一種反應型3D印表機的製作方法

2023-05-29 15:56:11 1

本發明涉及新型裝備製造領域，具體地，本發明提供了一種反應型3D印表機。

背景技術：

增材製造技術(也稱「3D列印」)是基於計算機三維CAD模型，採用逐層堆積的方式直接製造三維物理實體的方法。增材製造技術可以在一臺設備上快速精密地製造出任意複雜形狀和結構的零部件，從而實現「自由製造」。與傳統加工技術相比，增材製造可降低加工成本20％-40％以上，縮短產品研發周期約80％。近20年來，增材製造技術得到了快速發展，形成了多種成型技術和裝備。這些技術面向航空航天、武器裝備、汽車、模具以及生物醫療等高端製造領域，直接製造三維複雜結構，解決傳統製造工藝難以甚至無法加工的製造難題。增材製造作為一項前瞻性、戰略性技術，其工程應用性很強，領域跨度大，對未來製造業，尤其是高端製造的發展十分重要。其中熔融沉積快速原型製造(FDM)是一種將各種熱熔性的絲狀/粉體材料加熱熔化擠出成型技術，它具有設備簡單、工藝乾淨、運行成本低且不產生垃圾，可以快速構建中空零件等優點。相比於選擇性雷射融化設備(SLM)，桌面型FDM印表機具有價格低廉，易於推廣等優點，已經應用於工藝品、模具、汽車零部件直接製造等民用工業。但現有的FDM一般只能加工熱塑性材料，材料固化後硬度、韌性和彈性性能較差。隨著3D列印應用領域的拓展，多材料列印成為3D列印的一種趨勢。與之配套的印表機的研發也迫在眉睫。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種反應型3D印表機，所述的反應型3D印表機材料適用面廣、操作簡單、易於維護和推廣，能滿足3D列印對於多材料列印的需求。

在本發明的第一方面，提供了一種反應型3D印表機，所述3D印表機包括一外殼(1)，和位於外殼中的：出料裝置，所述的出料裝置包括一混合器401，以及兩個或多個儲料針筒4；氣流控制系統，所述的氣流控制系統包括：輸氣管2和電磁閥或用於控制高壓氣體通斷的電磁閥或電磁開關3；成型室，所述的成型室中具有一成型基板5；排氣系統，所述排氣系統包括：冷卻裝置(如冷卻排氣風扇)和用於將反應尾氣排出的尾氣排出裝置如排氣風扇；運動控制系統11：所述的運動控制系統用於控制各部件移動；操作面板12。

在另一優選例中，所述的兩個或多個儲料針筒用於存放不同的列印原料；

在另一優選例中，所述的兩個或多個儲料針筒分別儲存一種或多種列印原料；

在另一優選例中，在列印過程中，列印原料在所述的成型基板表面固化成型。

在另一優選例中，所述的出料裝置包括：兩個或多個儲料針筒，所述的儲料針筒包括外套402、內膽403和氣動接頭404；與所述儲料針筒下方連接具有一出料開口的混合器。

在另一優選例中，所述的儲料針筒中，所述的外套為不鏽鋼外套，和/或所述的內膽為聚四氟乙烯內膽。

在另一優選例中，所述的儲料針筒還包括分別連接於各個儲料針筒的多個單獨氣管405，和與所述的單獨氣管相連的壓縮氣體源406。

在另一優選例中，所述的多個單獨氣管上分別具有一電磁閥或電磁開關，且所述的電磁閥或電磁開關用於控制所述單獨氣管中的高壓氣體通斷。

在另一優選例中，所述3D印表機還包括溫度控制系統，所述的溫度控制系統還包括一加熱器6。

在另一優選例中，所述的加熱器位於所述的成型基板背面或內部。

在另一優選例中，所述的溫度控制系統用於控制成型基板表面和/或成型室的溫度。

在另一優選例中，所述的溫度控制系統可對列印原料加熱，加快其反應速度。

在另一優選例中，所述排氣系統包括：冷卻風扇10和用於將反應尾氣排出的排氣風扇7。

在另一優選例中，所述的3D印表機還包括：用於控制儲料針筒在平面內移動的XY十字滑臺8，和/或用於控制成型基板在垂直方向上下移動的Z軸連接器9。

本發明的第二方面提供了一種3D列印方法，所述列印方法包括以下步驟：

(a)在所述儲料針筒中分別加入相應的列印原料；

(b)設定控制各儲料針筒中所述列印原料的出料速率或出料比例；

(c)設置成型基板中加熱器的溫度；

(e)在所述的成型基板上進行脫機列印。

在另一優選例中，所述的列印原料選自下組：翻模矽膠膠水/矽膠固化劑(優選地，所述的矽膠與固化劑的出料速率比為100:1-5)；

環氧樹脂A膠/環氧樹脂B膠(優選地，所述的環氧樹脂A膠和環氧樹脂B膠的出料速率之比為1:0.5-2)；

或所述的組分包括組分(a)和組分(b)，且所述的組分(a)包括選自下組的一種或多種：玉米澱粉、丙烯酸、丙烯醯胺、碳酸鈣、氫氧化鈉、水，且所述的組分(b)包括選自下組的一種或多種：過硫酸銨、N,N-亞甲基雙丙烯醯胺、水(優選地，所述的組分(a)和組分(b)的出料速率比為1:0.5-2)。

在另一優選例中，所述的成型基板中加熱器的溫度為：40-100℃。

應理解，在本發明範圍內，本發明的上述各技術特徵和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特徵之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限於篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1為本發明反應型印表機結構示意圖；

圖2為本發明反應型印表機出料裝置結構示意圖；

圖3為本發明反應型印表機加熱器布置結構示意圖；

圖4為本發明反應型印表機排氣扇布置結構示意圖；

各圖中，1為外殼，2為輸氣管，3為電磁閥或電磁開關，4為針筒，5為成型基板，6為加熱器，7為排氣風扇，8為XY十字滑臺，9為Z軸連接器，10為冷卻風扇1，11為控制系統，12為操作面板，401為混合器，402為不鏽鋼外套，403為聚四氟乙烯內膽，404為氣動接頭，405為氣管，406為壓縮氣體源。

具體實施方式

本發明人經過長期而深入的研究，發現現有的FDM印表機以固態絲材為原料，一般只能加工熱塑性材料，材料固化後硬度、韌性和彈性性能較差。本發明所述的反應型3D印表機，將雙噴頭FDM印表機的兩個噴頭分別替換成儲料針筒，將FDM的擠出電機換成控制高壓氣體通斷的電磁閥門，閥門與高壓鋼瓶或者壓縮空氣連結。根據列印圖案的需要，控制電磁閥通斷，使兩個針筒內的液態物質擠出後混合均勻，然後在加熱的基板加速反應，固化定型。與FDM逐層疊加類似，通過層層疊加，形成所需的3D立體結構，從而完成了本發明。

以下結合附圖，進一步說明本發明。需理解，以下的描述僅為本發明的最優選實施方式，而不應當被認為是對於本發明保護範圍的限制。在充分理解本發明的基礎上，本領域技術人員可以對本發明的技術方案作出非本質的改動，這樣的改動應當被視為包括於本發明的保護範圍之中的。

如圖1所示，本發明提供了一種反應型3D印表機，包括包括一外殼1，和位於外殼中的：出料裝置，所述的出料裝置包括一混合器401，以及兩個或多個儲料針筒4；氣流控制系統，所述的氣流控制系統包括：輸氣管2和電磁閥或用於控制高壓氣體通斷的電磁閥或電磁開關3；成型室，所述的成型室中具有一設置有加熱器6的成型基板5；排氣系統，所述排氣系統包括：冷卻裝置(如冷卻排氣風扇)10和用於將反應尾氣排出的尾氣排出裝置(如排氣風扇)7(詳見圖4，排氣扇布置結構示意圖)；運動控制系統11：所述的運動控制系統用於控制各部件移動；用於控制儲料針筒在平面內移動的XY十字滑臺8；用於控制成型基板在垂直方向上下移動的Z軸連接器9和操作面板12。

如圖2所示的儲料針筒，包括一混合器401、外套402、內膽403和氣動接頭404，在所述儲料針筒下方連接具有一出料開口的混合器。所述的儲料針筒還包括分別連接於各個儲料針筒的多個單獨氣管405，和與所述的單獨氣管相連的壓縮氣體源406，在操作過程中，在所述的儲料針筒中分別加入相應的列印原料(列印原料)，通過所述電磁閥或電磁開關控制所述壓縮氣體源中的壓縮氣體在所述氣管中的通斷，進一步控制所述儲料針筒中的列印原料的出料速率或出料比例，列印原料通過所述混合器用於混合。設置成型基板中加熱器的溫度(詳見圖3，加熱器布置結構示意圖)，在所述的成型基板上進行脫機列印。

本發明的主要優點包括：

本發明所述的反應型3D印表機具有材料適用面廣、操作簡單、易於維護和推廣等優點。

(1)傳統噴頭一般適用於粘度較小的反應劑，不適合矽膠等粘度大的物質，本發明所述的反應型3D印表機從彈性矽膠到硬度較高的環氧樹脂，以及水凝膠、陶瓷坯體等都可以列印，能滿足3D列印對於多材料列印的需求；

(2)傳統的噴頭不具備攪拌功能，因此不能保證物料的充分混合，本發明所述的反應型3D印表機設置了混合器，可將針筒中儲存的列印原料混合均勻，促進反應的發生。

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。

實施例1

本實施例中，所述的儲料針筒有兩個，分別為①和②。針筒①中裝入翻模矽膠膠水，針筒②中裝入矽膠固化劑。矽膠和固化劑的質量比為100:2.5，在3d列印切片軟體上，將①和②的列印頭的絲徑分別設置為1和40，熱床溫度設置為50度，進行脫機列印。

實施例2

本實施例中，所述的儲料針筒有兩個，分別為①和②。針筒①中裝入環氧樹脂AB膠的A膠，針筒②中裝入環氧樹脂AB膠的B膠。A膠和B膠的質量比為1:1，然後在3d列印切片軟體上，將①和②的列印頭的絲徑分別設置為1.75和1.75，熱床溫度設置為60度，進行脫機列印。

實施例3

本實施例中，所述的儲料針筒有兩個，分別為①和②。針筒①中裝入攪拌混合均勻的玉米澱粉4.5克、丙烯酸22克、丙烯醯胺9克、碳酸鈣4.5克、氫氧化鈉9.5、水30.5克；針筒②中裝入混合均勻的過硫酸銨3.5克、N,N-亞甲基雙丙烯醯胺6.5克、水10克。然後在3d列印切片軟體上，將①和②的列印頭的絲徑設置為1.75，熱床溫度設置為70度，進行脫機列印。

在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。