3D打印设备及3D打印装置的制作方法

3d打印设备及3d打印装置
技术领域
1.本技术涉及3d打印技术领域，特别是涉及一种3d打印设备及3d打印装置。


背景技术：

2.3d打印根据打印材料和成型特点可以分为很多种类，但其中最广为人知的无疑是熔融沉积成型，其因价格低廉、使用和维护简单等优势而被市场广泛接受。成熔融沉积3d打印技术通常使用abs(acrylonitrile butadiene styrene，丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物)和pla(polylactic acid，聚乳酸)作为打印材料，由于材料特性，其打印的模型通常较为脆弱不够结实，因而其实用价值有限。
3.随着3d打印技术的发展，以玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维等为材料的3d打印技术随之出现，当前纤维打印主要用于在成熔融沉积3d打印过程中，在模型特定位置添加纤维材料，从而提高模型强度，改善成熔融沉积3d打印技术的实用价值。但因纤维材料耐热、耐腐蚀、柔韧性好等特点，其后期处理难度较大，故当前所使用的3d打印纤维材料通常为非连续的，所以尽管这种非连续型的纤维材料可以一定程度上改善成熔融沉积3d打印模型的强度，但其提升仍然有限。


技术实现要素：

4.本技术主要提供一种3d打印设备及3d打印装置，以解决现有3d打印装置采用非连续纤维打印对改善成熔融沉积打印模型的强度不够高的问题。
5.为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种3d打印装置。该3d打印装置包括：基座，设有第一进料通道；剪切机构，包括动力件和切刀，所述动力件安装于所述基座上，所述切刀连接于所述动力件的驱动端，所述切刀可移动地设置于所述第一进料通道的下方，所述切刀设有与所述第一进料通道对准的切孔；纤维打印喷头，连接于所述基座上，设有与所述第一进料通道对准的第二进料通道，所述第二进料通道位于所述切刀的下方；其中，所述动力件用于驱动所述切刀移动，使得所述切孔与所述第一进料通道形成错位，以剪切穿设于所述第一进料通道和所述第二进料通道的预浸纤维丝。
6.在一些实施例中，所述切刀上设有腰形孔，所述剪切机构还包括紧固组件，所述紧固组件穿过所述腰形孔连接于所述基座上，并固定所述切刀于所述基座；
7.其中，所述动力件用于驱动所述切刀沿所述腰形孔的限定方向往复运动。
8.在一些实施例中，所述紧固组件包括紧固件和三波垫片，所述紧固件穿过所述腰形孔并连接所述基座，且所述紧固件通过所述三波垫片压持于所述切刀上。
9.在一些实施例中，所述切刀设有第一摆动部，所述动力件包括舵机和第二摆动部，所述第二摆动部安装于所述舵机的输出端，所述第二摆动部用于带动所述第一摆动部沿所述限定方向往复运动。
10.在一些实施例中，所述剪切机构还包括切刀座，所述切刀座设有连通的锥孔段和直孔段，所述切刀座通过所述紧固组件固定于所述基座上，所述锥孔段与所述第一进料通
道对齐，所述直孔段的孔径小于所述第一进料通道的孔径。
11.在一些实施例中，所述3d打印装置还包括导料管、压塞和压环，所述基座上设有与所述第一进料通道相通的沉孔，所述压环容置于所述沉孔内，所述压塞螺接于所述沉孔，所述导料管穿过所述压塞和所述压环并与所述第一进料通道相连通；
12.其中，所述压塞拧紧一定程度后挤压所述压环，使得所述压环收缩以紧固所述导料管，所述导料管的管径小于所述第一进料通道的孔径。
13.在一些实施例中，所述纤维打印喷头包括散热支架、隔热件、加热件和喷头，所述散热支架连接所述基座，所述加热件与所述散热支架连接且所述隔热件设置于所述加热件和所述散热支架之间，所述第二进料通道设置于所述散热支架和所述加热件上，所述喷头连接于所述加热件且与所述第二进料通道连通。
14.在一些实施例中，所述散热支架上设有导向孔，所述纤维打印喷头还包括防粘出料管，所述防粘出料管穿设于所述加热件且其两端分别连通所述导向孔和所述喷头。
15.在一些实施例中，所述3d打印装置还包括熔融沉积喷头，所述熔融沉积喷头连接于所述基座上，用于打印熔融料；
16.所述3d打印装置还包括第一吹风件和第二吹风件，所述第一吹风件连接所述基座且用于朝向所述散热支架吹风，所述第二吹风件连接所述基座且用于朝向所述熔融沉积喷头的散热部吹风。
17.为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种3d打印设备。该3d打印设备包括移动装置和如上述的3d打印装置，所述3d打印装置的基座安装于所述移动装置上。
18.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术公开了一种3d打印设备及3d打印装置。通过在基座上设有第一进料通道和在纤维打印喷头内设有对应的第二进料通道，且将切刀设置于第一进料通道和第二进料通道之间，通过动力件驱动切刀移动，以使得切刀的切孔与第一进料通道形成错位，从而剪切穿设于第一进料通道和第二进料通道中的预浸纤维丝，即本技术提供的3d打印装置能够采用连续的预浸纤维丝作为打印耗材，从而能够有效地改善成熔融沉积打印模型的强度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
20.图1是本技术提供的3d打印装置一实施例的结构示意图；
21.图2是图1所示3d打印装置的剖视结构示意图；
22.图3是图1所示3d打印装置的爆炸结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.本技术实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
25.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
26.本技术提供一种3d打印装置100，参阅图1至图3，图1是本技术提供的3d打印装置一实施例的结构示意图，图2是图1所示3d打印装置的剖视结构示意图，图3是图1所示3d打印装置的爆炸结构示意图。
27.如图1所示，该3d打印装置100包括基座10、熔融沉积喷头20、剪切组件30和纤维打印喷头40，熔融沉积喷头20、剪切组件30和纤维打印喷头40均安装于基座10上，熔融沉积喷头20用于打印熔融沉积料，纤维打印喷头40用于打印连续的预浸纤维丝，剪切组件30用于特定的时间节点切断该预浸纤维丝。
28.其中，熔融沉积料可以是abs材料或pla材料等，预浸纤维丝包括纤维丝和包裹于连续纤维丝外的树脂基体，连续纤维丝具体可以是玄武岩纤维、碳纤维或玻璃纤维等，连续纤维丝具有优良的机械性能(如模量、强度)，树脂基体可以是abs材料或pla材料等。纤维打印喷头40可熔融包裹于连续纤维丝外的树脂基体，连续纤维丝随熔融的树脂基体被纤维打印喷头40打印出。
29.该3d打印装置100在工作时，熔融沉积喷头20和纤维打印喷头40可分别独自工作或轮流工作。例如，熔融沉积喷头20和纤维打印喷头40配合完成一3d模型的打印时，其大部分躯体可由熔融沉积喷头20打印熔融沉积料形成，而在部分需要增加强度的位置采用纤维打印喷头40打印的预浸纤维丝形成，例如模型的各转角连接处等，可利用纤维丝的特性增加3d模型中局部脆弱区域的强度。
30.熔融沉积喷头20是比较成熟的零部件，其可采用外购获取，其具体构成和工作过程可查阅相关资料获得，本技术不再赘述。
31.如图2和图3所示，基座10设有第一进料通道12，用于穿过连续的预浸纤维丝；剪切机构30包括动力件32和切刀34，动力件32安装于基座10上，切刀34连接于动力件32的驱动端，切刀34可移动地设置于第一进料通道12的下方，切刀34设有与第一进料通道12对准的切孔340；纤维打印喷头40连接于基座10上，且设有与第一进料通道12对准的第二进料通道402，第二进料通道402位于切刀34的下方；其中，动力件32用于驱动切刀34移动，使得切孔340与第一进料通道12形成错位，以剪切穿设于第一进料通道12和第二进料通道402中的预浸纤维丝。
32.在作业时，第一进料通道12、切孔340和第二进料通道402是导通的，预浸纤维丝穿设于第一进料通道12、切孔340和第二进料通道402中，纤维打印喷头40打印预浸纤维丝，当结束作业或更换作业位置时，动力件32驱动切刀34移动，使得切孔340与第一进料通道12形成错位，从而切断预浸纤维丝；待剪切机构30完成剪切操作后，动力件32驱动切刀34复位，以便于后续的预浸纤维丝可继续向下穿设于切孔340和第二进料通道402，以待下一次的打印任务。
33.本实施例中，第一进料通道12为竖直方向上的通道，以便于连续的预浸纤维丝进料；可选地，第一进料通道12也可以是弯曲或其他造型的通道。
34.动力件32可以是电机、舵机或气缸等，可驱动切刀34横向移动，本技术中所指移动的意思为直线运动，其不同于旋转等运动。
35.切刀34可移动地设置于第一进料通道12的下方，具体为，切刀34在未受外部作用力时相对基座10保持固定不动，在受外部驱动力时可进行移动，以完成剪切动作。
36.结合参阅图2和图3，本实施例中，切刀34通过紧固组件36可移动地设置于第一进料通道12的下方。具体的，切刀34上设有腰形孔342，剪切机构30还包括紧固组件36，紧固组件36穿过腰形孔342连接于基座10上，并固定切刀34于基座10；其中，动力件32用于驱动切刀34沿腰形孔342的限定方向往复运动。
37.紧固组件36包括紧固件362和三波垫片364，紧固件穿362过腰形孔342并连接基座10，且紧固件362通过三波垫片364压持于切刀34上。紧固件362可以是螺钉或螺栓等，三波垫片364安装于紧固件362和切刀34之间，以避免切刀34与紧固件362之间因作用力过大而造成磨损，且也能够提供一定的弹性裕量，以允许切刀34可移动地设置于第一进料通道12的下方。
38.可选地，紧固组件36还可以包括紧固件362、垫片和弹性件，其中弹性件可以是弹簧或弹性套等，其可套设于紧固件362上其弹性压缩设置于紧固件362和切刀34之间，弹性件的一端通过垫片抵接于切刀34上，从而也可实现切刀34可移动地设置于第一进料通道12的下方。
39.切刀34设有第一摆动部344，动力件32包括舵机322和第二摆动部324，第二摆动部324安装于舵机322的输出端，第二摆动部324用于带动第一摆动部344沿腰形孔342的限定方向往复运动。
40.本实施例中，第一摆动部344为开放式的条形口，第二摆动部324为摆臂，其包括舵盘和设置于舵盘上的摆杆，其中舵盘安装于舵机的输出端，舵机322通过舵盘驱动摆杆摆动，摆杆还设置于该条形口中，进而能够带动切刀34运动。
41.可选地，第一摆动部344可以是第一摆杆，第二摆动部324可以是第二摆杆，其中第一摆杆和第二摆杆转动连接；或者，第一摆动部344为杆件，第二摆动部324为舵盘且舵盘上设有与第一摆动部344相摆动配合的条形孔，第一摆动部344的一端还设置于舵盘的条形孔中。
42.该剪切机构30还包括切刀座33，切刀座33设有连通的锥孔段332和直孔段334，切刀座33通过紧固组件36固定于基座10上，锥孔段332与第一进料通道12对齐，直孔段336的孔径小于第一进料通道12的孔径。
43.其中切刀座33采用耐磨材质制成，且其与切刀34相接触的表面经精加工处理，以
减少切刀座33和切刀34之间的磨损，紧固件362还穿过切刀座33上的螺孔并连接于基座10上，以固定切刀座33。锥孔段332用于引导连续的预浸纤维丝进入直孔段334，并通过直孔段334穿向切孔340，直孔段336的孔径小于第一进料通道12的孔径，进而直孔段336可以更好地校正预浸纤维丝的位置并对其起限位作用，避免预浸纤维丝在直孔段336内移动范围过大而影响剪切效果，第一进料通道12的孔径相对做的更大，可更方便进料，降低了进料难度。
44.3d打印装置100还包括导料管51、压塞52和压环53，基座10上设有与第一进料通道12相通的沉孔，压环53容置于沉孔内，压塞52螺接于沉孔，导料管51穿过压塞52和压环53并与第一进料通道12相连通；其中，压塞52拧紧一定程度后挤压压环53，使得压环53收缩以紧固导料管51，导料管51的管径小于第一进料通道12的孔径。
45.导料管51为内壁光滑的管体，用以向第一进料通道12输送连续的预浸纤维丝，第一进料通道12的孔径相对做的较大，从而可以无需采用精加工工艺制成，可节省制作成本。压塞52为倒锥压塞，其朝向压环53的一端呈倒锥形，压环53为倒锥压环，压环53朝向压塞52的一端呈倒锥形，压环53容置于沉孔内，随着压塞52与沉孔内壁之间的螺接程度而逐渐挤压压环53，即压塞52的倒锥形尾端挤压压环53的倒锥形顶端，进而压环53收缩以挤压导料管51的外壁，从而紧固导料管51。
46.纤维打印喷头40包括散热支架41、隔热件42、加热件43和喷头44，散热支架41连接基座10，加热件43与散热支架41连接且隔热件42设置于加热件43和散热支架41之间，第二进料通道402设置于散热支架41和加热件43上，喷头44连接于加热件43且与第二进料通道402连通。
47.散热支架41连接于基座10的下方，切刀34位于散热支架41和基座10之间，且切刀34与散热支架41之间存在间隙，散热支架41用以提高散热效果，防止由加热件43导入的过高热量导致预浸纤维丝外层的树脂基体融化；隔热件42设置于加热件43和散热支架41之间，以减弱加热件43向散热支架41传递热量，且还能够对加热件43起一定的保温作用。
48.散热支架41采用导热性能优良的材质制成，例如铝材等，其上设有多个散热鳍片结构，以增加散热效果，其中散热支架41上设有导向孔410，导向孔410与直孔段334对准，用于接受穿过切口340的预浸纤维丝，导向孔410为朝向直孔段334的锥形孔，从而可引导校正预浸纤维丝向第二进料通道402穿设，导向孔410也可作为第二进料通道40的一部分。
49.隔热件42可采用导热率低的材质制成，例如酸铝纤维棉或玻璃棉毡等。
50.加热件43包括导热块431和设置于导热块431内的加热棒432及温度传感器433，导热块431连接于散热支架41上且隔热件42设置于导热块431和隔热支架41之间；导热块431采用导热率高的材质制成，其具体可以是导热铝块或铁块等；加热棒432用于产生热量，以通过导热块431熔融预浸纤维丝外层的树脂基体；温度传感器433用于监测导热块431的温度，控制导热块431保持在合适温度范围内。
51.纤维打印喷头40还包括防粘出料管45，防粘出料管45穿设于加热件43且其两端分别连通导向孔410和喷头44，防粘出料管45可以是铁氟龙长喉管或其他管内壁不易粘料的管体，且其耐热和导热性能均较好，能够避免熔融状态下的树脂基体粘接于其管体内，从而可便于连续的预浸纤维丝持续通过喷头44向外打印。
52.进一步地，3d打印装置100还包括第一吹风件61和第二吹风件62，第一吹风件61连
接基座10且用于朝向散热支架41吹风，以协助散热支架41散热，防止处于散热支架41内的预浸纤维丝过早地融化；第二吹风件62连接基座10且用于朝向熔融沉积喷头20的散热部吹风，也可提升熔融沉积喷头20的散热部的散热能力。
53.基于此，本技术还提供一种3d打印设备(未图示)，该3d打印设备包括移动装置和如上述的3d打印装置100，该3d打印装置100的基座10安装于移动装置上。其中，该移动装置可以是机械臂或包括多种传动机构，传动机构可以是沿x、y或z方向的移动机构，也可以是旋转机构，从而可实现多个方向和维度上的运动，以配合3d打印装置100完成对3d模型的打印制作。
54.区别于现有技术的情况，本技术公开了一种3d打印设备及3d打印装置。通过在基座上设有第一进料通道和在纤维打印喷头内设有对应的第二进料通道，且将切刀设置于第一进料通道和第二进料通道之间，通过动力件驱动切刀移动，以使得切刀的切孔与第一进料通道形成错位，从而剪切穿设于第一进料通道和第二进料通道中的预浸纤维丝，即本技术提供的3d打印装置能够采用连续的预浸纤维丝作为打印耗材，从而能够有效地改善成熔融沉积打印模型的强度。
55.以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种3d打印装置，其特征在于，包括：基座，设有第一进料通道；剪切机构，包括动力件和切刀，所述动力件安装于所述基座上，所述切刀连接于所述动力件的驱动端，所述切刀可移动地设置于所述第一进料通道的下方，所述切刀设有与所述第一进料通道对准的切孔；纤维打印喷头，连接于所述基座上，设有与所述第一进料通道对准的第二进料通道，所述第二进料通道位于所述切刀的下方；其中，所述动力件用于驱动所述切刀移动，使得所述切孔与所述第一进料通道形成错位，以剪切穿设于所述第一进料通道和所述第二进料通道的预浸纤维丝。2.根据权利要求1所述的3d打印装置，其特征在于，所述切刀上设有腰形孔，所述剪切机构还包括紧固组件，所述紧固组件穿过所述腰形孔连接于所述基座上，并固定所述切刀于所述基座；其中，所述动力件用于驱动所述切刀沿所述腰形孔的限定方向往复运动。3.根据权利要求2所述的3d打印装置，其特征在于，所述紧固组件包括紧固件和三波垫片，所述紧固件穿过所述腰形孔并连接所述基座，且所述紧固件通过所述三波垫片压持于所述切刀上。4.根据权利要求2所述的3d打印装置，其特征在于，所述切刀设有第一摆动部，所述动力件包括舵机和第二摆动部，所述第二摆动部安装于所述舵机的输出端，所述第二摆动部用于带动所述第一摆动部沿所述限定方向往复运动。5.根据权利要求2所述的3d打印装置，其特征在于，所述剪切机构还包括切刀座，所述切刀座设有连通的锥孔段和直孔段，所述切刀座通过所述紧固组件固定于所述基座上，所述锥孔段与所述第一进料通道对齐，所述直孔段的孔径小于所述第一进料通道的孔径。6.根据权利要求5所述的3d打印装置，其特征在于，所述3d打印装置还包括导料管、压塞和压环，所述基座上设有与所述第一进料通道相通的沉孔，所述压环容置于所述沉孔内，所述压塞螺接于所述沉孔，所述导料管穿过所述压塞和所述压环并与所述第一进料通道相连通；其中，所述压塞拧紧一定程度后挤压所述压环，使得所述压环收缩以紧固所述导料管，所述导料管的管径小于所述第一进料通道的孔径。7.根据权利要求1所述的3d打印装置，其特征在于，所述纤维打印喷头包括散热支架、隔热件、加热件和喷头，所述散热支架连接所述基座，所述加热件与所述散热支架连接且所述隔热件设置于所述加热件和所述散热支架之间，所述第二进料通道设置于所述散热支架和所述加热件上，所述喷头连接于所述加热件且与所述第二进料通道连通。8.根据权利要求7所述的3d打印装置，其特征在于，所述散热支架上设有导向孔，所述纤维打印喷头还包括防粘出料管，所述防粘出料管穿设于所述加热件且其两端分别连通所述导向孔和所述喷头。9.根据权利要求7所述的3d打印装置，其特征在于，所述3d打印装置还包括熔融沉积喷头，所述熔融沉积喷头连接于所述基座上，用于打印熔融料；所述3d打印装置还包括第一吹风件和第二吹风件，所述第一吹风件连接所述基座且用于朝向所述散热支架吹风，所述第二吹风件连接所述基座且用于朝向所述熔融沉积喷头的
散热部吹风。10.一种3d打印设备，其特征在于，包括移动装置和如权利要求1至9任一项所述的3d打印装置，所述3d打印装置的基座安装于所述移动装置上。

技术总结
本申请公开了一种3D打印设备及3D打印装置。该3D打印装置包括：基座，设有第一进料通道；剪切机构，包括动力件和切刀，动力件安装于基座上，切刀连接于动力件的驱动端，切刀可移动地设置于第一进料通道的下方，切刀设有与第一进料通道对准的切孔；纤维打印喷头，连接于基座上，设有与第一进料通道对准的第二进料通道，第二进料通道位于切刀的下方；其中，动力件用于驱动所述切刀移动，使得切孔与第一进料通道形成错位，以剪切穿设于所述第一进料通道和所述第二进料通道的预浸纤维丝。通过上述方式，本申请提供的3D打印装置能够采用连续的预浸纤维丝作为打印耗材并能剪切预浸纤维丝，进而能够有效地改善成熔融沉积打印模型的强度。而能够有效地改善成熔融沉积打印模型的强度。而能够有效地改善成熔融沉积打印模型的强度。


技术研发人员：沈震 王卫兴 高行 熊刚 董西松 万力 王庆
受保护的技术使用者：东莞中科云计算研究院
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/8/5