基于半开放式高温回转打印装置及工艺

本发明属于3d打印，具体涉及一种基于半开放式高温回转打印装置及工艺。

背景技术：

1、随着3d打印技术的迅速发展，其应用范围已逐渐扩展至航空航天等多种领域，在航空航天飞行器中存在大量回转类结构，根据服役环境需要，需要结构耐高温、耐腐蚀同时满足轻量化的要求，以聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚为代表的高性能半结晶聚合物正逐渐成为高性能3d打印领域的首选材料，这些材料具有优异的高温稳定性和机械性能，适用于在极端工作环境下使用的零件制造，这一类耐高温的高性能热塑性树脂材料由于高熔点，因此需要在高温环境中打印，以降低每一层材料的温度梯度，增强层间结合性能。

2、传统的高温平面打印工艺仅能在水平方向上进行高温打印，热源往往采用腔体预热或底板加热的方式，热量损失大，并不能有效降低挤出熔融材料与已成形材料之间的温差，对于一些复杂形状的回转类零件，需要进行分批打印多次组装，在制造复杂回转类零部件时面临一定局限性。

3、回转打印技术可以在多个方向上进行打印，因此可以减少或者消除支撑结构，一次成形复杂回转类零件，现有的回转打印技术(西安交通大学.一种可在回转圆筒内壁打印成形的连续纤维3d打印机:cn202210033727.4[p].2022-04-26.)虽然在满足回转类零件的制造需求上具有一定优势，但其应用受到高温环境下材料性能的限制。目前，由于缺乏适用于高温环境的打印装置，回转打印技术在应对高温材料打印方面存在着明显的不足，这一限制严重制约了回转打印技术在航空航天领域的应用，阻碍了其在高性能零部件制造中的发展。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于半开放式高温回转打印装置及工艺，通过环形红外加热灯管来创造半开放式低成本易拆卸的高温打印环境，以此来减少挤出熔融材料与已成形材料的温差，提高层间性能，改善回转类零件的成形质量。

2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于半开放式高温回转打印装置，包括电机1，电机1固定在电机架2上，电机1输出轴经联轴器3和回转打印装置5连接，回转打印装置5支撑在第一轴承座4与第二轴承座6之间，第一轴承座4、第二轴承座6和第一底座10、第二底座7连接，第一底座10、第二底座7连接在平台8左右两端；回转打印装置5上套有加热装置9，加热装置9连接在平台8上。

4、所述的回转打印装置5包括光轴57，光轴57安装在第一轴承座4与第二轴承座6之间并与联轴器3连接，光轴57上连接有第一定位块55与第二定位块58，第一定位块55与第二定位块58上通过螺钉固定有由多个圆弧模具形成完整的圆筒模具。

5、所述的加热装置9包括通过定位板分别安装于平台8前后侧面第一光轴916、第二光轴901；第一光轴916上连接有第一滑块917与第二滑块915，第二光轴901上安装有第三滑块903与第四滑块908；第一滑块917、第三滑块903上通过连接板连接有环形第一加热灯管905，第二滑块915、第四滑块908上通过连接板连接有环形第二加热灯管911。

6、所述的环形第一加热灯管905外侧设有环形第一灯罩906，环形第二加热灯管911外侧设有环形第二灯罩910。

7、利用一种基于半开放式高温回转打印装置的工艺，包括下列步骤：

8、1)在圆弧模具上依次粘贴白纸与pei薄膜；

9、2)根据打印要求选择合适打印头，安装于回转打印装置5正上方；

10、3)根据零件尺寸与材料属性，调整环形第一加热灯管905与环形第二加热灯管911之间距离；

11、4)根据打印要求，调整电机1转速，带动回转打印装置5转动；

12、5)设定目标温度，使用环形第一加热灯管905与环形第二加热灯管911对回转打印装置5进行预热；

13、6)对回转打印装置5进行测温，并将测得数据传入温控装置，通过pid调节完成预热温度控制使其达到目标温度；

14、7)打印头挤出熔融材料在回转打印装置5上打印所需零件；

15、8)对打印区域进行测温，并将测得数据实时传入温控装置，提取温度历程和工艺特征并输入神经网络反馈模型，输出反馈加热功率并处理用于下一层加工；

16、9)完成打印后，将环形第一灯罩906、环形第二灯罩910依次卸下，将圆弧模具与两个定位块的螺钉卸下后沿轴向抽出，将第二轴承座6卸下，将打印好的零件抽出完成脱模；

17、10)将粘贴于零件内部的pei膜与白纸取下完成后处理操作，将第二轴承座6、圆弧模具安装归位；

18、11)重复步骤1)～10)，打印下一零件。

19、所述步骤8)中的温度历程是成形材料在打印过程中温度随时间的变化；工艺特征是扫描间距、分层厚度和打印高度；神经网络反馈模型根据处理后的温度数据来评估目前的打印状态，根据打印区域的表面温度，下一层的加热功率被自适应调整。

20、和现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、本发明通过整机结构设计，通过环形第一加热灯管905与环形第二加热灯管911对回转模具进行预热与持续保温，可在打印熔点较高的材料时降低挤出熔融材料与冷却成形材料之间的温差，提高打印表面质量与层间性能，且能够沿圆周表面任意布置设计打印路径，大大提高设计和制造的灵活性，降低制造成本，通过使用分体式模具大幅降低脱模难度，为高性能回转类零件的快速制造提供了一种新途径。

技术特征：

1.一种基于半开放式高温回转打印装置，包括电机(1)，其特征在于：电机(1)输出轴经联轴器(3)和回转打印装置(5)连接，回转打印装置(5)支撑在第一轴承座(4)与第二轴承座(6)之间，第一轴承座(4)、第二轴承座(6)和第一底座(10)、第二底座7()连接，第一底座(10)、第二底座(7)连接在平台(8)两端；回转打印装置(5)上套有加热装置(9)，加热装置(9)连接在平台(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于半开放式高温回转打印装置，其特征在于：所述的回转打印装置(5)包括光轴(57)，光轴(57)安装在第一轴承座(4)与第二轴承座(6)之间并与联轴器(3)连接，光轴(57)上连接有第一定位块(55)与第二定位块(58)，第一定位块(55)与第二定位块(58)上固定有由多个圆弧模具形成完整的圆筒模具。

3.根据权利要求1所述的一种基于半开放式高温回转打印装置，其特征在于：所述的加热装置(9)包括通过定位板分别安装于平台(8)前后侧面第一光轴(916)、第二光轴(901)；第一光轴(916)上连接有第一滑块(917)与第二滑块(915)，第二光轴(901)上安装有第三滑块(903)与第四滑块(908)；第一滑块(917)、第三滑块(903)上通过连接板连接有环形第一加热灯管(905)，第二滑块(915)、第四滑块(908)上通过连接板连接有环形第二加热灯管(911)。

4.根据权利要求3所述的一种基于半开放式高温回转打印装置，其特征在于：所述的环形第一加热灯管(905)外侧设有环形第一灯罩(906)，环形第二加热灯管(911)外侧设有环形第二灯罩(910)。

5.利用权利要求1-4任一项所述的一种基于半开放式高温回转打印装置的工艺，其特征在于，包括下列步骤：

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于：所述步骤8)中的温度历程是成形材料在打印过程中温度随时间的变化；工艺特征是扫描间距、分层厚度和打印高度；神经网络反馈模型根据处理后的温度数据来评估目前的打印状态，根据打印区域的表面温度，下一层的加热功率被自适应调整。

技术总结
一种基于半开放式高温回转打印装置及工艺，包括电机，电机固定在电机架上，电机输出轴经联轴器和回转打印装置连接，回转打印装置支撑在第一轴承座与第二轴承座之间，第一轴承座、第二轴承座和第一底座、第二底座连接，第一底座、第二底座连接在平台左右两端；回转打印装置上套有加热装置，加热装置连接在平台上；本发明通过环形红外加热灯管来创造半开放式低成本易拆卸的高温打印环境，以此来减少挤出熔融材料与已成形材料的温差，提高层间性能，改善回转类零件的成形质量。

技术研发人员：田小永,刘明良,刘腾飞,曹汉杰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13