一种用于打印藻类材料的3D打印设备及3D打印方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法。

背景技术：

3d打印(3dp)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(aec)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

随着人们环保意识的不断提升，藻类材料的3d打印技术逐渐完善。藻类不仅具有天然的环境效益，而且还能从大气中过滤掉二氧化碳。事实上，藻类本身是通过吸收二氧化碳而生长的。另外，藻类聚合物可以用来制作很多东西，譬如洗发水瓶、餐具、垃圾箱等，从而代替由石油等化石燃料制成的塑料，极大的降低了对环境的污染。而目前用于打印藻类材料的3d打印方法较为繁琐，打印效率低下，同时打印的精准度和质量得不到保证，实际操作时存在很大的限制性。因此，我们提出了一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法用于解决上述问题。

技术实现要素：

基于背景技术存在的3d打印方法繁琐、效率和精度低，且质量较差，打印的产品对环境的污染程度高的技术问题，本发明提出了一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法。

本发明提出的一种用于打印藻类材料的3d打印设备，包括活藻培养模块、定量上料模块、3d打印模块、温度调节模块、输入模块和主控模块，所述活藻培养模块的输出端依次与定量上料模块和3d打印模块连接，所述活藻培养模块包括活藻采集单元、选择配料单元、活藻烘干单元和活藻制作单元，收集待加工的一种或多种活藻，选择并提取有用藻类材料，根据打印需求配料，最后加入配料制作成打印所需原料，并控制原料上料的速度和容量，所述主控模块的输出端分别与温度调节模块和3d打印模块的输入端连接，所述温度调节模块和输入模块的输出端均与3d打印模块的输入端连接，用于将输入的图像自动进行3d打印，并在3d打印过程中控制打印温度。

优选地，所述活藻培养模块的输入端连接有气体通入模块，在活藻培养过程中通入co2气体，经过活藻吸收后释放o2气体。

优选地，所述活藻培养模块的输入端还连接有材料混合模块，且所述材料混合模块的输出端与选择配料单元的输入端连接，在有用藻类材料提取完成后，对多种活藻进行搅拌至混合均匀，然后再等分成多份烘干。

优选地，还包括模型存储库，所述输入模块包括手动输入单元和联网输入单元，且所述手动输入单元和所述联网输入单元的输出端均与所述模型存储库连接，用于储存3d打印图像。

优选地，所述手动输入单元采用两种输入形式，一种由图像采集子单元和图像录入子单元组成，所述图像采集子单元的输出端与图像录入子单元连接，用于拍摄设备自动采集模型图像信息，并录入到3d打印模块进行打印；另一种由3d制图子单元和图像输出子单元组成，所述3d制图子单元的输出端与图像输出子单元连接，采用制图软件绘制3d图形，并将绘制的图像输出至3d打印模块进行打印。

优选地，所述拍摄设备采集模型图像信息用于规则图像打印，所述制图软件绘制3d图形用于不规则图像打印。

优选地，所述3d打印模块包括活动式打印单元和驱动打印单元多方位运动的轴向驱动单元、径向驱动单元，所述轴向驱动单元包括顶板和侧支板，所述侧支板设于顶板的底部两侧，所述顶板的顶部设有第一驱动装置，所述第一驱动装置的底部连接有竖螺杆，两个所述侧支板相靠近的一侧均设有滑轨和竖滑杆，且所述竖滑杆与所述竖螺杆平行。

优选地，所述径向驱动单元由两部分组成，一部分包括与所述竖螺杆螺纹连接的活动架，所述活动架的两侧均设有与所述竖滑杆滑动连接的滑板，且滑板与所述滑轨相匹配，所述活动架的一侧设有第二驱动装置，所述活动架的内部连接由相平行的横滑杆和横螺杆，所述横螺杆的一端与第二驱动装置的输出端连接，所述横滑杆和横螺杆之间连接有调节板，所述调节板的底部设有3d打印头；另一部分包括u形底座和设于所述侧支板底部一侧的支架，所述支架的内部设有第三驱动装置，所述第三驱动装置的输出端连接有活动齿轮，所述u形底座的底部两侧u形内壁上均设置有前后排列的导向齿条，且导向齿条与所述活动齿轮相配合。

本发明还提出了一种用于打印藻类材料的3d打印方法，包括以下步骤：

s1：活藻培养：先收集待加工的一种或多种活藻，选择并提取有用藻类材料，在提取完成后对多种活藻进行搅拌至混合均匀，然后再等分成多份烘干，最后根据打印需求配料制作成打印所需原料，并控制原料上料的速度和容量；

s2：输入打印图像：分别根据规则图像和不规则图像的打印需求，通过拍摄设备自动采集模型图像信息、制图软件绘制3d图形、联网搜索图像三种形式来获取3d打印所需的对象图案，并将录入到3d打印模块中；

s3：温度调控：先进行各个设备检查，根据材料打印速度和打印对象体积来调节打印温度；

s4：3d打印：利用轴向驱动单元和径向驱动单元分别控制打印单元的活动角度，实现360°打印的目的；

s5：晾干保存：采用自然风干和烘干两种形式对打印完成的成品进行快速定型，保存即可。

优选地，所述s2中，三种形式获取到的图像信息在每次打印前自动存储至模型存储库。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过通入供活藻生长的co2气体，并经过活藻吸收后释放o2气体，减少大气的压力，还能转化为生物塑料使用，绿色环保，降低3d打印成本；

2、利用活藻培养模块、定量上料模块和温度调节模块的设计，在活藻培养、制作完成后，控制藻类材料定量上料速度、容量以及3d打印温度，保证3d打印精度高，且打印质量和效果好；

3、通过输入模块两种形式下的三种不同输入状态，方便获取和构建3d打印模型，有效提高3d打印效率。

本发明设计布局合理，打印方法简单，利用藻类聚合物来代替由石油等化石燃料制成的塑料，节能环保，减少大气的压力，且3d打印的精度和效率高，适合推广。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法的原理框图；

图2为本发明提出的一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法的活藻培养模块的原理框图；

图3为本发明提出的一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法的手动输入模块的原理框图；

图4为本发明提出的一种用于打印藻类材料的3d打印设备及3d打印方法的3d打印模块的结构示意图。

图中：1u形底座、2顶板、3侧支板、4活动架、11导向齿条、21第一驱动装置、22竖螺杆、31滑轨、32竖滑杆、34支架、35第三驱动装置、36活动齿轮、41滑板、42第二驱动装置、43横滑杆、44横螺杆、45调节板、463d打印头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例

参照图1-4，一种用于打印藻类材料的3d打印设备，包括活藻培养模块、定量上料模块、3d打印模块、温度调节模块、输入模块和主控模块，活藻培养模块的输出端依次与定量上料模块和3d打印模块连接，活藻培养模块包括活藻采集单元、选择配料单元、活藻烘干单元和活藻制作单元，收集待加工的一种或多种活藻，选择并提取有用藻类材料，根据打印需求配料，最后加入配料制作成打印所需原料，并控制原料上料的速度和容量，主控模块的输出端分别与温度调节模块和3d打印模块的输入端连接，温度调节模块和输入模块的输出端均与3d打印模块的输入端连接，用于将输入的图像自动进行3d打印，并在3d打印过程中控制打印温度；

其3d打印方法，包括以下步骤：

s1：活藻培养：先收集待加工的一种或多种活藻，选择并提取有用藻类材料，在提取完成后对多种活藻进行搅拌至混合均匀，然后再等分成多份烘干，最后根据打印需求配料制作成打印所需原料，并控制原料上料的速度和容量；

s2：输入打印图像：分别根据规则图像和不规则图像的打印需求，通过拍摄设备自动采集模型图像信息、制图软件绘制3d图形、联网搜索图像三种形式来获取3d打印所需的对象图案，并将录入到3d打印模块中；

s3：温度调控：先进行各个设备检查，根据材料打印速度和打印对象体积来调节打印温度；

s4：3d打印：利用轴向驱动单元和径向驱动单元分别控制打印单元的活动角度，实现360°打印的目的；

s5：晾干保存：采用自然风干和烘干两种形式对打印完成的成品进行快速定型，保存即可。

本实施例中值得说明的是，活藻培养模块的输入端连接有气体通入模块，在活藻培养过程中通入co2气体，经过活藻吸收后释放o2气体，活藻培养模块的输入端还连接有材料混合模块，且材料混合模块的输出端与选择配料单元的输入端连接，在有用藻类材料提取完成后，对多种活藻进行搅拌至混合均匀，然后再等分成多份烘干，减少大气的压力，还能转化为生物塑料使用，绿色环保，降低3d打印成本。

还包括模型存储库，输入模块包括手动输入单元和联网输入单元，且手动输入单元和联网输入单元的输出端均与模型存储库连接，用于储存3d打印图像，手动输入单元采用两种输入形式，一种由图像采集子单元和图像录入子单元组成，图像采集子单元的输出端与图像录入子单元连接，用于拍摄设备自动采集模型图像信息，并录入到3d打印模块进行打印；另一种由3d制图子单元和图像输出子单元组成，3d制图子单元的输出端与图像输出子单元连接，采用制图软件绘制3d图形，并将绘制的图像输出至3d打印模块进行打印，拍摄设备采集模型图像信息用于规则图像打印，制图软件绘制3d图形用于不规则图像打印，通过输入模块两种形式下的三种不同输入状态，即拍摄设备自动采集模型图像信息、制图软件绘制3d图形、联网搜索图像三种形式来获取3d打印所需的对象图案，并将录入到3d打印模块中，方便获取和构建3d打印模型，有效提高3d打印效率。

本实施例中值得说明的是，3d打印模块包括活动式打印单元和驱动打印单元多方位运动的轴向驱动单元、径向驱动单元，轴向驱动单元包括顶板2和侧支板3，侧支板3设于顶板2的底部两侧，顶板2的顶部设有第一驱动装置21，第一驱动装置21的底部连接有竖螺杆22，两个侧支板3相靠近的一侧均设有滑轨31和竖滑杆32，且竖滑杆32与竖螺杆22平行，径向驱动单元由两部分组成，一部分包括与竖螺杆22螺纹连接的活动架4，活动架4的两侧均设有与竖滑杆32滑动连接的滑板41，且滑板41与滑轨31相匹配，活动架4的一侧设有第二驱动装置42，活动架4的内部连接由相平行的横滑杆43和横螺杆44，横螺杆44的一端与第二驱动装置42的输出端连接，横滑杆43和横螺杆44之间连接有调节板45，调节板45的底部设有3d打印头46；另一部分包括u形底座1和设于侧支板3底部一侧的支架34，支架34的内部设有第三驱动装置35，第三驱动装置35的输出端连接有活动齿轮36，u形底座1的底部两侧u形内壁上均设置有前后排列的导向齿条11，且导向齿条11与活动齿轮36相配合。

在需要进行高度的径向调节时，主控模块控制第一驱动装置21启动，利用第一驱动装置21驱动竖螺杆22旋转，其中竖螺杆22与活动架4垂直螺纹、竖滑杆32与滑板41垂直滑动的连接关系，使得活动架4能够在螺纹的旋转动力和竖滑杆32的定向作用下带动3d打印头46上下活动，同步的滑板41在滑轨31的高度方向直线滑动，进而实现高度稳定调节的目的；在需要进行左右方向的轴向调节时，主控模块控制第二驱动装置42启动，利用调节板45在横螺杆44的螺纹作用力下以及横滑杆43的导向下，带动3d打印头46左右运动，实现轴向左右方向调节的目的，另外，由主控模块控制第三驱动装置35工作，第三驱动装置35驱动活动齿轮36旋转后，活动齿轮36沿着导向齿条11的前后排布方向运动，能够带动整个顶板2和侧支板3一起活动，实现轴向前后方向调节的目的，进而能够360°打印，有效提高3d打印效率，其中第一驱动装置21和第二驱动装置42采用双向驱动电机。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。