一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备及方法技术

本发明专利技术涉及3D打印技术领域，具体涉及到一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备及方法。所述3D打印设备包括执行组件、喷头组件和控制系统；所述执行组件包括机械臂、三轴龙门数控结构和其它数控机构；所述喷头组件包括体积泵和喷嘴；所述喷头组件与所述数控机构固定连接；所述体积泵密与喷嘴密封连接；所述喷嘴包括支撑材料喷嘴和打印材料喷嘴；所述控制系统与执行组件通讯连接。

A 3D printing device and method based on instantaneous solidification of liquid

The invention relates to the technical field of 3D printing, in particular to a spatial performance combination 3D printing device and method based on instantaneous solidification of liquid. The 3D printing device includes an execution component, a nozzle component and a control system; the execution component includes a mechanical arm, a three-axis gantry numerical control structure and other numerical control mechanisms; the nozzle component includes a volume pump and a nozzle; the nozzle component is fixedly connected with the numerical control mechanism; the volume pump is closely connected with the nozzle seal; the nozzle includes a support material nozzle and a printing material Nozzle; the control system is communicated and connected with the executive component.

【技术实现步骤摘要】
一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备及方法
本专利技术涉及3D打印
，具体涉及到一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备及方法。
技术介绍
常温下的液态物质，可以在某种条件下转化为固态。根据TRIZ理论，这种制造原理可以与3D打印技术相结合，将常温下是液态的物质，通过精密泵输送挤出，在挤出端创造固化环境，从而实现3D打印(称之为基于液体计量挤出技术的3D打印)。这些可以实现固化的材料包括：AB组分快干胶水、氧化固化胶水、热固化胶水、紫外固化胶水、湿气固化胶水，以及上述几种固化机制混合固化的胶水。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的第一方面提供了一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，所述3D打印设备包括执行组件、喷头组件和控制系统；所述执行组件包括机械臂、三轴龙门数控结构和其它数控机构；所述喷头组件包括体积泵和喷嘴；所述喷头组件与所述数控机构固定连接；所述体积泵密与喷嘴密封连接；所述喷嘴包括支撑材料喷嘴和打印材料喷嘴；所述控制系统与执行组件通讯连接。作为一种优选的技术方案，所述数控机构包括第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、第四旋转电机、第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂；所述第一旋转电机设置在底座上，并水平面方向固定连接所述第一关节臂；所述第一关节臂与第二关节臂通过所述第二旋转电机连接；所述第二关节臂与第三关节臂通过所述第三旋转电机连接；所述第四旋转电机设置在第三关节臂上，并与所述喷头组件固定连接。作为一种优选的技术方案，所述体积泵由压电泵、螺杆泵、柱塞泵中的一种，或多种的并联或串联后的泵组构成。作为一种优选的技术方案，所述的体积泵，可以在打印的路径上，通过程序控制其挤出的液体的流量以及组分配比，实现梯度材料和结构的打印。作为一种优选的技术方案，所述的打印设备至少包含一个支撑喷头组件，可以打印复杂的空间结构不发生塌陷，所述的支撑由水溶性或者容易通过溶液浸泡清除、或者通过加热清除的材料制成，打印后可以简单、方便的予以清除，即使在零件内部的支撑材料，也可以在不损伤打印件的情况下去除。作为一种优选的技术方案，所述喷头组件上至少设置有第一原料入口、第二原料入口和第三原料入口，也可以有多个入口用于打印多组分材料；所述第一原料入口和第二原料入口通过所述体积泵与所述打印材料喷嘴连接；所述第三原料入口通过体积泵与所述支撑材料喷嘴连接。作为一种可选的技术方案，所述体积泵可以挤出颜料，使用三个并联的体积泵设置RGB三原色的原料，实施将之以不同的组分配比混合后挤出，再与材料相混合即可实现彩色打印。作为一种优选的技术方案，所述喷头的喷嘴直径为0.05～3mm。本专利技术的第二个方面提供了一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备及方法，利用如上所述的3D打印设备。作为一种优选的技术方案，打印的液体物料挤出以后，其固化并停止流动的时间≤120s，达到完全固化强度的30％的时间，低于300s。作为一种优选的技术方案，所述体积泵电机受中央控制板卡的控制，且与运动执行机构的控制相互协调。作为一种优选的技术方案，打印液体物料的流量为0.01～100cm3/min。作为一种优选的技术方案，打印液体物料的粘度范围为200000CPS-3000000CPS。本专利技术中的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备第一旋转电机可以以底座为轴发生旋转，使第一关节臂在水平面(xy平面)上做旋转运动，同时带动第二关节臂与喷头组件在水平面(xy平面)上旋转，而第二旋转电机则带动喷头组件在垂直于水平面(yz平面)上旋转。最终在上述四个电机联动作用下，调整喷头在某个固定的Z轴位置，在XY平面内运动，实现点线面扫描，在某个Z高上，液体喷头组件实现实体的扫描填充，而支撑喷头实现支撑结构的扫描填充。通过这种数控结构能够很精确的控制被打印材料的精细结构，打印得到各种形状和结构各异的材料。而且，在本专利技术中采用组合喷头组件，在精确计量打印材料得到精细结构的3D打印产品的同时，还能利用喷嘴扫描的路径上的不同位置，通过数字控制，调整多组份液体的比例以及流量，从而实现多种材料梯度打印得到多功能梯度材料。具体的，通过伺服电机/步进电机控制体积泵的转速，从而控制打印液体的流速，再从喷嘴挤出成型，而伺服电机/步进电机通过中央控制板卡被控制系统控制运行。于此同时控制系统通过受中央控制板卡控制执行组件，接收路径数据解析，并发送给执行组件，通过联动电机，实现XYZ三轴的空间运动，通过控制在喷嘴路径上的挤出/不挤出，挤出量多/挤出量少，液体组分比例大/小，支撑挤出/不挤出等参数，从而在三维空间中实现精细结构的打印。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备结构示意图。图2为本专利技术中的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备结构示意图。图3为本专利技术实施例1中的体积泵结构示意图。图4为本专利技术实施例2中的体积泵结构示意图。图5为本专利技术实施例3中的体积泵结构示意图。图6为本专利技术中的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备结构示意图。其中，01-控制系统、02-执行组件、03-中央控制板卡、1-第一旋转电机、2-第二旋转电机、3-第三旋转电机、4-第四旋转电机、5-第一原料入口、6-第二原料入口、7-第三原料入口、8-支撑材料体积泵、9-打印材料体积泵、10-底座、11-第一关节臂、12-第二关节臂、13-第三关节臂、14-喷头组件、15-出料口、16-进料口、17-伺服电机、18-压电陶瓷、19-膜片、20-挤出口、21-供料口、22-步进电机、23-第一万向节、24-第二万向节、25-第二进料阀、26-出料阀、27-第一进料阀、28-支撑材料喷头组件、29-打印材料喷头组件、30-支撑材料。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。此外，应理解，尽管术语第一、第二等可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因此，在不背离实例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。本专利技术的第一方面提供了一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括执行组件、喷头组件和控制系统；所述执行组件包括机械臂、三轴龙门数控结构和其它数控机构；所述喷头组件包括体积泵和喷嘴；所述喷头组件与所述数控机构固定连接；所述体积泵密与喷嘴密封连接；所述喷嘴包括支撑材料喷嘴和打印材料喷嘴；所述控制系统与执行组件通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括执行组件、喷头组件和控制系统；所述执行组件包括机械臂、三轴龙门数控结构和其它数控机构；所述喷头组件包括体积泵和喷嘴；所述喷头组件与所述数控机构固定连接；所述体积泵密与喷嘴密封连接；所述喷嘴包括支撑材料喷嘴和打印材料喷嘴；所述控制系统与执行组件通讯连接。2.如权利要求1所述的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，其特征在于，所述数控机构包括第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、第四旋转电机、第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂；所述第一旋转电机设置在底座上，并水平面方向固定连接所述第一关节臂；所述第一关节臂与第二关节臂通过所述第二旋转电机连接；所述第二关节臂与第三关节臂通过所述第三旋转电机连接；所述第四旋转电机设置在第三关节臂上，并与所述喷头组件固定连接。3.如权利要求2所述的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，其特征在于，所述体积泵由压电泵、螺杆泵、柱塞泵中的一种，或多种的并联或串联后的泵组构成。4.如权利要求3所述的基于液体瞬间固化的空间性能组合3D打印设备，其特征在于，所述的体积泵，可以在打印的路径上，通过程序控制设置在其端部的步进电机或...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成宝，
申请(专利权)人：杭州小木屋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33