本發(fā)明涉及一種基于fdm的3d打印設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，fdm技術(shù)可以打印的材料包括abs,聚碳酸醋、pla,聚苯礬等。與其他的3d打印技術(shù)相比，fdm是唯一使用工業(yè)級(jí)熱塑材料作為成型材料的積層制造方法，打印出的物件具有耐高熱、腐耐蝕性化學(xué)物質(zhì)、抗菌和抗強(qiáng)烈機(jī)械應(yīng)力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生產(chǎn)工具。由于其成型材料種類多，成型件強(qiáng)度高、精度高，表面質(zhì)量好，易于裝配、無(wú)公害，可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行等特點(diǎn)，使得該工藝發(fā)展極為迅速，目前fdm在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30％。但因需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆、進(jìn)料裝置復(fù)雜，成型時(shí)間較長(zhǎng)，造成fdm打印效率較低，嚴(yán)重制約了fdm工藝3d打印設(shè)備在大規(guī)模工業(yè)上的推廣使用。
申請(qǐng)?zhí)枮?01410083018.2的中國(guó)專利，公開(kāi)了一種fdm的3d打印機(jī)，其沒(méi)有涉及有關(guān)本發(fā)明中用以提升打印效率的任何相關(guān)技術(shù)手段。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于fdm的3d打印設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中基于fdm 的3d打印設(shè)備打印效率較低的技術(shù)問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于fdm的3d打印設(shè)備，包括：擠出機(jī)，所述擠出機(jī)具有擠出機(jī)套筒、可在所述擠出機(jī)套筒中轉(zhuǎn)動(dòng)送料的擠出螺桿、以及安裝在所述擠出機(jī)套筒上為所述擠出機(jī)套筒加熱的第一加熱器；3d打印機(jī)，所述3d打印機(jī)具有打印噴頭、以及安裝在所述打印噴頭上的噴頭加熱器，其中，所述擠出機(jī)套筒的擠出料口，通過(guò)連接軟管與所述打印噴頭的入料口連通；
所述擠出螺桿的材質(zhì)為聚苯乙烯樹(shù)脂，所述聚苯乙烯樹(shù)脂的成分組成包括高抗沖聚苯乙烯、通用級(jí)聚苯乙烯、抗氧劑、白油和炭黑；其中高抗沖聚苯乙烯的重量含量為85％-95％，通用級(jí)聚苯乙烯的重量含量為8％-27％,抗氧劑、白油和炭黑為余量。
優(yōu)選地，所述連接軟管為不銹鋼耐壓金屬軟管，所述聚苯乙烯樹(shù)脂的制備步驟為：
(1)首先將各原料按照重量含量用高速攪拌機(jī)攪拌混勻15min；
(2)然后轉(zhuǎn)入雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，冷卻；其中，擠出時(shí)雙螺桿擠出機(jī)的料筒溫度為：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，機(jī)頭溫度245-250℃，機(jī)頭壓力：5-9mpa；
(3)最后造粒得圓柱狀顆粒產(chǎn)品；
所述加工助劑為白油；
所述穩(wěn)定劑為抗氧劑；
所述染料為炭黑。
優(yōu)選地，擠出機(jī)還具有安裝在所述擠出機(jī)套筒上進(jìn)行加料的加料口，沿著所述擠出螺桿的送料方向，所述第一加熱器位于所述加料口的下游并且設(shè)置在所述擠出機(jī)套筒的外側(cè)壁上。
優(yōu)選地，所述擠出機(jī)還具有擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)，所述擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述擠出螺桿在所述擠出機(jī)套筒中轉(zhuǎn)動(dòng)送料，其中，所述擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)、所述擠出機(jī)套筒、所述擠出螺桿安裝在所述擠出機(jī)的擠出機(jī)底座上，所述擠出機(jī)底座固定在地面上。
優(yōu)選地，所述擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)設(shè)定為：在所述第一加熱器將所述擠出機(jī)套筒預(yù)熱到原料臨界溫度后，所述擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)所述擠出螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)；其中，來(lái)自所述擠出機(jī)套筒的被所述第一加熱器加熱成熔融狀態(tài)的原料，借助于擠出壓力通過(guò)所述連接軟管輸送至所述打印噴頭；其中，所述噴頭加熱器設(shè)定為：在所述打印噴頭出料口處有所述熔融狀態(tài)的原料液體溢出后啟動(dòng)，以保證所述打印噴頭溫度維持在所述原料臨界溫度。
優(yōu)選地，所述3d打印機(jī)還具有：x、y、z三軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，所述打印噴頭通過(guò)所述x、y、z三軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行逐層打 印。
優(yōu)選地，所述x軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：x軸齒條、x軸電機(jī)、x軸線軌、x軸滑塊，其中所述x軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述x軸齒條以帶動(dòng)所述x軸滑塊沿所述x軸線軌在x軸方向上運(yùn)動(dòng)；所述y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：y軸齒條、y軸電機(jī)、y軸線軌、y軸滑塊、滑座，所述滑座固定在所述y軸滑塊上，所述y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述y軸齒條以通過(guò)帶動(dòng)所述y軸滑塊而帶動(dòng)所述滑座沿所述y軸線軌在y軸方向上運(yùn)動(dòng)；所述z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：內(nèi)置于所述3d打印機(jī)中工作箱中的抬升電機(jī)，所述抬升電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述3d打印機(jī)的工作臺(tái)升降，通過(guò)所述工作臺(tái)升降所述打印噴頭與打印面一直處于同一面；其中，所述x軸齒條、所述x軸電機(jī)、所述x軸線軌、所述x軸滑塊分別安裝在所述3d打印機(jī)的打印機(jī)底座兩側(cè)，所述x軸滑塊固定在所述3d打印機(jī)的x軸線軌上；其中，所述y軸電機(jī)、所述y軸齒條、所述y軸線軌分別安裝在所述橫梁上，所述滑座通過(guò)所述y軸線軌和可在所述y軸線軌上滑動(dòng)的所述y軸滑塊而與所述橫梁連接，所述打印噴頭固定在所述滑座上。
優(yōu)選地，所述基于fdm的3d打印設(shè)備用于鑄造模具的制造。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果至少在于：
(1)本發(fā)明在擠出機(jī)套筒上設(shè)第一加熱器，將擠出機(jī)套筒 的擠出料口通過(guò)連接軟管與3d打印機(jī)的打印噴頭的入料口連通，從而通過(guò)第一加熱器的加熱可使從擠出機(jī)套筒中擠出的原料為熔融狀態(tài)，從擠出機(jī)套筒中擠出的原料通過(guò)連接軟管輸送至打印噴頭，這使得本發(fā)明基于fdm的3d打印設(shè)備的打印運(yùn)行結(jié)構(gòu)減輕，相應(yīng)地使得3d打印設(shè)備整體輕巧，從而提高了打印效率。
(2)進(jìn)一步，本發(fā)明中滑座通過(guò)y軸線軌和可在y軸線軌上滑動(dòng)的y軸滑塊而與3d打印機(jī)的橫梁連接，打印噴頭固定在滑座上，從而本發(fā)明使得橫梁整體輕巧，運(yùn)行速度快，這進(jìn)一步使得3d打印設(shè)備打印效率提高，例如打印效率可達(dá)30kg/h。
(3)由于打印效率高，使得本發(fā)明為鑄造模具行業(yè)應(yīng)用3d打印技術(shù)提供了更為有利的條件。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明基于fdm的3d打印設(shè)備示例性視圖。
具體實(shí)施方式
以下參見(jiàn)附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明基于fdm的3d打印設(shè)備包括：擠出機(jī)、3d打印機(jī)、以及連接軟管7(也可以稱之為恒溫輸送軟管)，其中連接軟管7例如不銹鋼耐壓金屬軟管。通過(guò)連接軟管7，將擠出機(jī)的擠出機(jī)套筒5的擠出料口與3d打印機(jī)的打印噴頭15的入料口連通。
具體而言，從圖1可看出，擠壓機(jī)還包括：可在擠出機(jī)套筒5中轉(zhuǎn)動(dòng)送料的擠出螺桿6、以及安裝在擠出機(jī)套筒5上為擠出機(jī)套筒5加熱的第一加熱器4，擠出螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng)可以將送入擠出機(jī)套筒5的原料送出擠出機(jī)套筒5。安裝在擠出機(jī)套筒5上的第一加熱器4可工作，以使得從擠出機(jī)套筒5中擠出的原料為熔融狀態(tài)。3d打印機(jī)還具有噴頭加熱器16，噴頭加熱器16安裝在打印噴頭15上。通過(guò)第一加熱器4對(duì)擠出機(jī)套筒5的加熱，可以使得從擠出機(jī)套筒5中擠出的原料為熔融原料，在擠出螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，該擠出的熔融原料由于擠出壓力通過(guò)連接軟管7輸送至打印噴頭15，擠出螺桿6的材質(zhì)為為聚苯乙烯樹(shù)脂，聚苯乙烯樹(shù)脂的成分組成包括高抗沖聚苯乙烯、通用級(jí)聚苯乙烯、抗氧劑、白油和炭黑；其中高抗沖聚苯乙烯的重量含量為85％-95％，通用級(jí)聚苯乙烯的重量含量為8％-27％,抗氧劑、白油和炭黑為余量。
聚苯乙烯樹(shù)脂的制備步驟為：
(1)首先將各原料按照重量含量用高速攪拌機(jī)攪拌混勻15min；
(2)然后轉(zhuǎn)入雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，冷卻；其中，擠出時(shí)雙螺桿擠出機(jī)的料筒溫度為：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，機(jī)頭溫度245-250℃，機(jī)頭壓力：5-9mpa；
(3)最后造粒得圓柱狀顆粒產(chǎn)品；
所述加工助劑為白油；
所述穩(wěn)定劑為抗氧劑；
所述染料為炭黑。
從而本發(fā)明基于fdm的3d打印設(shè)備的打印運(yùn)行結(jié)構(gòu)減輕，相應(yīng)地使得3d打印設(shè)備整體輕巧，提高了打印效率。繼續(xù)參見(jiàn)圖1，擠出機(jī)還具有加料口3，加料口3安裝在擠出機(jī)套筒5上進(jìn)行加料。
當(dāng)沿著擠出螺桿6的送料方向時(shí)，第一加熱器4位于加料口3的下游。還可以從圖1中看出，第一加熱器4設(shè)置在擠出機(jī)套筒5的外側(cè)壁上。
進(jìn)一步，參考圖1對(duì)擠出機(jī)進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。圖1中，擠出機(jī)還具有擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)2、擠出機(jī)底座1。擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)2、擠出機(jī)套筒5、擠出螺桿6安裝在擠出機(jī)底座1上，擠出機(jī)底座1固定在地面上。擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)2可驅(qū)動(dòng)擠出螺桿6在擠出機(jī)套筒5中轉(zhuǎn)動(dòng)送料。擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)2可以設(shè)定為：在第一加熱器4將擠出機(jī)套筒5預(yù)熱到原料臨界溫度后，擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)擠出螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng)。噴頭加熱器16可以設(shè)定為：在打印噴頭15出料口處有熔融狀態(tài)的原料液體溢出后啟動(dòng)，以保證打印噴頭15溫度維持在所述原料臨界溫度。
本發(fā)明3d打印設(shè)備的3d打印機(jī)還具有：x、y、z三軸運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)，打印噴頭15通過(guò)x、y、z三軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行逐層打印。
x軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：x軸齒條9、x軸電機(jī)10、x軸線軌12、x軸滑塊13，x軸齒條9、x軸電機(jī)10、x軸線軌12、x軸滑塊13分別安裝在打印機(jī)底座1兩側(cè)。x軸滑塊13固定在3d打印機(jī)的x軸線軌12上。x軸電機(jī)10驅(qū)動(dòng)x軸齒條9以帶動(dòng)x軸滑塊13沿x軸線軌12在x軸方向上運(yùn)動(dòng)。在圖1的示例中，x軸方向?yàn)榇怪庇诩埫娴姆较颉?/p>
y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：y軸齒條18、y軸電機(jī)17、y軸線軌19、y軸滑塊、滑座14。y軸電機(jī)17、y軸齒條18、y軸線軌19分別安裝在橫梁11上，滑座14固定在y軸滑塊上，滑座14通過(guò)y軸線軌19和可在y軸線軌19上滑動(dòng)的y軸滑塊而與橫梁11連接。y軸電機(jī)17驅(qū)動(dòng)y軸齒條18以帶動(dòng)y軸滑塊在y軸線軌19上滑動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)y軸滑塊帶動(dòng)滑座14沿y軸線軌19在y軸方向上運(yùn)動(dòng)。打印噴頭15固定在滑座14上，從而隨滑座14一起運(yùn)動(dòng)。在圖1的示例中，y軸方向?yàn)樗椒较颉?/p>
z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：內(nèi)置于3d打印機(jī)中工作箱(圖1中以標(biāo)號(hào)8示出了打印機(jī)底座及工作箱)中的抬升電機(jī)，抬升電機(jī)驅(qū)動(dòng)3d打印機(jī)的工作臺(tái)升降。在圖1的示例中，z軸方向?yàn)榇怪狈较颉?/p>
圖1中還以標(biāo)號(hào)20示出了操縱臺(tái)及電控系統(tǒng)。
本發(fā)明的基于fdm的3d打印設(shè)備可用于鑄造模具的制造，尤其是中小型鑄造模具制造。
為了便于進(jìn)一步理解本發(fā)明，以下結(jié)合圖1描述本發(fā)明的基于fdm的3d打印設(shè)備的工作過(guò)程：
首先，完成三維建模，并導(dǎo)入分層軟件分層，生成軌跡運(yùn)行代碼。向加料口3加料，然后啟動(dòng)第一加熱器4對(duì)擠出機(jī)套筒5進(jìn)行預(yù)熱；當(dāng)達(dá)到原料臨界溫度后，啟動(dòng)擠出機(jī)傳動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)擠出螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng)；原料通過(guò)擠出螺桿6由擠出機(jī)左端被輸送至右端，在此過(guò)程中通過(guò)擠出機(jī)套筒5的第一加熱器4(也可以稱之為擠壓機(jī)加熱器)的加熱逐漸達(dá)到熔融狀態(tài)；原料完全達(dá)到熔融狀態(tài)后，因擠出機(jī)壓力通過(guò)不銹鋼耐壓金屬軟管7輸送至打印噴頭15。
打印噴頭15處有熔融狀液體溢出后，啟動(dòng)噴頭加熱器16，保證打印噴頭15溫度持續(xù)在原料臨界溫度，保證打印噴頭15不阻塞。同時(shí)啟動(dòng)軌跡運(yùn)行代碼，通過(guò)x、y、z三軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，使噴頭通過(guò)設(shè)備x、y、z三軸進(jìn)行逐層打印。其中工作箱內(nèi)置抬升電機(jī)，打印完一層后，工作臺(tái)立即下降一個(gè)層厚，保證打印頭與打印面一直處于同一面。
綜上，本發(fā)明提高了打印效率，為鑄造模具行業(yè)應(yīng)用3d打印技術(shù)提供了更為有利的條件。本發(fā)明3d打印設(shè)備為高速3d打印設(shè)備，例如打印速度可達(dá)60m/min，打印范圍可達(dá)3000mm*2000mm*500mm。與現(xiàn)有fdm設(shè)備相比，移動(dòng)橫 梁不需要絲狀加料裝置或擠出加料裝置，橫梁整體輕巧，運(yùn)行速度快，效率可達(dá)30kg/h。
本發(fā)明適用于于少品種大批量的中小型鑄造模具的制造，提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備成本，變革了鑄造模具企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況。本發(fā)明可以采用顆粒狀工程塑料利用擠出機(jī)為3d打印機(jī)提供熔融態(tài)原料，通過(guò)恒溫軟管輸送到打印噴頭。