CN109664508A - 一种喷头矩阵式排列3d打印成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种喷头矩阵式排列3D打印成型装置及方法，包括进料斗、与进料斗连通的储料箱体；所述的储料箱体的底部设置有若干出料管，出料管通过软管连接有出料喷头，出料喷头设置于可平移的支撑盘上；支撑盘与能带动其平移的平移驱动机构连接；所述的出料喷头的下方设置有可升降接料盘；所述的出料斗的出口端连接有挤压料管，所述的挤压料管内设置有螺旋推进杆、用以对从出料斗出口端出来的坯料挤压推进入储料箱体内；所述的储料箱体的顶部密封有箱盖、用以防止坯料从顶部挤出。具有体型小、且还能够使得打印的产品的形状和长度保持一致，充分发挥小型产品的特性，特别能适应小型催化剂载体打印成型，同时能够实现打印批量产品、提高生产效率的优点。

Description

一种喷头矩阵式排列3D打印成型装置及方法

技术领域

本发明涉及催化剂载体制造技术领域，具体的涉及一种喷头矩阵式排列3D打印成型装置及方法。

背景技术

3D打印技术是近几年新兴的技术，3D打印如用于打印航天器材部件、建筑构件以及私人订制打印等等行业；但是现有的3D打印技术往往只能一次性打印单一产品，打印效率低；此外，打印的往往是大型的型材，对于小型材料打印较少。

目前市场上3D打印技术，有激光高温瞬间熔化金属打印成型，有紫外线照射光敏树脂产生凝固打印成型，其使用范围主要集中在金属和塑料材质领域，适用范围窄，制造成本高，比如激光批量打印需要巨量的高能激光探头，能耗极大；再比如掺杂塑料打印的光敏树脂，其添加量30～80％，仅光敏树脂一吨要4～8万元/吨，最主要难题是目前市场上都是单一物质加工，还不能批量生产，没有可用的批量打印技术。

以下以具有代表性的催化剂作为具体领域作进一步描述：

催化剂在石油化工领域是一类广泛应用的，不可或缺的产品，主要用于石油化工产品生产中的化学加工的过程。

催化剂主要由两部分构成，分别是载体和活性物质，活性物质负载在载体上构成催化剂。活性物质是由一种或多种金属单质，金属氧化物，金属硫化物混合组成的活性组分，活性组分负载在载体上，方便搬运，投放，回收，最主要的是能给催化反应提供合适的孔道用于选择性催化反应，同时能提供合适的空隙率便于气液流动。

现有的催化剂载体的性能不仅取决于载体的比表面积，孔容，孔径以及载体材料的性质，也与载体的形状有密切关系。对于加氢催化剂(条形或球形)来说，在材料特性和活性金属数量保持一致的情况下，载体的大小与其活性因子的经验关系如下：

可见，由于催化剂载体的直径越小，其活性因子越大；因此，如何把催化剂载体的直径做小具有重要意义。实际上，经过研究表明，催化剂载体直径越小则活性因子呈几何级数增长，是因为被反应的物质到达催化剂各个局部所受的阻力呈几何级数的降低；另外催化剂载体越小意味着催化剂的外表面积越大，这使被反应物质扩散非常容易。

但是小尺寸的催化剂载体的外空隙率很低。比如加氢催化剂一般是条形、条状的(横截面为三叶草或四叶草形)，这种条形、条状的催化剂现在最小的直径是1.1-1.3mm，其外空隙率约为28％-35％，如果小于这个直径，空隙率将低于28％并使床层压力降上升到一个无法承受的地步。

由此可见生产出优质的镂空、薄壁的催化剂载体是非常有前景的。

行业公知，微型异形的催化剂载体制造比较困难，体型越小越难成型，传统技术对于大量生产直径小于3mm的中心镂空小球或长短一致中心通孔的“米粒环”催化剂载体产品是无法实现的。原先已有专利技术涉及该领域载体成型方法，主要是将催化剂载体的坯料通过模具挤压成型，孔的大小取决于模具孔的大小，虽然可以制作一些小直径的产品，但是却无法控制载体保持一致的形状和长度，因为通过模具出长条形的催化剂载体还需要进行剪裁，由于催化剂载体属于小直径材料，剪裁力度不好控制，导致材料碎裂，或者各个批次剪裁长度不统一，很难保证后续的使用效果。

以上以催化剂作为背景技术做说明，其作用不限于催化剂生产领域。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种体型小、且还能够使得打印的产品的形状和长度保持一致，能充分发挥小型产品的特性，特别能适应小型催化剂载体打印成型，同时能够实现打印批量产品、提高生产效率的喷头矩阵式排列3D打印成型装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种喷头矩阵式排列3D打印成型装置，该装置包括进料斗、与进料斗连通的储料箱体；所述的储料箱体的底部设置有若干出料管，出料管通过软管连接有出料喷头，所述的出料喷头设置于可平移的支撑盘上；所述的支撑盘与能带动其平移的平移驱动机构连接；所述的出料喷头的下方设置有可升降接料盘；所述的出料斗的出口端连接有挤压料管，所述的挤压料管内设置有螺旋推进杆、用以对从出料斗出口端出来的坯料挤压推进入储料箱体内；所述的储料箱体的顶部密封有箱盖、用以防止坯料从顶部挤出。

采用上述结构，待加工的坯料从进料斗进入至螺旋推进杆和挤压料管构成挤压腔体内，坯料在螺旋推进杆的旋转挤压下不断的输送到储料箱体中，当储料箱体内的坯料足够多，在新进入的坯料的挤压下会从储料箱体的底部出料管挤出、通过软管进入出料喷头，出料喷头将坯料挤压到接料盘上，接料盘根据坯料的出料情况，进行下降和平移，实现坯料的不断累积，形成完整的催化剂载体形状，实现3D打印的目的。这种结构制备的催化剂载体，既可以实现体型小的催化剂的制备，还可以根据催化剂的长度要求统一的切割，实现长度的统一，有效保证催化剂载体的使用效果；当然，本发明上述结构的打印装置，不仅仅局限于催化剂载体打印领域，其它如金属，非金属都可以，各种形状的产品都可以打印；本发明软管可以方便灵活的跟随支撑盘移动，不受到限制，而且软管的设置还可以保证坯料不受外界环境影响，始终处于浆料状态，方便坯料流通；此外，本发明通过单独设置平移驱动机构，方便左右和前后的移动，不受到升降机构的限制，更加灵活方便。

作为优选，所述的储料箱体的侧壁和出料喷头的侧壁均设置有保温层；所述的保温材料可采用硅酸盐纤维包裹，比如岩棉，耐火棉等；或者采用夹层通入热源保温；或者既有外侧壁设置保温材料同时还设置夹层通入热源进行加热；优选的，所述的储料箱体的侧壁夹层设置，所述的一个侧壁上设置有引入热源的进料管，与之相对的另一个侧壁上设置有导出热源的出料管，所述的进料管和出料管均与夹层连通；采用该结构，可以时时的保证储料箱体内的温度，从而可以使得坯料始终处于浆料状态，不会干结、固化，不会堵塞出料孔和喷头等各个坯料通道，从而保证打印的产品的效果，提高打印效率，提高成品率。

作为优选，所述的出料喷头上均有电控阀门，所述的电控阀门可以单独和批量调节阀门开度，用于控制喷头出浆料的大小和速度；此处使用的电控阀门采用市售成熟产品。

作为优选，本发明所述的喷头包括直管部和与直管连接的锥形出料部，所述的直管部与软管连通、用以将坯料引入至锥形出料部，所述的锥形出料部为自与直管部连通端至出料端逐渐缩小；该结构可以保证坯料均匀的从喷头喷出，并且便于控制出料量。

作为优选，所述的储料箱体为长方体型或者正方体型，所述的进料斗与和其连接的挤压料管为多个，分别均匀分布在储料箱体的各个侧壁上；采用该结构，可以保证进入储料箱体内的坯料各个方向进入的量比较均衡，从而保证储料箱体底部的各个喷头喷出的坯料量相等，从而使得打印出来的催化剂载体的统一性。

作为优选，本发明所述的出料管和出料喷头在储料箱体的底部呈矩阵方式排列，采用该结构，可以同时打印批量的产品，并能保证产品的形状和长度保持一致，大大提高生产效率。

本发明所述的可升降接料盘包括产品着床托盘，所述的产品着床托盘固定于可上下滑动的滑动托盘上；所述的滑动托盘的底部连接有使得产品着床托盘上下移动的第一驱动机构。

本发明所述的第一驱动机构包括第一驱动装置，第一驱动装置的输出端上连接有第一驱动元件，所述的第一驱动元件啮合有驱动杆，驱动杆的上端连接于滑动托盘的底部、以实现驱动产品着床托盘的上下移动；所述的第一驱动机构位于第一基座上，所述的滑动托盘通过第一滑动导向柱滑动套合于第一基座上。

本发明所述的平移驱动机构通过连接支架与支撑盘连接；平移驱动机构包括使得支撑托盘前后移动的第二驱动结构和使得支撑托盘左右移动的第三驱动结构。

本发明所述的第二驱动机构包括第二驱动装置，所述的第二驱动装置的输出端上连接有第二推进杆，所述的第二推进杆与第三驱动机构的第三基座连接，且所述的第二推进杆的一端通过第二支撑结构连接于第二基座上；所述的第二基座上还设置有供第三基座前后滑动的第二滑动导向柱，所述的第二滑动导向柱滑动套合于第三基座内、两端固定于与第二基座连接的支撑架上、以使得第三基座在第二驱动装置和第二推进杆的带动下沿第二滑动导向柱前后移动。

本发明所述的第三驱动结构包括第三驱动装置，所述的第三驱动装置的输出端上连接有第三推进杆，所述的第三推进杆固定于支撑柱上；所述的支撑柱的一端与连接架连接，所述的支撑柱的另一端通过一滑动导轨连接于第三基座上、并能沿着滑动导轨左右滑动；所述的滑动导轨的延伸方向与第三推进杆的延伸方向一致。

作为优选，所述的连接架上设置有缺口，所述的第一滑动导向柱上端设置有细杆部，所述的细杆部位于缺口内；采用该结构可以有效保证支撑盘左右和前后移动的位移量，为出料喷头的准确打印提供保证。

本发明通过CAD/CAM软件***，可以将待加工的产品先绘制出三维图形，而后***会将产品“切片”成无数个平行平面，每个平面就有一个产品截面图，每次加工一个平面，加工完以后再加工相邻的下一个平面的图形，如此下去，即可形成一个产品。

此外，本发明出料量的多少由储料箱体内部的压力和出料喷头的喷口的大小决定，喷口尺寸一般0.05～3mm(喷口的直径)，优选0.1～0.5mm为最佳。

本发明还提供一种采用上述喷头矩阵式排列3D打印成型装置打印催化剂的方法，具体包括：

(1)浆料配制：按照需要打印的产品的原料称取材料，混合均匀；

(2)成型:

(2.1)首先将坯料的原料的粉料通过密练机加热至80～250℃，坯料出密练机后降温，坯料温度降至为50～170℃，此时坯料成泥块，后续制造成直径在0.1～10mm的小丸粒或者长条状；

(2.2)将步骤(2.1)获得的坯料由进料斗送至挤压料管内、通过其中的螺旋推进杆不断挤压推进，坯料被加热至80～250℃，螺旋推进杆旋转的过程中，不断旋转推进将坯料推进至储料箱体；

(2.3)储料箱体实现保温；

(2.4)通过CAD/CAM软件***将待打印的催化剂载体的3D模型图无限切片，切成很多个平行平面，这样每个平面都有对应的投影二维图形；

(2.5)储料箱体内在螺旋推进杆的不断挤压下压力升高，内部的坯料处于高压状态通过底部的出料管进入软管、然后进入到出料喷头、从喷头溢出至产品着床托盘上快速固化，支撑盘带动出料喷头通过CAD/CAM软件***控制从起点处依次加工每个平面的图形，具体为：产品着床托盘不动，支撑盘带动出料喷头按照***给出的命令按某平面图形轮廓绘制对应的二维图，绘制一层薄薄厚度的坯料图形，绘制一层图形后，料盘沿垂直方向向下移动0.01～0.5mm的距离至新的水平面，然后再在这个新的水平面上绘制要求的图形，两相邻平面的图形是相互粘结在一起形成一个整体，如此反复下去，即打印出一个完整产品，过程中坯料始终保持良好的流动性能；

(2.6)储料箱体的底部有多个出料喷头，每个出料喷头下面都对应产品着床托盘，产品着床托盘是一个整体，用于确保每个加工单元加工轨迹是一致的，这样制造的产品形状一样，大小一致。

本发明的坯料原料，优选的一种配方为：环氧丙烯酸酯10～90％，低密度聚乙烯LDPE:0.5～30％，光引发剂(如：羟基环己基苯基甲酮)0.1～10％，分散剂：0.1～10％，丙烯酸异冰片酯0.5～60％，拟薄水铝石20～80％。

上述的分散剂为聚乙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甲基-1-氨基-1-乙醇、柠檬酸、多元酸共聚物或均聚物中的至少一种。

本发明的优点和有益效果：

1.采用矩阵式出料喷头成型，每个喷头安装在一块整体件中，所有的喷头运行轨迹是一致的，可确保加工时速度，产品大小，形状一致，极大的提高了加工效率低下的难题，提高速度是无限的。

2.本发明采用在浆池四周均匀分布螺旋推进杆，螺旋推进杆在给储料箱体给料的同时还提供了稳定的能量输出，使储料箱体内的压力稳定，确保后续喷料速度基本不变。

3.本发明利用CAM数控加工技术，将图数字化传输至数控中心，加工时按照数控中心给出的命令执行，可以加工成任意形状的，大小，长短可控的产品。

4.本发明采用热材料遇冷瞬间固化工艺，材料可逆，即固化后的产品还可以回收再加热利用，实现零废料排放，节约资源。

5.本发明采用先进的3D打印技术并结合注浆成型技术设计一种新型的催化剂载体成型技术，该技术通过3D打印模式可以随意控制载体的形状，大小，长短，非常有应用前景。以往的3D打印技术主要集中在金属，石膏，塑料方面因其效率过低，制造成本高，只能适应超高附加值产品生产，比如航空材料。3D打印技术对于石化行业催化剂载体应用还是首次，该行业应用的催化剂载体量极其庞大，高昂的制造成本使得传统的3D打印技术是没有竞争力的。本技术采用多喷头冷固化成型，能批量生产产品，成本变动可控。

附图说明

图1本发明喷头矩阵式排列3D打印成型装置结构示意图。

图2本发明平移驱动机构(带支撑盘和连接支架)的结构示意图。

图3本发明平移驱动装置(无带支撑盘和连接支架)的结构示意图。

图4本发明可升降接料盘与第一驱动机构结构示意图。

图5本发明支撑盘结构示意图。

图6本发明支撑盘局部放大图结构示意图。

图7本发明储料箱体结构示意图。

图8本发明储料箱体侧视图结构示意图。

图9本发明第三基座俯视图结构示意图。

图10本发明实施例打印的小粒径催化剂载体效果图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

本发明的实施例以催化剂领域为具体实施例，但是本发明的打印装置不仅仅可以打印催化剂载体，同时还可以打印其它金属件、塑料件等等。

如附图1-3、7所示，本发明的一种喷头矩阵式排列3D打印成型装置，该装置包括进料斗1、与进料斗连通的储料箱体2；所述的储料箱体的底部设置有若干出料管3，出料管通过软管3a连接有出料喷头4，所述的出料喷头设置于可平移的支撑盘4a上；所述的支撑盘与能带动其平移的平移驱动机构5a连接；所述的出料喷头4的下方设置有可升降接料盘5；所述的出料斗的出口端横向连接有挤压料管6，所述的挤压料管内设置有螺旋推进杆7、用以对从出料斗出口端出来的坯料挤压推进入储料箱体内；所述的储料箱体的顶部密封有箱盖8、用以防止坯料从顶部挤出。

采用上述结构，待加工的坯料从进料斗进入至螺旋推进杆和挤压料管构成挤压腔体内，坯料在螺旋推进杆的旋转挤压下不断的输送到储料箱体中，当储料箱体内的坯料足够多，在新进入的坯料的挤压下会从储料箱体的底部出料管挤出、通过软管进入出料喷头，出料喷头将坯料挤压到接料盘上，接料盘根据坯料的出料情况，进行下降和平移，实现坯料的不断累积，形成完整的催化剂载体形状，实现3D打印的目的。这种结构制备的催化剂载体，既可以实现体型小的催化剂的制备，还可以根据催化剂的长度要求统一的切割，实现长度的统一，有效保证催化剂载体的使用效果；当然，本发明上述结构的打印装置，不仅仅局限于催化剂载体打印领域，其它如金属，非金属都可以，各种形状的产品都可以打印；本发明软管可以方便灵活的跟随支撑盘移动，不受到限制，而且软管的设置还可以保证坯料不受外界环境影响，始终处于浆料状态，方便坯料流通；此外，本发明通过单独设置平移驱动机构，方便左右和前后的移动，不受到升降机构的限制，更加灵活方便；本发明的软管采用耐高温的材料制备而成，市售产品多有公开，如马斯特菲软管(昆山)有限公司销售的耐高温软管等。

如附图8所示：本发明所述的储料箱体的侧壁可以采用夹层设置，所述的一个侧壁上设置有引入热源的进料通道2.1，与之相对的侧壁上设置有导出热源的出料通道2.2；进料通道和出料通道不在同一直线上，最后二者位于各自侧壁的靠端部；采用该结构，可以时时的保证储料箱体内的温度，从而可以使得坯料始终处于浆料状态，不会干结、固化，不会堵塞出料管和喷头等各个坯料通道，从而保证打印的3D产品的打印效果。根据需要的温度的不同，可以采用不同的传热介质进入到夹层中，如热水、蒸汽、硅油等等。本发明还可以在夹层的外侧壁上设置保温层，从而进一步维持储料箱体内部温度的稳定性，保温材料可以是保温棉、保温泡沫等等保温、耐热的材料。当然，本发明所述的储料箱体的侧壁和出料喷头的侧壁均设置有保温层；所述的保温材料可采用硅酸盐纤维包裹，比如岩棉，耐火棉等；或者采用夹层通入热源保温；或者既有外侧壁设置保温材料同时还设置夹层通入热源进行加热。

如附图6所示：所述的出料喷头上均有电控阀门4.3，所述的电控阀门可以单独和批量调节阀门开度，用于控制喷头出浆料的大小和速度；此处使用的电控阀门采用市售成熟产品。

如附图1、8所示：本发明所述的出料喷头4包括直管部4.1和与直管部连接的锥形出料部4.2，所述的直管部通过软管与出料管3连通、用以将坯料引入至锥形出料部，所述的锥形出料部为自与直管部连通端至出料端逐渐缩小；该结构可以保证坯料均匀的从喷头喷出。

本发明所述的储料箱体2为长方体型或者正方体型，如附图1、7所示：本实施例采用的是长方体形状；所述的进料斗与和其连接的挤压料管均为多个，此实施例为8个，分别均匀分布在储料箱体的四个侧壁上、每个侧壁上设置两个即两个进料斗和对应的两个挤压料管，其分布于各个侧壁靠两端的位置；采用该结构，可以保证进入储料箱体内的坯料各个方向进入的量比较均衡，从而保证储料箱体底部的各个喷头喷出的坯料量相等，从而使得打印出来的催化剂载体的统一性。

如附图1-2、7所示，本发明所述的出料管和喷头呈矩阵方式排列。

如附图1、4所示：本发明所述的可升降接料盘5包括产品着床托盘5.1，所述的产品着床托盘固定于可上下滑动的滑动托盘5.2上；所述的滑动托盘的底部连接有使得产品着床托盘上下移动的第一驱动机构5-1。

进一步的，本发明所述的第一驱动机构5-1包括第一驱动装置5-11，第一驱动装置的输出端上连接有第一驱动元件5-12，所述的第一驱动元件啮合有驱动杆5-13，驱动杆的上端连接于滑动托盘5.2的底部、以实现驱动产品着床托盘的上下移动；所述的第一驱动机构位于第一基座5-14上，所述的滑动托盘通过第一滑动导向柱5-15滑动套合于第一基座上。更具体的，如附图4所示：本实施例所述的第一驱动装置可以采用电机、马达等动力源，其它等效的动力源均可以适应于本发明；所述的电机的输出轴连接有涡轮作为第一驱动元件，涡轮通过作为驱动杆的蜗杆进行啮合传动，从而带动滑动托盘沿着第一滑动导向柱上下移动；当然本发明上述的上下移动的驱动机构还可以采用其它的如丝杠、滑轨、滑块、气缸以及动力源带动实现上下升降；本实施例的蜗杆，其下端可转动的与第一基座连接(如在第一基座上设置与蜗杆上的螺纹配合的螺纹孔)、其上端固定在滑动托盘的底部，蜗杆可以周向旋转(如在蜗杆的上部设置轴承，轴承固定在滑动托盘的底部，蜗杆与轴承配合连接，在涡轮的驱动下实现周向旋转)，在涡轮带动蜗杆转动过程、蜗杆上的螺纹(齿条)上下移动从而带动滑动托盘和其上的零部件运动；所述的第一滑动导向柱5.35为四个，分别位于第一基座的四个角落处，然后所述的滑动托盘套合于第一滑动导向柱5.35上，当涡轮带动蜗杆旋转上升或者下降的时候，滑动托盘就沿着第一滑动导向柱上下滑动，实现平稳的升降。

如附图1-2所示：本发明所述的平移驱动机构5a通过连接支架5b与支撑盘4a连接；平移驱动机构包括使得支撑托盘前后移动的第二驱动结构5-2和使得支撑托盘左右移动的第三驱动结构5-3。

如附图1-2所示：具体的，本发明所述的第二驱动机构5-2包括第二驱动装置5-21，所述的第二驱动装置的输出端上连接有第二推进杆5-22，所述的第二推进杆与第三驱动机构的第三基座5-34连接，且所述的第二推进杆的一端通过第二支撑结构5-23连接于第二基座5-24上；所述的第二基座5-24上还设置有供第三基座5-34前后滑动的第二滑动导向柱5-25，所述的第二滑动导向柱5-25滑动套合于第三基座5-35内、两端固定于与第二基座连接的支撑架5-26上、以使得第三基座在第二驱动装置和第二推进杆的带动下沿第二滑动导向柱前后移动。更具体的，所述的第二滑动导向柱为两根，平行套合于第三基板内(即第三基板横向设置有供第二滑动导向柱穿越套合的孔)，第二滑动导向柱的两端通过支撑架5-26固定在第二基座上；而所述的第二推进杆可以是具体的一根丝杆或者螺杆，上面设置有螺纹；第二推进杆的一端可转动连接于第二支撑结构5-23(如可以将第二推进杆的一端与轴承连接，轴承固定于第二支撑结构上)上、另一端通过螺纹连接于第二基座底部的连接块5-27上、实现与第二基座的连接和支撑；所述的第三基座的连接块包括位于第三基座底部的第一连接块5-271和位于第三基座侧壁向下延伸出的第一连接块5-272，且第一连接块和第一连接块相接触；采用上述结构，可以保证第三基座更加稳定的移动。第二推进杆位于第二支撑结构的一端与第二驱动装置的输出端连接，在驱动装置的带动下丝杆或者螺杆旋转、在与连接块螺纹的咬合过程，带动第二基座沿着第二滑动导向柱延伸方向前后移动。

如附图1-3、9所示：本发明所述的第三驱动结构5-3包括第三驱动装置5-31，所述的第三驱动装置的输出端上连接有第三推进杆5-32，所述的第三推进杆固定于支撑柱5-33上；所述的支撑柱的上端固定于连接架5b的底部，所述的支撑柱下端(靠近底部位置)通过一滑动导轨5-34连接于第三基座5-35上、并能沿着滑动导轨左右滑动；所述的滑动导轨的延伸方向与第三推进杆的延伸方向一致；具体的，如附图1、3所示，所述的第三推进杆5-32可以是螺杆或者丝杆，其两端通过支撑结构5-36可转动的固定(如两端通过轴承可转动的固定在两个支撑结构上，第三推进杆两端穿过轴承，一端与第三驱动装置连接实现对第三推进杆的旋转)，而第三推进杆通过内部设置有螺纹的凸块5-37与支撑柱5-33实现连接，而支撑柱底端设置有孔供滑动导轨穿过、套合，在第三驱动装置的带动下，螺纹的咬合带动凸块沿着第三推进杆移动，而凸块移动必然带动支撑柱沿着滑动导轨移动、并同时带动支撑柱上端连接的着床托盘实现移动。

如图1-2所示：所述的连接架5b上设置有缺口5b1，所述的第一滑动导向柱上端设置有细杆部5-151，所述的细杆部位于缺口内；采用该结构可以有效保证支撑盘左右和前后移动的位移量，为出料喷头的准确打印提供保证。

本发明上述的三个驱动结构单独运行，在实际的打印过程，根据需要，可以升降、再左右移动、再前后移动。

此外，本发明所述的进料斗的进料口端还连接有混合、密炼加工坯料的设备，如可以是密炼机、制丸机或制条机；如将待打印的材料置于密炼机内密炼后，进入制丸机或者制条机，挤压成丸状或者条状，然后进入到进料斗内；上述的密炼机、制丸机或制条机用于将3D打印产品的坯料输送到进料斗中。

本发明所述的述密炼机、制丸机或制条机为市售设备，其中密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下间隙性地对聚合物材料进行塑炼和混炼的机械，主要由密炼室、转子、转子密封装置、加料压料装置、卸料装置、传动装置及机座等部分组成，是一种成熟，先进的加工设备。其工作原理为：密炼机工作时，两转子相对回转，将来自加料口的物料夹住带入辊缝受到转子的挤压和剪切，穿过辊缝后碰到下顶拴尖棱被分成两部分，分别沿前后室壁与转子之间缝隙再回到辊隙上方。在绕转子流动的一周中，物料处处受到剪切和摩擦作用，使胶料的温度急剧上升，粘度降低，增加了橡胶在配合剂表面的湿润性，使橡胶与配合剂表面充分接触。配合剂团块随胶料一起通过转子与转子间隙、转子与上、下顶拴、密炼室内壁的间隙，受到剪切而破碎，被拉伸变形的橡胶包围，稳定在破碎状态。同时，转子上的凸棱使胶料沿转子的轴向运动，起到搅拌混合作用，使配合剂在胶料中混合均匀。配合剂如此反复剪切破碎，胶料反复产生变形和恢复变形，转子凸棱的不断搅拌，使配合剂在胶料中分散均匀，并达到一定的分散度。采用密炼机将粉料或坯料加工成具有良好的流动性的液态物质。

采用上述结构，将从密炼机出来的液态物料，密炼机可以加热至100～500℃，其目的是将物料通过高温混料，将可熔的物质熔化在物料中，起到均化的目的，而后将密炼机出来的高温物料通过自然冷却或制冷装置将高温物料冷却成固态，并通过制丸机或挤条机做成0.1～50mm的粒状物质，再将粒状物质投入经由进料斗输送至螺旋推进杆和挤压料管形成的挤压腔室内，螺旋推进杆具有加热，保温功能，能将物料再次升温至液态状输送至储料箱体中。

本发明所述的制条机、制丸机市售常用的设备，本发明不详细说明。

本发明实施例所述的密炼机加热温度为200～350℃。

本发明上述所述的粒状优选为球形，类球形，圆柱体，粒状直径大小或者直径优选为0.5～10mm。

本发明所述的密炼机、制丸机或制条机为行业较常用的混合、密炼加工坯料的设备，只要能够实现本发明进料斗物料加工要求的其它物料混料装置均可以用于本发明。

本发明还提供一种采用上述喷头矩阵式排列3D打印成型装置打印催化剂的方法，具体步骤包括：

(1)浆料配制：环氧丙烯酸酯10～90％，低密度聚乙烯LDPE:0.5～30％，光引发剂(如：羟基环己基苯基甲酮)0.1～10％，分散剂：0.1～10％,丙烯酸异冰片酯0.5～60％，拟薄水铝石20～80％；其中的分散剂可以聚乙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甲基-1-氨基-1-乙醇、柠檬酸、多元酸共聚物或均聚物中的至少一种等常规催化剂载体中使用的分散剂；本发明还可以采用现有技术的适合3D打印的其它催化剂载体材料，并不局限于上述公开的配方比例和成分。

(2)成型:

(2.1)首先将催化剂坯料的原料的粉料通过密练机加热至80～250℃形成具有一定流动性的坯料，坯料出密练机后降温，坯料温度降至为50～170℃，此时坯料成泥块用于后续制造成直径在0.1～10mm的小丸粒；

(2.2)将泥块用制丸机制备成直径在0.1～10mm的小丸粒，然后由进料斗送至挤压料管内、通过其中的螺旋推进杆不断挤压推进，坯料被加热至80～250℃成具有一定流动性的泥浆态，螺旋推进杆旋转的过程中，不断旋转推进将泥浆推进至储料箱体；

(2.3)储料箱体自带加热***和保温***，泥浆在浆池内能保温；

(2.4)通过CAD/CAM***将待打印的催化剂载体的3D模型图无限切片，切成很多个平行平面，这样每个平面都有对应的投影二维图形；

(2.5)储料箱体有耐高温耐高压功能，储料箱体内在螺旋推进杆的不断挤压下压力升高，内部的泥浆处于高压状态通过底部的出料管进入喷头、从喷头溢出至料盘上快速固化，料盘通过CAD/CAM***控制从起点处依次加工每个平面的图形，具体为：喷头不动，料盘按照***给出的命令按某平面图形轮廓绘制对应的二维图，绘制一层薄薄厚度的坯料图形，绘制一层图形后，料盘沿垂直方向向下移动0.01～0.5mm的距离至新的水平面，然后再在这个新的水平面上绘制要求的图形，两相邻平面的图形是粘结在一起形成一个整体，如此反复下去，即打印出一个产品，过程中的金属管以及喷头都具有保温装置，坯料在其中始终能保持良好的流动性能；

(2.6)储料箱体的底部有很多喷头，每个喷头下面都有对应的料盘位置，料盘是一个整体，用于确保每个加工单元加工轨迹是一致的，这样制造的产品形状一样，大小一致。

本发明通过CAD/CAM软件***，可以将待加工的产品先绘制出三维图形，而后***会将产品“切片”成无数个平行平面，每个平面就有一个产品截面图(即分层软件对实体三维模型数据进行分层处理，并将获得的层片数据输入到3D打印设备中)，3D打印设备根据层片数据进行逆向反求制造，包括层片打印和层片堆积，每次加工一个平面，加工完以后再加工相邻的下一个平面的图形，如此下去，即最后得到实体产品(上述CAD/CAM软件***为行业处理三维图的常规操作***，不再详细赘述)。

本发明的前后，左右，是以附图1为基准进行位置限定；本发明的第二驱动结构和第三驱动结构的运动方向是相互垂直的，其所为的前后移动还是左右移动，均是以摆放的位置来考虑，只要保证两种驱动结构运行的方向在水平方向上是相互垂直即可。

本发明的螺旋推进杆可以和螺旋推进器连接，实现旋转，为行业常规技术，在此不再赘述。

本发明实施例打印出来的小颗粒催化剂产品，具体可以见附图10所示：由附图可知，本发明打印的产品，规格统一、产品成型好，且可以同时多组打印，提高了生产效率。

Claims (13)

1.一种喷头矩阵式排列3D打印成型装置，该装置包括进料斗、与进料斗连通的储料箱体；所述的储料箱体的底部设置有若干出料管，出料管通过软管连接有出料喷头，所述的出料喷头设置于可平移的支撑盘上；所述的支撑盘与能带动其平移的平移驱动机构连接；所述的出料喷头的下方设置有可升降接料盘；所述的出料斗的出口端连接有挤压料管，所述的挤压料管内设置有螺旋推进杆、用以对从出料斗出口端出来的坯料挤压推进入储料箱体内；所述的储料箱体的顶部密封有箱盖、用以防止坯料从顶部挤出。

2.根据权利要求1所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的储料箱体的侧壁和出料喷头的侧壁均设置有保温层；所述的保温材料采用硅酸盐纤维包裹或者采用夹层通入热源保温；或者既有外侧壁设置保温材料同时还设置夹层通入热源进行加热。

3.根据权利要求2所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的夹层为储料箱体的侧壁夹层设置，所述的一个侧壁上设置有引入热源的进料管，与之相对的另一个侧壁上设置有导出热源的出料管，所述的进料管和出料管均与夹层连通。

4.根据权利要求1所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的出料喷头上均有电控阀门，所述的电控阀门可以单独和批量调节阀门开度，用于控制喷头出浆料的大小和速度。

5.根据权利要求1所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的出料喷头包括直管部和与直管连接的锥形出料部，所述的直管部与软管连通、用以将坯料引入至锥形出料部，所述的锥形出料部为自与直管部连通端至出料端逐渐缩小；所述的储料箱体为长方体型或者正方体型，所述的进料斗与和其连接的挤压料管为多个，分别均匀分布在储料箱体的各个侧壁上。

6.根据权利要求1所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的出料管和出料喷头在储料箱体的底部呈矩阵方式排列。

7.根据权利要求1所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的可升降接料盘包括产品着床托盘，所述的产品着床托盘固定于可上下滑动的滑动托盘上；所述的滑动托盘的底部连接有使得产品着床托盘上下移动的第一驱动机构；所述的平移驱动机构通过连接支架与支撑盘连接，平移驱动机构包括使得支撑托盘前后移动的第二驱动结构和使得支撑托盘左右移动的第三驱动结构。

8.根据权利要求7所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的第一驱动机构包括第一驱动装置，第一驱动装置的输出端上连接有第一驱动元件，所述的第一驱动元件啮合有驱动杆，驱动杆的上端连接于滑动托盘的底部、以实现驱动产品着床托盘的上下移动；所述的第一驱动机构位于第一基座上，所述的滑动托盘通过第一滑动导向柱滑动套合于第一基座上。

9.根据权利要求7所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的第二驱动机构包括第二驱动装置，所述的第二驱动装置的输出端上连接有第二推进杆，所述的第二推进杆与第三驱动机构的第三基座连接，且所述的第二推进杆的一端通过第二支撑结构连接于第二基座上；所述的第二基座上还设置有供第三基座前后滑动的第二滑动导向柱，所述的第二滑动导向柱滑动套合于第三基座内、两端固定于与第二基座连接的支撑架上、以使得第三基座在第二驱动装置和第二推进杆的带动下沿第二滑动导向柱前后移动。

10.根据权利要求7所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的第三驱动结构包括第三驱动装置，所述的第三驱动装置的输出端上连接有第三推进杆，所述的第三推进杆固定于支撑柱上；所述的支撑柱的一端与连接架连接，所述的支撑柱的另一端通过一滑动导轨连接于第三基座上、并能沿着滑动导轨左右滑动；所述的滑动导轨的延伸方向与第三推进杆的延伸方向一致。

11.根据权利要求10所述的喷头矩阵式排列3D打印成型装置，其特征在于：所述的连接架上设置有缺口，所述的第一滑动导向柱上端设置有细杆部，所述的细杆部位于缺口内。

12.一种采用喷头矩阵式排列3D打印成型装置打印催化剂载体的方法，其特征在于：具体包括：

(1)浆料配制：按照需要打印的产品的原料称取材料，混合均匀；

(2)成型:

(2.1)首先将坯料的原料的粉料通过密练机加热至80～250℃，坯料出密练机后降温，坯料温度降至为50～170℃，此时坯料成泥块，后续制造成直径在0.1～10mm的小丸粒或者长条状；

(2.2)将步骤(2.1)获得的坯料由进料斗送至挤压料管内、通过其中的螺旋推进杆不断挤压推进，坯料被加热至80～250℃，螺旋推进杆旋转的过程中，不断旋转推进将坯料推进至储料箱体；

(2.3)储料箱体实现保温；

(2.4)通过CAM***将待打印的催化剂载体的3D模型图无限切片，切成很多个平行平面，这样每个平面都有对应的投影二维图形；

(2.5)储料箱体内在螺旋推进杆的不断挤压下压力升高，内部的坯料处于高压状态通过底部的出料管进入软管、然后进入到出料喷头、从喷头溢出至产品着床托盘上快速固化，支撑盘带动出料喷头通过CAD/CAM***控制从起点处依次加工每个平面的图形，具体为：产品着床托盘不动，支撑盘带动出料喷头按照***给出的命令按某平面图形轮廓绘制对应的二维图，绘制一层薄薄厚度的坯料图形，绘制一层图形后，料盘沿垂直方向向下移动0.01～0.5mm的距离至新的水平面，然后再在这个新的水平面上绘制要求的图形，两相邻平面的图形是相互粘结在一起形成一个整体，如此反复下去，即打印出一个完整产品，过程中坯料始终保持良好的流动性能；

(2.6)储料箱体的底部有多个出料喷头，每个出料喷头下面都对应产品着床托盘，产品着床托盘是一个整体，用于确保每个加工单元加工轨迹是一致的，这样制造的产品形状一样，大小一致。

13.根据权利要求12所述的采用喷头矩阵式排列3D打印成型装置打印催化剂载体的方法，其特征在于：步骤(1)所述的浆料配方为：环氧丙烯酸酯10～90％，低密度聚乙烯LDPE:0.5～30％，光引发剂0.1～10％，分散剂：0.1～10％，丙烯酸异冰片酯0.5～60％，拟薄水铝石20～80％。