一種三維打蠟打印機及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維打蠟打印機及其使用方法，所述的打印機包括機架，機架的上層設置有兩兩相對的X、Y方向移動軸，X、Y方向移動軸上分別設置有滑塊并通過滑塊安裝X、Y方向導軌，X、Y方向導軌的疊交處設置有通過輸料管連接機架下層儲料罐的打印機噴頭，所述的儲料罐連接蠕動泵，所述機架的上、下層之間安裝一對由Z方向移動控制電機驅動并與工作臺構成移動副的Z方向移動絲杠；所述的方法包括“組裝打印機、調配原料、設置原料傳送量、調整工作臺高度以及打印”等步驟。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的諸多缺陷，與當前的打蠟打印機相比，結構簡單，制造方便，可以連讀提供原料，蠟的傳輸更均勻，加工時間和加工成本更低，打印效果和加工精度更好。
【專利說明】一種三維打蠟打印機及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維打印機的蠟傳輸和打印結構，更具體的說，本發(fā)明涉及一種用于機械工程【技術領域】的新型三維打蠟打印機及其使用方法。
【背景技術】
[0002]目前的三維打蠟打印機，大多是采用氣壓沉積技術或熔融沉積技術，即將顆粒狀的熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個微細噴嘴的噴頭擠出來。所述的噴頭可沿X、Y軸的方向移動，而工作臺則沿Z軸方向上下移動。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度且成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠出噴嘴后便可隨即與前一層面的沉積熔結在一起。當一個層面的沉積完成后，工作臺沿預定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個實體造型的打印。
[0003]所述氣壓沉積技術的工藝過程是:將成型材料加熱到呈低粘度的熔融狀態(tài)，采用壓縮空氣作為動力源，將熔融材料由噴頭擠出。
[0004]所述熔融沉積技術的工藝過程是:將實芯絲材原材料纏繞在供料輥上，由電機驅動供料輥旋轉并利用所述供料輥和絲材之間的摩擦力使絲材向噴頭的出口送進。為使絲材能順利、準確地由供料棍送到噴頭的內腔，在所述供料棍與噴頭之間設置有一個采用低摩擦材料制成的導向套，噴頭的前端設置有可使絲材被加熱熔融(融模鑄造蠟絲的熔融溫度為74°C，機加工蠟絲的熔融溫度為96°C，聚烯烴樹脂絲為106°C，聚酰胺絲為155°C)的電阻絲式加熱器，熔融的絲材通過噴頭出口(內徑為0.25?1.32mm,隨材料種類和送料速度而定)涂覆至工作臺上，并在冷卻后形成界面輪廓。
[0005]前述兩種沉積技術存在的問題如下:
[0006](I)在氣壓沉積技術中，作為動力源的空氣壓縮設備體積大而復雜，生產出的打印機也相應的體積比較大且結構復雜。此外，由于采用氣體提供動力，故儲料罐必須密封，所以，當遇到打印過程較長的情況時，無法及時向儲料罐中填充原料，只能等儲料罐中的原料用完才可以填充。
[0007](2)在熔融沉積技術中，使原料熔融的加熱器功率不可能太大，故所用的絲材一般為熔點不太高的熱塑性塑料或蠟，但蠟質成絲后的強度很低，無法通過供料輥向噴頭的出口處傳送。
[0008]為了解決以上的問題(2)，本領域人員研究了一種利用螺桿進行蠟傳輸?shù)姆椒?，SP利用螺桿旋轉時產生的壓力將顆粒狀的蠟運送至噴頭處，并將加熱器安裝在運送過程中或噴頭部位，使顆粒狀的蠟經加熱后成為熔融狀，再利用螺桿的壓力將熔融的蠟擠出，但這一方法仍然存在缺陷:
[0009](I)由于打印機的噴頭較小，加之打印產品的精度需要控制，故噴頭內的螺桿設計不僅微小而且其結構必須精細，因此，螺桿的制造精度不易保證。
[0010](2)考慮的熔融狀蠟的擠壓力和回流情況，同一根螺桿必須進行分段設計和加工，且每一段的直徑、槽深和旋轉角都不相同，因此，螺桿的制造成本非常高，致使打印機的成本也隨之提高。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明所要解決的問題就是克服現(xiàn)有技術的諸多缺陷，并為此提供一種改變了蠟的狀態(tài)及傳輸方式、且在不改變打印精度的條件下降低制造成本的三維打蠟打印機及其使用方法。
[0012]本發(fā)明的技術方案是:
[0013]一種三維打蠟打印機，包括機架，所述機架的上層設置有兩兩相對并組成矩形框架的X方向移動軸和Y方向移動軸，所述的X方向移動軸和Y方向移動軸上分別設置有滑塊，兩個所述X方向移動軸2之間通過所述的滑塊安裝Y方向導軌，兩個所述Y方向移動軸之間通過所述的滑塊安裝X方向導軌，所述的Y方向導軌和X方向導軌的疊交處設置有可分別沿X方向移動軸或Y方向移動軸在Y方向導軌或X方向導軌上移動的打印機噴頭，所述的打印機噴頭通過輸料管連接安裝在所述機架下層的儲料罐，所述的儲料罐連接蠕動泵，所述機架的上層和下層之間安裝有兩個位置相對的Z方向移動絲杠，所述的Z方向移動絲杠由Z方向移動控制電機驅動并與工作臺構成移動副。
[0014]一種三維打蠟打印機的使用方法包括如下步驟:
[0015](I)組裝好打印機；
[0016](2)將蠟、酒精和環(huán)己烷按一定比例放入儲料罐中混合攪拌為蠟的混合溶液并確保臘的完全融化；
[0017](3)打開打印機開關并設置蠕動泵的轉速，確保所述蠕動泵的傳送量和所述打印機噴頭的擠出量相等；
[0018](4)調整好工作臺的高度位置；
[0019](5)根據(jù)打印機的內部程序調整好打印機噴頭的初始位置并開始打印，使所述的打印機噴頭按照電腦顯示的切好層面上圖形的平面坐標沿X方向導軌和Y方向導軌移動并打印圖形；
[0020](6)完成一個層面的打印后，通過打印機的內部程序停止所述蠕動泵的運行，啟動Z方向移動控制電機，使所述的工作臺在Z方向移動絲杠的帶動下下降一個層厚，再次啟動所述的蠕動泵，使所述的打印機噴頭沿新圖層上的圖形坐標繼續(xù)打印，直到三維模型打印完成。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]( I)由于所用的蠟經過揮發(fā)性極大且具有一定比例的環(huán)己烷和酒精進行融化處理成為液態(tài)，相比于當前的打蠟打印機所用的熔融態(tài)的蠟，其粘度大大降低，從而便于使用蠕動泵進行蠟的傳輸，與當前的三維打印機采用螺桿傳輸蠟要求螺桿精度高且需要防止回流的特別設計相比，不僅降低了打印機的制造成本和難度，而且可以保證連讀不斷的提供原料。
[0023](2)由于所述蠕動泵的轉速可以精確控制，而且液態(tài)蠟的傳送量可以通過調節(jié)所述蠕動泵的轉速來確定，故能夠將液態(tài)蠟的傳送量精確地控制到0.001ml/r,另外，所述的蠕動泵還可以為打印機噴頭提供其噴嘴處所需的噴射壓力，與當前采用螺桿傳輸蠟的打蠟打印機相比，蠟的傳輸會更加均勻，從而獲得更好的三維打印效果，并提高打印產品的加工精度。
[0024](3)由于上述(1)、(2)的緣故，采用本發(fā)明的三維打蠟打印機和打印方法打印三維模型，相比于傳統(tǒng)的三維打印機，不僅減少了加工時間，而且降低了加工成本；而本發(fā)明的簡單結構以及蠕動泵的采用，與【背景技術】中所提到的熔融沉積技術和氣壓沉積技術相比，不僅克服了其所存在的諸多缺陷，而且進一步降低了加工成本，加工精度也更易于控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明結構的示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明結構在另一個角度的示意圖。
[0027]圖中標記:1—機架，2—X方向移動軸，3—打印機噴頭，4—Y方向移動軸，5—儲料罐，6—蠕動泵，7—Z方向移動控制電機，8—工作臺，9—輸料管，10—Z方向移動絲杠，11—滑塊，12—Y方向導軌，13—X方向導軌。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明更容易被清楚理解，以下結合實施例對本發(fā)明的技術方案作以詳細描述。
[0029]圖1、圖2分別從兩個角度示意了本發(fā)明中三維打蠟打印機的結構。
[0030]參照圖1、圖2，本發(fā)明的三維打蠟打印機，包括設置有上層和下層的機架1，所述機架I的上層設置有兩兩相對并組成矩形框架的X方向移動軸2和Y方向移動軸4，所述的X方向移動軸2和Y方向移動軸4上分別安裝滑塊11，兩個所述的X方向移動軸2之間通過所述的滑塊11安裝有Y方向導軌12，兩個所述的Y方向移動軸4之間通過所述的滑塊11安裝有X方向導軌13，所述的Y方向導軌12和X方向導軌13的疊交處安裝有可分別沿X方向移動軸2或Y方向移動軸4在Y方向導軌12或X方向導軌13上移動的打印機噴頭3，所述的打印機噴頭3通過輸料管9連接安裝在所述機架I下層的儲料罐5，所述的儲料罐5連接用于蠟傳輸?shù)娜鋭颖?，所述機架I的上層和下層之間安裝有一對Z方向移動絲杠10，所述的Z方向移動絲杠10通過Z方向移動控制電機7驅動并與工作臺8構成移動副，從而帶動所述的工作臺8上下移動。
[0031]本發(fā)明三維打蠟打印機的使用方法包括如下步驟:
[0032]( I)組裝好打印機，保證其能正常工作；
[0033](2)將作為原料的蠟、酒精和環(huán)己烷按一定比例放入所述的儲料罐5中并充分混合攪拌，使之成為蠟的混合溶液，要求確保蠟的完全融化且不存在固體顆粒；
[0034](3)打開打印機開關并設置好所述蠕動泵6的轉速，通過調節(jié)所述蠕動泵6的轉速確定所述打印機噴頭3的移動速度，以確保所述蠕動泵6的傳送量和所述打印機噴頭3的擠出量相等，防止出現(xiàn)斷流和溢流的現(xiàn)象；
[0035](4)調整好工作臺8的高度位置；
[0036](5)根據(jù)打印機的內部程序，調整好打印機噴頭3的初始位置，然后開始打印，使所述的打印機噴頭3依據(jù)與打印機連接的電腦中顯示的切好層面圖形的平面坐標沿所述X方向導軌13和Y方向導軌12移動并打印圖形，當蠟的混合溶液從所述的打印機噴頭3噴出后，其中的酒精和環(huán)己烷迅速揮發(fā)，從而使工作臺上只留下一層固態(tài)蠟；[0037](6)完成一個層面的打印后，停止所述蠕動泵6的運行，啟動Z方向移動控制電機7，使所述的工作臺8在Z方向移動絲杠10的帶動下下降一個層厚的高度，再啟動所述的蠕動泵6，使所述的打印機噴頭3沿著新圖層上的圖形坐標繼續(xù)打印，直到三維模型打印完成。
[0038]在本發(fā)明的三維打印方法中，當進行第一個層面的打印時，由于液態(tài)蠟的混合溶液從打印機噴頭3噴出以后，其中的酒精和環(huán)己烷會迅速的揮發(fā)掉，從而使工作臺上只留下一層固態(tài)蠟，完成第一層蠟的噴印沉積；當這一層蠟的噴印沉積完成后，所述的8工作臺下降一個層厚，接著進行第二層蠟的噴印沉積，此時，從所述打印機噴頭3的噴嘴流出的混合溶液將溶解上一層的部分固體蠟，然后再隨著環(huán)己烷和酒精的揮發(fā)形成固體，從而使兩層固體蠟粘結為一體；然后，所述的8工作臺再下降一個層厚，接著進行第三層蠟的噴印沉積；以此類推，直至完成全部層厚的打印。
[0039]以上參照附圖和實施例對本發(fā)明的三維打蠟打印機及其使用方法進行了示意性描述，該描述沒有限制性。本領域的普通技術人員應能理解，在實際應用中，本發(fā)明打印機中各部件的結構、形狀、設置方式以及使用方法中的某些細節(jié)均可能發(fā)生某些改變，而其他人員在其啟示下也可能做出相似設計。特別需要指出的是，只要不脫離本發(fā)明的設計宗旨，所有顯而易見的改變均包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種三維打蠟打印機，包括機架，其特征是:所述機架的上層設置有兩兩相對并組成矩形框架的X方向移動軸和Y方向移動軸，所述的X方向移動軸和Y方向移動軸上分別設置有滑塊，兩個所述X方向移動軸2之間通過所述的滑塊安裝Y方向導軌，兩個所述Y方向移動軸之間通過所述的滑塊安裝X方向導軌，所述的Y方向導軌和X方向導軌的疊交處設置有可分別沿X方向移動軸或Y方向移動軸在Y方向導軌或X方向導軌上移動的打印機噴頭，所述的打印機噴頭通過輸料管連接安裝在所述機架下層的儲料罐，所述的儲料罐連接蠕動泵，所述機架的上層和下層之間安裝有兩個位置相對的Z方向移動絲杠，所述的Z方向移動絲杠由Z方向移動控制電機驅動并與工作臺構成移動副。
2.—種三維打蠟打印機的使用方法，其特征是，該方法包括如下步驟: (1)組裝好打印機； (2)將蠟、酒精和環(huán)己烷按一定比例放入儲料罐中混合攪拌為蠟的混合溶液并確保蠟的完全融化； (3)打開打印機開關并設置蠕動泵的轉速，確保所述蠕動泵的傳送量和所述打印機噴頭的擠出量相等； (4)調整好工作臺的高度位置； (5)根據(jù)打印機的內部程序調整好打印機噴頭的初始位置并開始打印，使所述的打印機噴頭按照電腦顯示的切好層面上圖形的平面坐標沿X方向導軌和Y方向導軌移動并打印圖形； (6)完成一個層面的打印后，通過打印機的內部程序停止所述蠕動泵的運行，啟動Z方向移動控制電機，使所述的工作臺在Z方向移動絲杠的帶動下下降一個層厚，再次啟動所述的蠕動泵，使所述的打印機噴頭沿新圖層上的圖形坐標繼續(xù)打印，直到三維模型打印完成。
【文檔編號】B29C67/00GK103847104SQ201410085179
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權日:2014年3月10日
【發(fā)明者】李紅賓, 王太勇, 張雷, 李朋林, 陳陽 申請人:天津大學