一種快速3DP工業級打印裝置系統

張方林　周永蓮

摘 要：為了避免傳統熔融3D打印以及現有3DP打印弊端，本研發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，而且底座上設有驅動裝置、平衡頂塊和打印平臺，驅動裝置驅動平衡頂塊，然后帶動打印平臺移動，該研發項目結構簡單，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，它是一種數字模型文件為基礎，3D打印將三維實體變為若干層二維平面，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，大大降低了制造的復雜度。這種數字化制造模式直接從計算機圖形數據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，并且國內處于試驗研究階段，效率和精度低，偶爾制作人像，工業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，但是現有的機器因為機架強度、傳動穩定性、送粉方式、機構設計、程序控制等因素，會大大影響產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、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。

下面將結合本研發項目實施例中的附圖，對本研發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的上端設有驅動裝置3，且驅動裝置3采用電機，驅動裝置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 本研發項目原理

本研發項目原理：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上設有驅動裝置3、平衡頂塊2和打印平臺4，驅動裝置3驅動平衡頂塊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；（2）多打印頭連鎖裝置以及控制線路；（3）可滿足工業現場使用的設備整體工業設計。

4 本研發機構工作過程

本研發機構工作過程：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）上安裝有調距齒輪（6），該齒輪（6）上部有調整平口，通過調整平口帶動齒輪（6）的旋轉，可實現左打印頭齒條（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，可實現同一部件的雙份打印，并可根據打印部件的大小，進行雙部件的打印位置的調整。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。

本項目終端產品原型機已經裝配完成，并進行了工藝試驗，制件已經得到客戶認可，成型效率和速度是傳統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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