[发明专利]具有五轴联动打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置及方法

权利要求书

1.一种具有五轴联动打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，其特征在于，包括五轴联动打印平台、螺杆式熔融挤出装置和上位机(10)，五轴联动打印平台包括Z轴滑块(2)、X轴滑块(9)、Y轴滑块(12)、A轴旋转台(11)、B轴旋转台(13)、打印基板(14)；螺杆式熔融挤出装置包括螺杆式熔融挤出喷头(6)、料斗(7)；所述打印基板(14)与B轴旋转台(13)相连，B轴旋转台(13)与Y轴滑块(12)相连，Y轴滑块(12)与A轴旋转台(11)相连，A轴旋转台(11)与X轴滑块(9)相连，X轴滑块(9)与Z轴滑块(2)相连，Z轴滑块(2)安装在导柱(4)上，导柱(4)的一端与打印机底座(1)相连，另一端与横梁(5)相连。

2.根据权利要求1所述的具有五轴打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，其特征在于，所述螺杆式熔融挤出喷头(6)固定在横梁(5)的中间位置，所述五轴联动打印平台和螺杆式熔融挤出喷头(6)均与上位机(10)相连，所述上位机(10)对打印目标进行数据处理形成打印安排和控制指令，五轴联动打印平台根据上位机(10)的指令运动，螺杆式熔融挤出喷头(6)根据上位机(10)的指令对物料的温度和挤出速度进行调控，半流动状态的材料流体按五轴打印安排和控制指令控制的流量从所述喷头(6)挤压出来，通过打印平台的运动形成打印路径并在相应的位置沉积、凝固成型，这样逐层沉积、凝固后形成整个打印目标，打印层厚变化、打印精度控制、进度信息、故障情况实时反馈到上位机(10)中，上位机(10)处理信息并将处理后的指令发送到打印平台和挤出喷头(6)，形成连续协调、快速稳定的打印。

3.根据权利要求1所述的具有五轴打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，其特征在于，所述Z轴滑块(2)安装在导柱(4)上，Z轴滑块(2)的上下运动带动打印基板(14)沿Z轴的直线运动；Y轴滑块(12)带动打印基板(14)沿Y轴的直线运动；X轴滑块(9)带动打印基板(14)沿X轴的直线运动；B轴旋转台(13)带动打印基板(14)绕B轴(即竖直轴)的旋转运动；A轴旋转台(11)带动打印基板(14)绕A轴(即水平轴)的旋转运动。

4.根据权利要求1所述的具有五轴打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，其特征在于，所述螺杆式熔融挤出喷头(6)固定在横梁(5)的中间位置，横梁(5)到打印机底座(1)的距离为0.5米～10米，螺杆式熔融挤出喷头(6)到导柱(4)中心线的距离为0.5米～5米，螺杆式熔融挤出喷头(6)到四个导柱(4)中心线的距离相等。

5.根据权利要求1所述的具有五轴打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，其特征在于，所述的上位机(10)为计算机或工业控制计算机，上位机(10)对打印目标及其打印过程进行数据处理、打印分析、模拟和优化，形成五轴3D打印安排和控制指令，并将运动指令和物料挤出控制指令分别发送给五轴联动打印平台和螺杆式熔融挤出喷头(6)。

6.根据权利要求5所述的具有五轴打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，其特征在于，所述的对打印目标及其打印过程进行数据处理、打印分析、模拟和优化的方法为：第一步，分析打印目标模型数据，根据打印目标整体及各个区域的性能要求、精度要求、材料要求、表面质量、细节特征和最小尺寸要求，得到各区域的打印速度、温度、层厚、壁厚和填充密度等参数；第二步，生成五轴联动的打印代码和程序，获得打印基板(14)运动指令和物料挤出控制指令，在上位机中对3D打印过程进行模拟；第三步，在满足打印目标整体及各个区域的性能和品质要求的情况下以打印时间最少作为优化目标对第一步中的打印工艺参数和第二步中的打印路径进行优化；第四步，根据第三步的优化结果获得最佳的五轴打印工艺安排和控制指令。