器內(nèi)的程序進(jìn)行編程和調(diào)試，使得運(yùn)動(dòng)裝置400 可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)構(gòu)建平臺(tái)500、鋪粉裝置200、打印裝置300 分別沿固定的方向與路徑動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)裝置400 可實(shí)現(xiàn)鋪粉裝置200 與打印裝置300 同時(shí)動(dòng)作，且在特定的位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)裝置400 可驅(qū)動(dòng)鋪粉裝置200 與打印裝置300 錯(cuò)開(kāi)，并開(kāi)始往復(fù)鋪粉與打印作業(yè)，且互不干擾。

當(dāng)打印作業(yè)開(kāi)始時(shí)，輸送裝置800 帶動(dòng)至少一個(gè)構(gòu)建平臺(tái)500 進(jìn)入到各自獨(dú)立的至少一個(gè)工作區(qū)域內(nèi)，鋪粉裝置200 先開(kāi)始工作，沿第一方向正向（Y+方向）在構(gòu)建平臺(tái)500 上方均勻鋪設(shè)一層可設(shè)定厚度的粉末，當(dāng)鋪粉裝置200 完成一個(gè)打印裝置300 寬度的鋪粉行程時(shí)，與鋪粉裝置200 布置于同一工作區(qū)域的打印裝置300 開(kāi)始沿著與鋪粉方向相垂直的方向第二方向正向（X+方向）在粉末層上方均勻噴射第一道粘結(jié)劑，打印裝置300 噴射粘結(jié)劑的過(guò)程中鋪粉裝置200 不間斷的正常進(jìn)行鋪粉作業(yè)，當(dāng)鋪粉裝置200 完成第二個(gè)打印裝置300 寬度的鋪粉行程時(shí)，打印裝置300 先沿鋪粉方向第一方向正向（Y+方向）移動(dòng)一個(gè)打印裝置300 寬度的行程，再沿與噴射第一道粘結(jié)劑時(shí)打印裝置300 運(yùn)動(dòng)方向相反的反向即第二方向反向（X－方向）噴射第二道粘結(jié)劑，如此往復(fù)，直至鋪粉裝置200 與打印裝置300 完成第一層全部鋪粉與打印作業(yè)；此時(shí)，打印裝置300 沿與鋪粉裝置200 移動(dòng)方向相垂直的方向移動(dòng)至錯(cuò)開(kāi)鋪粉裝置200 長(zhǎng)度的位置，以確保鋪粉裝置200 反向即第二方向反向（Y－方向）進(jìn)行鋪粉作業(yè)時(shí)，不會(huì)與打印裝置300 相互干涉。同理，鋪粉裝置200 沿第一方向反向（Y－方向）完成一個(gè)打印裝置300 寬度的鋪粉行程時(shí)，與鋪粉裝置200布置于同一工作區(qū)域的打印裝置300 開(kāi)始沿著與鋪粉方向相垂直的第一方向（X 向）在粉末層上方均勻噴射第一道粘結(jié)劑，當(dāng)鋪粉裝置200 完成第二個(gè)打印裝置300 寬度的鋪粉行程時(shí)，所述打印裝置300 先沿鋪粉第一方向反向（Y－方向）移動(dòng)一個(gè)打印裝置300 寬度的行程，再沿與噴射第一道粘結(jié)劑時(shí)打印裝置300 運(yùn)動(dòng)方向相反的反向噴射第二道粘結(jié)劑。如此往復(fù)，直至逐層完成后續(xù)所有層的鋪粉與打印，打印工作完成。該實(shí)施例的特征在于，所述鋪粉裝置200 與所述打印裝置300的錯(cuò)開(kāi)方式為豎直方向錯(cuò)開(kāi)。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1 更改后與更改前效率對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證：使用本文所述的打印過(guò)程，可以有效的減少打印裝置與鋪粉裝置之間的等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)鋪粉裝置和打印裝置沿不同的運(yùn)動(dòng)路徑交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；打印效率約提升40%左右。