CN104608379A - 一种基于选择性区域粘接的固体粉末3d打印机 - Google Patents
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Abstract
一种基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，包括：主机体(1)、工作台面(2)、工作架(3)、透明挡板(4)、粘接剂仓(5)、粉末仓(6)、喷头(7)、喷头架步进电机驱动螺杆(8y)、工作架步进电机驱动螺杆(8z)、粘接剂导管(9a)、粉末导管(9b)、第一粉末回收槽口(11a)、第二粉末回收槽口(11b)和粉末回收仓(12)。本打印机在具备一定尺寸的基础上仍可以通过调整四个立柱高度扩展打印件纵向高度，满足了多种尺寸的产品打印需求。工作架有步进电机驱动螺杆控制保证了打印件每层厚度的均与提高了成形精度。打印机粉末底材和胶水的适用范围广泛，能够实现多种材料的固体粉末的立体成形。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体是一种基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材(即成型材料)和介质等组成，打印原理也基本类似。
目前，3D打印机的主要材料是ABS材料、尼龙、金属粉末等，而在无机物材料方面的涉及较少，并且大多只能够打印体积较小的物品。雕塑、古董的仿制(博物馆展示)、大型物件的模型多以无机物材料为制作原料且耗费的成本高、周期长。固体粉末3D打印机可以应对各种要求对不规则的大小物件进行切片堆积制造，能有效解决材料问题并缩短生产周期。如果能将其应用于批量化的生产实践，将带来巨大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，解决体积较大且以无机物为主要材料的物件的三维成形问题。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案为：
一种基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，包括：主机体1、工作台面2、工作架3、透明挡板4、粘接剂仓5、粉末仓6、喷头7、喷头架步进电机驱动螺杆8y、工作架步进电机驱动螺杆8z、粘接剂导管9a、粉末导管9b、第一粉末回收槽口11a、第二粉末回收槽口11b和粉末回收仓12；所述主机体1的底部有方形的工作台面2，主题四周立柱内部各有一个工作架步进电机驱动螺杆8z用于控制工作架3在垂直方向上的移动，喷头架步进电机驱动螺杆8y用于控制喷头架往复运动，粉末仓6中的粉末则直接通过粉末沙漏流出，粘接剂仓5中的粘接剂则通过粘接剂导管9a流入喷头7，而喷头则通过步进电机驱动皮带装置在工作架3上往复运动，第一粉末回收槽口11a和第二粉末回收槽口11b用于回收多余的粉末底料并通过粉末导管9b储存在粉末回收仓12中，透明挡板4用于防治粉末外流。
所述工作架步进电机驱动螺杆8z的数量为四个，每个工作架步进电机驱动螺杆8z均连接一个固定安装于主体1底板上的工作架步进电机13，所述工作架3由四个工作架步进电机驱动螺杆8z支撑，在四个步进电机13驱动螺杆8z下整个工作架能够在保持水平的基础上垂直的上下匀速移动。
所述第一粉末回收槽口11a和第二粉末回收槽口11b分别安装在主机架1底板的两侧，回收的粉末被临时存储在底部的中转仓，当完成回收之后通过粉末回收导管9b被吸入粉末回收仓12。
所述喷头7被固定在喷头架上，在喷头架步进电机驱动螺杆8y的皮带下，喷头7随皮带上的一个点在导轨上往复运动。
所述喷头架两端由喷头架步进电机14驱动喷头架步进电机驱动螺杆8y控制其往复运动。
所述粉末仓6被置于喷头架上用于存储打印所需的固体粉末底料，在其底部留有长条形的铺粉口10，使其在移动的时候能铺设一铺粉口等宽度的薄粉末层。
所述粘接剂仓5固定在粉末仓6右边，用于存储打印所需的粘接剂，粘接剂由粘接剂仓5仓底的一根长度可伸缩的粘接剂导管9a流入喷头7，并由喷头7喷射到制定区域的粉末层上。
主机架的工作台面尺寸为1×1m，纵向螺杆行程为1m，必要时可以更换纵向立柱高度以获得更大的垂直行程，从而可以打印较大高度的物体。本发明工作方法是：喷头在步进电机驱动皮带的带动下在喷头架上作横向往复运动。沙漏则固定于喷头架背面随喷头架在步进电机驱动螺杆控制下沿着工作架作纵向往复运动。四角的步进电机驱动螺杆控制工作架在垂直方向上做上下运动。工作前，喷头置于工作架最右端，工作架降至底部。工作时，先将需要打印的图形输入电脑。喷头架从右至左匀速运动，同时粉料仓中的固体粉末由长方形沙漏口均匀的铺在工作台面上，喷头则在铺粉的过程中完成对当前粉面的指定区域的微滴喷射粘接剂。完成一层后，工作架上升0.5mm，然后喷头架则快速回到右端，在进行下一层铺粉和喷胶。喷胶处粉末固化，随着粉末层不断增加，固化的粉末层最终叠成整体，打印出立体的固体物件。本发明由于将喷头和铺粉口置于同一喷头架上，使得铺粉和喷胶能够同时进行。
本发明的优点在于：
本发明在具备一定尺寸的基础上仍可以通过调整四个立柱高度扩展打印件纵向高度，满足了了多种尺寸的产品打印需求。工作架有步进电机驱动螺杆控制保证了打印件每层厚度的均与提高了成形精度。打印机粉末底材和胶水的适用范围广泛，能够实现多种材料的固体粉末的立体成形。打印机主体四周由透明挡板隔离，防治打印过程中粉末和胶水的外泄；底部的粉末回收槽口能回收打印过程中的多余粉末，最大化的减少了粉末材料的浪费，绿色环保。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明z轴向步进电机驱动螺杆剖视图；
图3为本发明y轴向步进电机驱动螺杆剖视图；
图4为本发明固体粉末仓及其下方的铺粉口剖视图。
图中箭头为各个相关部件的运行方向。
图中：1、主机架，2、工作台面，3、工作架，4、透明挡板，5、粘接剂仓，6、固体粉末仓，7、喷头，8x、步进电机驱动皮带装置，8y、喷头架步进电机驱动螺杆，8z、工作架步进电机驱动螺杆，9a、粘接剂导管，9b、固体粉末回收导管，10、铺粉口，11a、第一粉末回收槽口，11b、第二粉末回收槽口，12、粉末回收仓，13、工作架步进电机，14、喷头架步进电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1至图4所示，一种基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，包括：主机体1、工作台面2、工作架3、透明挡板4、粘接剂仓5、粉末仓6、喷头7、喷头架步进电机驱动螺杆8y、工作架步进电机驱动螺杆8z、粘接剂导管9a、粉末导管9b、第一粉末回收槽口11a、第二粉末回收槽口11b和粉末回收仓12；所述主机体1的底部有方形的工作台面2，主题四周立柱内部各有一个工作架步进电机驱动螺杆8z用于控制工作架3在垂直方向上的移动，喷头架步进电机驱动螺杆8y用于控制喷头架往复运动，粉末仓6中的粉末则直接通过粉末沙漏流出，粘接剂仓5中的粘接剂则通过粘接剂导管9a流入喷头7，而喷头则通过步进电机驱动皮带装置在工作架3上往复运动，第一粉末回收槽口11a和第二粉末回收槽口11b用于回收多余的粉末底料并通过粉末导管9b储存在粉末回收仓12中，透明挡板4用于防治粉末外流。
所述工作架步进电机驱动螺杆8z的数量为四个，每个工作架步进电机驱动螺杆8z均连接一个固定安装于主体1底板上的工作架步进电机13，所述工作架3由四个工作架步进电机驱动螺杆8z支撑，在四个步进电机13驱动螺杆8z下整个工作架能够在保持水平的基础上垂直的上下匀速移动。
所述第一粉末回收槽口11a和第二粉末回收槽口11b分别安装在主机架1底板的两侧，回收的粉末被临时存储在底部的中转仓，当完成回收之后通过粉末回收导管9b被吸入粉末回收仓12。
所述喷头7被固定在喷头架上，在喷头架步进电机驱动螺杆8y的皮带下，喷头7随皮带上的一个点在导轨上往复运动。
所述喷头架两端由喷头架步进电机14驱动喷头架步进电机驱动螺杆8y控制其往复运动。
所述粉末仓6被置于喷头架上用于存储打印所需的固体粉末底料，在其底部留有长条形的铺粉口10，使其在移动的时候能铺设一铺粉口等宽度的薄粉末层。
所述粘接剂仓5固定在粉末仓6右边，用于存储打印所需的粘接剂，粘接剂由粘接剂仓5仓底的一根长度可伸缩的粘接剂导管9a流入喷头7，并由喷头7喷射到制定区域的粉末层上。
主机体1的底部有方形工作台面2，主题四周立柱内部各有一个工作架步进电机驱动螺杆8z用于控制工作架3在垂直方向上的移动，喷头架步进电机驱动螺杆8y用于控制喷头架往复运动，粉末仓6中的粉末则直接通过粉末沙漏流出，粘接剂储料箱5中的粘接剂则通过粘接剂导管9a流入喷头7，而喷头则通过皮带驱动8x在喷头架上往复运动，第一粉末回收槽口11a和第二粉末回收槽口11b用于回收多余的粉末底料并通过粉末导管9b储存在粉末回收器12中，透明挡板4用于防治粉末外流。打印过程在主体底部的工作台2上进行。
如图2所，主机架1四个边角的工作架步进电机驱动螺杆8z都由工作架步进电机13来驱动从而控制工作架上下往复运动。如图3所示，工作架3左端内部对应喷头架步进电机驱动螺杆8y处设有一个喷头架步进电机14用以驱动螺杆控制喷头架做纵向往复运动。如图4所示，固体粉末仓6的下端有一个长条形的槽口作为铺粉口10铺设与铺粉口等宽度的薄粉末层。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
Claims (7)
1.一种基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是包括：主机体（1）、工作台面（2）、工作架（3）、透明挡板（4）、粘接剂仓（5）、粉末仓（6）、喷头（7）、喷头架步进电机驱动螺杆（8y）、工作架步进电机驱动螺杆（8z）、粘接剂导管（9a）、粉末导管（9b）、第一粉末回收槽口（11a）、第二粉末回收槽口（11b）和粉末回收仓（12）；所述主机体（1）的底部有方形的工作台面（2），主题四周立柱内部各有一个工作架步进电机驱动螺杆（8z）用于控制工作架（3）在垂直方向上的移动，喷头架步进电机驱动螺杆（8y）用于控制喷头架往复运动，粉末仓（6）中的粉末则直接通过粉末沙漏流出，粘接剂仓（5）中的粘接剂则通过粘接剂导管（9a）流入喷头（7），而喷头则通过步进电机驱动皮带装置在工作架（3）上往复运动，第一粉末回收槽口（11a）和第二粉末回收槽口（11b）用于回收多余的粉末底料并通过粉末导管（9b）储存在粉末回收仓（12）中，透明挡板（4）用于防治粉末外流。
2.根据权利要求1所述的基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是所述工作架步进电机驱动螺杆（8z）的数量为四个，每个工作架步进电机驱动螺杆（8z）均连接一个固定安装于主体（1）底板上的工作架步进电机（13，所述工作架（3）由四个工作架步进电机驱动螺杆（8z）支撑，在四个步进电机（13）驱动螺杆（8z）下整个工作架能够在保持水平的基础上垂直的上下匀速移动。
3.根据权利要求1所述的基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是所述第一粉末回收槽口（11a）和第二粉末回收槽口（11b）分别安装在主机架（1）底板的两侧，回收的粉末被临时存储在底部的中转仓，当完成回收之后通过粉末回收导管（9b）被吸入粉末回收仓（12）。
4.根据权利要求1所述的基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是所述喷头（7）被固定在喷头架上，在喷头架步进电机带动皮带下的驱动下，喷头（7）随皮带上的一个点在导轨上往复运动。
5.根据权利要求1所述的基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是所述喷头架两端由喷头架步进电机（14）驱动喷头架步进电机驱动螺杆（8y）控制其往复运动。
6.根据权利要求1所述的基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是所述粉末仓（6）被置于喷头架上用于存储打印所需的固体粉末底料，在其底部留有长条形的铺粉口（10），使其在移动的时候能铺设一铺粉口等宽度的薄粉末层。
7.根据权利要求1所述的基于选择性区域粘接的固体粉末3D打印机，其特征是所述粘接剂仓（5）固定在粉末仓（6）右边，用于存储打印所需的粘接剂，粘接剂由粘接剂仓（5）仓底的一根长度可伸缩的粘接剂导管（9a）流入喷头（7），并由喷头（7）喷射到制定区域的粉末层上。
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