[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

说明书

本发明公开了一种具有五轴联动打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置及方法，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)；采用本发明的装置和方法以塑料颗粒为打印材料，材料价格比现有FDM线材减少70％，还省去了支撑材料，同时保证了打印的精度和稳定性；同时采用五轴联动运动平台，无需支撑，成型效率高，非常适用于大批量定制化工业生产，应用于服装模特可以大大降低了模特打印的材料成本，可以取代服装模特的传统模塑成型，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有五轴联动打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置及方法，用于3D打印(增材制造)领域。

背景技术

熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，简称FDM)是一种典型的直观、安全、环保、可操作性强的3D打印技术。FDM3D打印采用可加热的喷头，使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路径挤压出来，并在指定的位置沉积、凝固成型，这样逐层沉积、凝固后形成整个原型(打印件)。FDM3D打印技术在教育培训、艺术创意、工业产品概念设计等领域得到了很好的应用。然而，FDM3D打印技术目前仍然存在以下不足：(1)打印速度慢，每小时成型低于100克，难以适应工业化生产；(2)打印尺寸小，很难打印1.5米以上的大型物体；(3)打印材料以直径为1.75mm和3mm的线材为主，打印材料的价格较高；(4)需要设计支撑结构，支撑去除困难，去除支撑常常损坏表面质量；(5)成型效率低，难以完成大批量定制生产。

目前也有研究人员考虑采用颗粒原料进行熔融沉积3D打印成型，但颗粒原料的输运、加热、熔融、计量、挤出等需要诸多部件和结构，笨重的喷头来回运动容易导致机器的振动和冲击，导致打印过程的不稳定和打印件的尺寸偏差，很难适应对产品有高标准高要求的现代工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种具有五轴联动打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印方法及装置(Five-axis Linkage and Screw Fused DepositionModeling，简称FALAS FDM)。

本发明的技术方案如下：

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，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。

所述的具有五轴打印平台的螺杆式熔融沉积3D打印装置，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。