[发明专利]一种具有温度在线监测功能的3D打印机

说明书

本发明公开了一种具有温度在线监测功能的3D打印机，涉及3D打印技术领域，该3D打印机将3D打印喷头和红外热像仪在结构上进行一体化设计，将红外热像仪和3D打印喷头一起固定在载物台上，红外热像仪实时随着载物台的运动而运动，追踪3D打印喷头的位置，从而可以实时监测打印区域的温度场分布，该3D打印机将3D打印技术与在线监测在技术上巧妙地进行了结合，可以实现实时监测打印过程中温度场的分布的目的，从而补充温度对打印件精度影响的数据，对于研究温度场与应力场对打印件的精度影响提供了技术上的支持，摆脱了纯粹仿真数据的缺陷。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种具有温度在线监测功能的3D打印机。

背景技术

3D打印机又称三维打印机(3DP)，是一种累积制造技术即快速成形技术的机器，3D打印机以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，按照程序通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。由于3D打印机在打印时基本都是通过加热材料使材料熔化再粘合的，这势必导致材料由加热到冷却的过程产生应力存在，此时成形件应力主要是由打印过程中温度场的控制不均引起，易产生翘曲变形等精度问题，所以探索打印过程中温度场分布对保证打印精度尤为重要。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种具有温度在线监测功能的3D打印机，该3D打印机将3D打印喷头和红外热像仪在结构上进行一体化设计，可以在打印过程中实时监测打印区域的温度场分布，补充了温度对打印精度影响的数据，有助于提高3D打印精度。

本发明的技术方案如下：

一种具有温度在线监测功能的3D打印机，该3D打印机包括：机体以及设置在机体内部的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、载物台、打印平台、3D打印喷头、红外热像仪、散热片和散热风扇；载物台安装在X轴移动机构上并在X轴移动机构的驱动下沿着X轴方向移动，X轴移动机构与Y轴移动机构相连，载物台在Y轴移动机构的驱动下沿着Y轴方向移动，打印平台安装在Z轴移动机构上并在Z轴移动机构的驱动下沿着Z轴方向移动，3D打印喷头和红外热像仪均固定在载物台上且竖直向下正对打印平台，散热片设置在3D打印喷头的外壁，散热风扇设置在散热片的外侧，其中，X轴、Y轴和Z轴两两正交。

其进一步的技术方案为，Y轴移动结构包括分别设置在机体的顶部的两侧的两个Y轴导轨、分别设置在机体的顶部的两侧的两个Y轴皮带、沿着Z轴设置的驱动皮带以及Y轴电机，每一侧的Y轴导轨沿Y轴方向设置且两端分别固定在机体的前侧和后侧，每一侧的Y轴皮带沿Y轴方向设置且两端分别设置在机体的前侧横梁和后侧横梁上，驱动皮带沿着Z轴方向设置且驱动皮带的顶部设置在机体的后侧横梁上，驱动皮带与两侧的两个Y轴皮带均同轴，Y轴电机连接驱动皮带的底部并驱动驱动皮带进而带动两侧的两个Y轴皮带运动；

X轴移动机构包括X轴导轨、X轴皮带、X轴电机、X轴导轨左导轨支撑以及X轴导轨右导轨支撑，X轴导轨左导轨支撑设置在机体左侧的Y轴导轨中并连接左侧的Y轴皮带，X轴导轨右导轨支撑设置在机体右侧的Y轴导轨中并连接右侧的Y轴皮带，X轴导轨沿着X轴方向设置且X轴导轨的两端分别设置在X轴导轨左导轨支撑和X轴导轨右导轨支撑上，X轴皮带沿着X轴方向设置且两端分别设置在X轴导轨左导轨支撑和X轴导轨右导轨支撑上，载物台设置在X轴导轨中并连接X轴皮带，X轴电机设置在X轴导轨左导轨支撑或X轴导轨右导轨支撑上且连接并驱动X轴皮带运动；

Z轴移动结构包括Z轴导轨、升降丝杆和Z轴电机，Z轴导轨沿着Z轴方向设置且两端分别固定在机体内部的上下侧，升降丝杆沿着Z轴方向设置且两端分别固定在机体内部的上下侧，打印平台设置在Z轴导轨中并连接升降丝杆，Z轴电机连接并驱动升降丝杆。

本发明的有益技术效果是：