一种成型空间自适应三维打印装置的制作方法

本发明涉及快速成型制造技术领域中的三维打印技术，特别涉及一种成型空间自适应三维打印装置。

背景技术：

基于现代cad/cam技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上发展起来的快速成形制造技术（rapidmanufacturing，简称rm）可以无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（cad）数据，直接、快速、精确地制造出具有一定功能的新产品原型或直接制造零件。三维打印技术作为快速成形制造技术的一种，自20世纪80年代中后期发展以来受到众多用户和科学研究者的长期关注。其以数字模型文件为基础，通过逐层打印材料的方式来构造实体，可实现复杂结构的一体化快速成型，成为高端制造领域不可或缺的关键支撑技术。凭借极大的技术优势，三维打印技术与大数据、云计算，互联网等新兴先进技术成为数字化制造的主要内容，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术，是推动新一轮工业革命的源动力。

熔融沉积成型（fdm）技术是目前三维打印技术中应用最广泛的技术之一，具有成本低、易操作、潜在应用广泛的优点。在众多fdm技术中，以聚醚醚酮peek、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物abs、聚乳酸pla等热塑性材料打印居多。为了保证打印效果，往往需要在恒定的温度环境中进行打印，尤其是peek材料的打印，对打印环境温度要求更为苛刻。为了实现恒温环境打印，申请公布号为cn107187021a的发明专利提供了一种3d打印高温成型装置，包括封闭的成型室、液体冷却组件、加热组件、打印头和三个运动组件，可根据需要控制成型室内部的温度，拓展打印材料的选择范围。但是，由于成型室容积的固定的，而打印结构件的尺寸往往是多变的，当打印材料选择之后，无论打印结构件尺寸多小，成型室均需要加热至理想的打印温度，对于打印小尺寸的结构件而言与打印大尺寸结构件而言所需的加热时间是一样。这将导致两方面的问题：（1）对于小尺寸结构件，加热时间可能比打印时间还要长，降低打印效率；（2）加热时间变长还意味着能源的浪费。因此，从提高打印效率和节约能源的角度来看，有必要设计开发成型空间可随打印结构尺寸变化的三维打印装置。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中具有加热成型室的三维打印装置成型空间固定不可调而造成的打印效率低、能源浪费的问题，提供一种成型空间自适应三维打印装置，实现成型空间可随打印结构尺寸的变化而变化，通过控制成型空间的容积实现节约能源、提高打印效率。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种成型空间自适应三维打印装置，包括：

底座；

成型腔，设置在底座上方；

三维运动机构，由x轴运动单元、y轴运动单元和z轴运动单元组成；

自适应成型平台，设置在成型腔内部，且可调节自身长度，并安装在z轴运动单元的动力输出端上；

挤出打印机构，安装在y轴运动单元的动力输出端上，且位于自适应成型平台上方；y轴运动单元安装于x轴运动单元的动力输出端上；

所述成型腔包括：

后面板，与底座垂直固定连接；

前面板，与后面板平行设置；

侧面板，包括相互插接的滑板一和滑板二，滑板一、滑板二的相对一侧分别与前面板、后面板连接；

面板驱动机构，驱使前面板相对后面板直线移动；

上面板，一端安装在前面板上，一端安装在后面板上,且沿侧面板长度方向呈连续波浪形设置。

采用上述技术方案，前面板可相对后面板前后移动，实现成型腔大小可调。

优选的，所述滑板二内开设有内腔一，滑板一滑动连接于内腔一内；所述滑板一宽度方向的两侧还分别设置有矩形凸台，所述矩形凸台与内腔一内对应设置的矩形凹槽内壁抵接。

优选的，所述自适应成型平台包括成型面板一和成型面板二，成型面板一套接于成型面板二内部且成型面板二内设置有弹簧，弹簧一端与成型面板二连接，一端与成型面板一固定。

优选的，所述成型面板一靠近前面板的一侧还设有滑轮。

优选的，所述面板驱动机构包括沿前面板垂直转动连接于底座上的丝杆，所述前面板穿过丝杆，所述丝杆上设置有夹持前面板的螺母。

所述侧面板的滑动板二上设有气口；还包括经气口朝成型腔内输送冷气的冷却循环装置。

优选的，所述侧面板、后面板上还分别设置有加热板。

优选的，所述前面板设有透明的舱门。

优选的，所述挤出打印机构包括挤出单元、打印头、散热风扇、冷却风扇。

本发明的有益效果：

本发明的一种成型空间自适应三维打印装置，通过设置可随打印结构件尺寸调整的成型腔，较现有空间不可调成型腔，具有提升加热效率，节约能源的优势。通过将驱动电机等大部分电路设置在成型腔外部，可有效避免高温环境对电路的影响，减缓老化速度，进一步增加打印设备的使用寿命。此外，本发明通过设置循环冷却装置，可有效提高冷却效率，同时可去除打印过程中可能产生的颗粒污染物，避免环境污染。

附图说明

图1：本发明的一种成型空间自适应三维打印装置整体结构示意图；

图2：本发明的成型腔内部结构示意图；

图3：本发明的成型腔侧面板结构示意图；

图4：本发明的三维运动机构结构示意图；

图5：本发明的自适应成型平台结构示意图。

附图各部件序号及名称对应关系如下。

1、x轴运动单元；2、出气管；3、上面板；4、挤出打印机构；5、前面板；6、底座；7、面板驱动机构；8、侧面板；9、冷却循环装置；10、进气管；11、后面板；12、z轴运动单元；13、y轴运动单元；14、自适应成型平台；15、弹簧；41、挤出单元；43、打印头；42、散热风扇；44、冷却风扇；51、舱门；81、滑板一；82、滑板二；101、气口；111、t型凹槽；121、滚珠丝杠；131、滚珠丝杠；132、y轴动力输出端；133、驱动电机；141、成型面板一；142、成型面板二；143、滚轮；811、矩形凸台；812、t型凸台一；821、t型凸台二；822、内腔一；1411、矩形凸台；1421、内腔二；010、安装框一；011、滚珠丝杠；012、x轴动力输出端；081、加热板。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明做详细描述：

如图1-5所示，本实施例的一种成型空间自适应三维打印装置，包括：底座6；设置在底座6上方的成型腔；由x轴运动单元1、y轴运动单元13和z轴运动单元12组成的三维运动机构；设置在成型腔内部的自适应成型平台14，且自适应成型平台14安装在z轴运动单元12的动力输出端上；位于自适应成型平台14上方且安装在y轴运动单元13的动力输出端132上的挤出打印机构4；设置在成型腔外部且通过进气管10与成型腔相连的冷却循环装置9。

如图1-3所示，成型腔由前面板5、后面板11、侧面板8以及上面板3与底座6合拢构成；前面板5与后面板11分别垂直固定于底座6前后侧；上面板3前后两侧分别与前面板5、后面板11上端固定；侧面板8沿前面板5长度方向设置有两组盖合于上面板3、前面板5以及后面板11上方；成型腔内还设置有驱使前面板5相对后面板11前后移动的面板驱动机构7；侧面板8和后面板11上还固定有加热板081。

本实施例中，上面板3设置为百叶窗结构，使其可随前面板5移动过程中做出适应性间距改变。

如图2-4所示，侧面板8包括可以相互滑动的滑板一81和滑板二82，滑板二82内开设有内腔一822，滑板一81滑动连接于内腔一822内；滑板一81侧壁上固定有两条矩形凸台811，两矩形凸台811与内腔一822内对应设置的矩形凹槽内壁抵接，减少滑板一81与内腔一822的摩擦力。滑板一81、滑板二82相对的一侧上分别设置有两组t型凸台一812、t型凸台二821，前面板5、后面板11上分别开设有供t型凸台一812、t型凸台二821插接的t型凹槽111。

本实施例中，前面板5底端、侧面板8上下端分别设置有密封毛毡。

如图1所示，为便于观察打印过程和取出打印结构件，前面板5设有透明的舱门51。

如图1所示，面板驱动机构7包括垂直前面板5设置的丝杆，丝杆转动连接于底座6上，前面板5插接于丝杆上，且丝杆上螺纹配合有螺母，前面板5滑动过程中，在螺母的夹持作用下，限位于丝杆上，实现成型腔大小的控制。

如图1-3所示，为实现成型腔快速冷却以及打印过程可能产生的颗粒污染物排放，所述侧面板8的两滑板二82分别设有气口101；其一气口101连接有进气管10，另一气口101连通有出气管2；冷却循环装置9通过进气管10向成型腔内通入冷气流实现冷却，同时可将打印过程可能产生的颗粒污染物通过出气管2排出成型腔，避免打开舱门51时污染物瞬间大量排放造成环境污染，进而可能对人体产生伤害。

如图4所示，挤出打印机构4包括：挤出单元41，打印头43，散热风扇42，冷却风扇44。

如图5所示，自适应成型平台14包括成型面板一141、成型面板二142以及滚轮143；成型面板二142设有内腔二1421用于容纳成型面板一141；所述成型面板一141与成型面板二142靠弹簧15、矩形凸台1411滑动连接；弹簧15设置为压缩弹簧，压缩弹簧的两端分别与成型面板一141、成型面板142固定，有利于驱使成型面板一141的复位；前面板5移动过程中，驱使成型面板一141相对成型面板二142前后移动。其中，滚轮143可有效减小成型面板一141与前面板5之间的摩擦。

参照图2，本实施例中，x轴运动单元1包括与丝杆平行设置且固定于底座6上的安装框一010、与安装框一010平行设置且转动连接于安装框一010内的滚珠丝杠011；y轴运动单元13包括垂直安装框一010设置的安装框二、以及与安装框二平行设置并转动连接于安装框二上的滚珠丝杠131；z轴运动单元12包括竖直固定于后面板11上的安装框三、以及与安装框三平行设置并转动连接于安装框三上的滚珠丝杠121；滚珠丝杠121穿过成型面板二142并与成型面板二142螺纹配合；滚珠丝杠011、滚珠丝杠121、滚珠丝杠131的一端均与一驱动电机同轴固定；驱动电机通过电线与外接电源进行连通。

结合图1-4说明装置的整个工作过程如下：

打印前整个成型腔处于最大状态，各三维运动机构复位；根据打印结构件的尺寸，计算机控制面板驱动机构7带动前面板5向后面板11靠近，同时前面板5挤压自适应成型平台14的成型面板一141在成型面板二142内的空腔1421内滑动，实现成型腔与打印结构件尺寸相匹配；启动侧面板8的滑板二82上的加热板081以及后面板11上的加热板081，同时根据成型腔大小，选择性启动侧面板8的滑动板一81上的加热板081，给成型腔加热；给成型腔加热的同时，预热挤出打印机构4的打印头；当打印头与成型腔加热至目标温度后，开始进行结构件打印。z轴运动单元12的滚珠丝杠121带动z轴动力输出端上的自适应成型平台14移动至挤出打印机构4的打印头43下方且留有一个打印层高的距离；x轴运动单元1的滚珠丝杠011带动x轴动力输出端012运动；x轴动力输出端012带动y轴运动单元13运动，y轴运动单元13的滚珠丝杠131带动y轴动力输出端132运动；y轴动力输出端132带动挤出打印机构4运动，实现打印头43在x、y平面内的运动，挤出打印机构4上的散热风扇42对喉管进行冷却，防止打印材料堵塞喉管，冷却风扇44实现打印层材料的冷却；当一层打印结束后，z轴运动单元12的滚珠丝杠121带动z轴动力输出端上的自适应成型平台14下移一个打印层高，继续进行下一层打印，直到整个结构打印结束；打印结束后，启动外界的冷却循环装置9，通过进气管10经侧面板8的气口101向成型腔内通入冷风，冷却的同时将颗粒污染物经出气管2排出成型腔，实现成型腔冷却和污染物排放；待成型腔冷却结束以及污染物处理完毕，打开前面板5上的舱门51取下打印结构件，设备复位，等待下一个打印任务。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。