一種基于微滴控制的3d打印頭系統(tǒng)及其打印方法
【專利摘要】一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)及其打印方法，打印頭系統(tǒng)包括打印頭，打印頭的進(jìn)氣口通過輸送氣管和打印頭控制器的出氣口連接，打印頭控制器的進(jìn)氣口通過輸送氣管和空壓機(jī)出氣口上裝有的氣體輸出閥門連接，打印頭控制器上設(shè)有氣壓調(diào)整旋鈕、真空度調(diào)整旋鈕，采用集成的點(diǎn)膠頭系統(tǒng)作為粉末3D打印的打印頭系統(tǒng)，可以通過控制壓縮氣體的壓強(qiáng)和流速，從而控制打印頭4的出膠速度和出膠量，實(shí)現(xiàn)高精度、高效的粉末3D打印，既保證出膠的可控性，又保證了出膠的均勻性；本發(fā)明中的粉末3D打印方法對于粘結(jié)劑材料的要求不高，常用膠水都可以作為其打印粘結(jié)劑，具有廣泛的材料兼容性，而且其打印頭針頭更換方便，價格便宜。
【專利說明】—種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)及其打印方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)及其打印方法。

【背景技術(shù)】
[0002]粉末3D打印(3DP)是一種利用微滴噴射、粉末粘結(jié)技術(shù)的3D打印方法。噴頭在計算機(jī)控制下，按照當(dāng)前分層截面的信息，在事先鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，使部分粉末粘結(jié)，形成一層截面薄層；一層成形完后，工作臺下降一個層厚，進(jìn)行下一層的鋪粉，繼而選區(qū)噴射粘結(jié)劑，成形薄層同時也會與已成形零件粘為一體；不斷循環(huán)此過程，直至零件加工完為止；通常所成形的零件還需要一定的后處理，如干燥、燒結(jié)等，從而得到最后的零件。
[0003]然而，現(xiàn)有的粉末3D打印方法存在著以下幾個問題:
[0004]一、現(xiàn)有的粉末3D打印方法大多采取打印機(jī)噴墨頭作為打印頭，但是這種噴墨頭的出膠量以及出膠速度難以實(shí)現(xiàn)精確控制，同時，由于噴墨頭結(jié)構(gòu)的限制，其最大出膠量和出膠速度不高，難以滿足高速、高效的粉末3D打印工藝；
[0005]二、現(xiàn)有的噴墨打印頭對于粘結(jié)劑有很高的要求，既要要求其粘度較低，流動性較好，還要要求其性質(zhì)穩(wěn)定，以免堵塞噴頭，因此現(xiàn)有的粉末3D打印機(jī)具有較大的材料局限性；而且，即便采用了低粘度穩(wěn)定的粘結(jié)劑，這種結(jié)構(gòu)精密的打印機(jī)噴墨頭也難免出現(xiàn)不可維修的損壞，更換成本較高；
[0006]三、目前已有粉末3D打印機(jī)采用基于微注射泵的注射針筒作為打印頭，但是這種打印頭出墨不均勻，會造成粉末3D打印過程工藝不穩(wěn)定，得不到理想的零件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)及其打印方法，打印頭系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)出膠速度和出膠量的高精度控制，其打印頭針頭更換方便，價格便宜。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0009]一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)，包括打印頭7，打印頭7的進(jìn)氣口通過輸送氣管3和打印頭控制器4的出氣口連接，打印頭控制器4的進(jìn)氣口通過輸送氣管3和空壓機(jī)I出氣口上裝有的氣體輸出閥門2連接，打印頭控制器4上設(shè)有氣壓調(diào)整旋鈕5、真空度調(diào)整旋鈕6，打印頭7連接在打印頭支架9上，打印頭支架9與二維平面運(yùn)動平臺8相連接，二維平面運(yùn)動平臺8與鋪粉輥?zhàn)?0相連接，帶動鋪粉輥?zhàn)?0在成型缸11與供粉缸12之上來回運(yùn)動，成型缸11與供粉缸12相互連接，并置于二維平面運(yùn)動平臺8下方。
[0010]所述的基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)的打印方法，包括下列步驟:
[0011]I)開啟空壓機(jī)1，等待一段時間使其腔內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定壓強(qiáng)值，然后打開空壓機(jī)I的氣體輸出閥門2，使其通過輸送氣管3將壓縮氣體送到打印頭控制器4中；
[0012]2)根據(jù)工藝要求，調(diào)整打印頭控制器4上的氣壓調(diào)整旋鈕5，以及真空度調(diào)整旋鈕6，以保證打印頭控制器4內(nèi)部氣壓壓強(qiáng)合適并且穩(wěn)定；
[0013]3)打印頭控制器4通過輸送氣管3將氣體送入打印頭7，打印頭控制器4通過對于壓縮氣體傳動的控制，從而控制打印頭7出膠打印的通斷，以及其出膠量和出膠速度，實(shí)現(xiàn)精確打??；
[0014]4)在計算機(jī)中建立三維模型，并對該三維模型進(jìn)行分層處理和路徑數(shù)據(jù)處理；
[0015]5)將當(dāng)前層的工藝數(shù)據(jù)送入到機(jī)器當(dāng)中，通過控制二維平面運(yùn)動平臺8，帶動打印頭支架9與其上的打印頭7，以及鋪粉輥?zhàn)?0進(jìn)行運(yùn)動；
[0016]6)在二維平面運(yùn)動平臺8帶動鋪粉輥?zhàn)?0從供粉缸12端至成型缸11端運(yùn)動過程中，鋪粉輥?zhàn)?0將會使供粉缸12中的粉末推送到成型缸11中并鋪平粉末；
[0017]7)當(dāng)前粉末層鋪平后，二維平面運(yùn)動平臺8帶動打印頭7按照當(dāng)前分層截面的信息，在成型缸11中事先鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，涂敷在部分粉末上，形成一層截面薄層，其出膠的開關(guān)、出膠量、出膠速度由打印頭控制器4精確控制；
[0018]8)完成當(dāng)前層的粘結(jié)后，二維運(yùn)動平臺8帶動噴印頭7回到供粉缸12不臨近成型缸11的一端，然后供粉缸12上升一個分層厚度，成型缸11下降一個分層厚度；
[0019]9)重復(fù)步驟3)?步驟8),直至零件完成。
[0020]本發(fā)明采用集成的點(diǎn)膠頭系統(tǒng)作為粉末3D打印的打印頭系統(tǒng)，可以通過控制壓縮氣體的壓強(qiáng)和流速，從而控制打印頭4的出膠速度和出膠量，實(shí)現(xiàn)高精度、高效的粉末3D打印，既保證出膠的可控性，又保證了出膠的均勻性；同時，本發(fā)明中打印頭7的出膠速度和出膠量具有非常大的可調(diào)范圍，可以很好地滿足粉末3D打印對于不同工藝、不同材料的要求；而且，本發(fā)明中的粉末3D打印方法對于粘結(jié)劑材料的要求不高，不需要其具有很低的粘度和較好的流動性，一般的常用膠水都可以作為其打印粘結(jié)劑，具有廣泛的材料兼容性，而且其打印頭針頭更換方便，價格便宜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]附圖是本發(fā)明3D打印頭系統(tǒng)及打印所采用的設(shè)備連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]參照附圖，一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)，包括打印頭7，打印頭7的進(jìn)氣口通過輸送氣管3和打印頭控制器4的出氣口連接，打印頭控制器4的進(jìn)氣口通過輸送氣管3和空壓機(jī)I出氣口上裝有的氣體輸出閥門2連接，打印頭控制器4上設(shè)有氣壓調(diào)整旋鈕5、真空度調(diào)整旋鈕6，打印頭7連接在打印頭支架9上，打印頭支架9與二維平面運(yùn)動平臺8相連接，二維平面運(yùn)動平臺8與鋪粉輥?zhàn)?0相連接，帶動鋪粉輥?zhàn)?0在成型缸11與供粉缸12之上來回運(yùn)動，成型缸11與供粉缸12相互連接，并置于二維平面運(yùn)動平臺8下方。
[0024]參照附圖，所述的基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)的打印方法，包括下列步驟:
[0025]I)開啟空壓機(jī)1，等待一段時間使其腔內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定壓強(qiáng)值，然后打開空壓機(jī)I的氣體輸出閥門2，使其通過輸送氣管3將壓縮氣體送到打印頭控制器4中；
[0026]2)根據(jù)工藝要求，調(diào)整打印頭控制器4上的氣壓調(diào)整旋鈕5，以及真空度調(diào)整旋鈕6，以保證打印頭控制器4內(nèi)部氣壓壓強(qiáng)合適并且穩(wěn)定；
[0027]3)打印頭控制器4通過輸送氣管3將氣體送入打印頭7，打印頭控制器4通過對于壓縮氣體傳動的控制，從而控制打印頭7出膠打印的通斷，以及其出膠量和出膠速度，實(shí)現(xiàn)精確打??；
[0028]4)在計算機(jī)中建立三維模型，并對該三維模型進(jìn)行分層處理和路徑數(shù)據(jù)處理；
[0029]5)將當(dāng)前層的工藝數(shù)據(jù)送入到機(jī)器當(dāng)中，通過控制二維平面運(yùn)動平臺8，帶動打印頭支架9與其上的打印頭7，以及鋪粉輥?zhàn)?0進(jìn)行運(yùn)動；
[0030]6)在二維平面運(yùn)動平臺8帶動鋪粉輥?zhàn)?0從供粉缸12端至成型缸11端運(yùn)動過程中，鋪粉輥?zhàn)?0將會使供粉缸12中的粉末推送到成型缸11中并鋪平粉末；
[0031]7)當(dāng)前粉末層鋪平后，二維平面運(yùn)動平臺8帶動打印頭7按照當(dāng)前分層截面的信息，在成型缸11中事先鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，涂敷在部分粉末上，形成一層截面薄層，其出膠的開關(guān)、出膠量、出膠速度由打印頭控制器4精確控制；
[0032]8)完成當(dāng)前層的粘結(jié)后，二維運(yùn)動平臺8帶動噴印頭7回到供粉缸12不臨近成型缸11的一端，然后供粉缸12上升一個分層厚度，成型缸11下降一個分層厚度；
[0033]9)重復(fù)步驟3)?步驟8)，直至零件完成。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)，包括打印頭(7)，其特征在于:打印頭(7)的進(jìn)氣口通過輸送氣管(3)和打印頭控制器(4)的出氣口連接，打印頭控制器(4)的進(jìn)氣口通過輸送氣管(3)和空壓機(jī)(I)出氣口上裝有的氣體輸出閥門(2)連接，打印頭控制器(4)上設(shè)有氣壓調(diào)整旋鈕(5)、真空度調(diào)整旋鈕￠)，打印頭(7)連接在打印頭支架(9)上，打印頭支架(9)與二維平面運(yùn)動平臺(8)相連接，二維平面運(yùn)動平臺(8)與鋪粉輥?zhàn)?10)相連接，帶動鋪粉輥?zhàn)?10)在成型缸(11)與供粉缸(12)之上來回運(yùn)動，成型缸(11)與供粉缸(12)相互連接，并置于二維平面運(yùn)動平臺(8)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微滴控制的3D打印頭系統(tǒng)的打印方法，其特征在于，包括下列步驟: 1)開啟空壓機(jī)(I)，等待一段時間使其腔內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定壓強(qiáng)值，然后打開空壓機(jī)(I)的氣體輸出閥門(2)，使其通過輸送氣管(3)將壓縮氣體送到打印頭控制器(4)中； 2)根據(jù)工藝要求，調(diào)整打印頭控制器(4)上的氣壓調(diào)整旋鈕(5)，以及真空度調(diào)整旋鈕(6)，以保證打印頭控制器(4)內(nèi)部氣壓壓強(qiáng)合適并且穩(wěn)定； 3)打印頭控制器(4)通過輸送氣管(3)將氣體送入打印頭(7)，打印頭控制器(4)通過對于壓縮氣體傳動的控制，從而控制打印頭(7)出膠打印的通斷，以及其出膠量和出膠速度，實(shí)現(xiàn)精確打?。? 4)在計算機(jī)中建立三維模型，并對該三維模型進(jìn)行分層處理和路徑數(shù)據(jù)處理； 5)將當(dāng)前層的工藝數(shù)據(jù)送入到機(jī)器當(dāng)中，通過控制二維平面運(yùn)動平臺(8)，帶動打印頭支架(9)與其上的打印頭(7)，以及鋪粉輥?zhàn)?10)進(jìn)行運(yùn)動； 6)在二維平面運(yùn)動平臺(8)帶動鋪粉輥?zhàn)?10)從供粉缸(12)端至成型缸(11)端運(yùn)動過程中，鋪粉輥?zhàn)?10)將會使供粉缸(12)中的粉末推送到成型缸(11)中并鋪平粉末； 7)當(dāng)前粉末層鋪平后，二維平面運(yùn)動平臺(8)帶動打印頭(7)按照當(dāng)前分層截面的信息，在成型缸(11)中事先鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，涂敷在部分粉末上，形成一層截面薄層，其出膠的開關(guān)、出膠量、出膠速度由打印頭控制器(4)精確控制； 8)完成當(dāng)前層的粘結(jié)后，二維運(yùn)動平臺(8)帶動噴印頭(7)回到供粉缸(12)不臨近成型缸(11)的一端，然后供粉缸(12)上升一個分層厚度，成型缸(11)下降一個分層厚度； 9)重復(fù)步驟3)?步驟8)，直至零件完成。
【文檔編號】B29C67/00GK104175557SQ201410384376
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】田小永, 楊春成, 李滌塵 申請人:西安交通大學(xué)