增材制造设备和增材制造系统的制作方法

本发明涉及3d打印技术领域，具体而言，涉及一种增材制造设备和增材制造系统。

背景技术：

喷射式增材制造设备，通过一层一层喷射可固化液态光敏树脂层射的方式来打印三维零件和支撑结构。

当前的喷射技术在加载材料时，仅仅使用的是单一材料灌，当材料使用完后需要暂停打印，加载材料后才能继续打印。这样会出现材料树脂用完后机器暂停，而无法继续完成打印，需要专人经常查看材料的剩余情况，打印效率不高。

有鉴于此，设计制造出一种增材制造设备，能够避免打印材料不足而中断打印的情形，是目前3d打印技术领域中急需改善的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种增材制造设备，同一种材料的供应设置多个材料罐，即零件材料输送组件包括第一材料罐和第二材料罐，支撑材料输送组件包括第三材料罐和第四材料罐。且在第一材料罐、第二材料罐、第三材料罐、第四材料罐分别安装有重量计量器，能够精确计量每种材料在打印过程中的剩余量，确保供料充足，避免增材制造设备在打印过程中由于材料不足而中断打印的现象，提高打印效率。

本发明的目的还包括提供一种增材制造系统，包括控制装置、真空气压装置和上述的增材制造设备，通过真空气压装置防止零件材料打印头、支撑材料打印头误滴落材料或泄漏材料的情况，提高打印质量。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种增材制造设备，包括打印装置和材料加载装置。所述打印装置包括打印平台、零件材料打印头、支撑材料打印头、第一运动组件和第二运动组件，所述打印平台与所述第一运动组件连接，所述零件材料打印头、所述支撑材料打印头均与所述第二运动组件连接，所述零件材料打印头、所述支撑材料打印头均设于所述打印平台的上方。

所述材料加载装置包括零件材料输送组件和支撑材料输送组件。所述零件材料输送组件包括第一材料罐、第二材料罐和第一输送管，所述第一输送管的一端分别与所述第一材料罐、所述第二材料罐连接，所述第一输送管的另一端与所述零件材料打印头连接。

所述支撑材料输送组件包括第三材料罐、第四材料罐和第二输送管，所述第二输送管的一端分别与所述第三材料罐、所述第四材料罐连接，所述第二输送管的另一端与所述支撑材料打印头连接。

所述第一材料罐、所述第二材料罐、所述第三材料罐、所述第四材料罐分别安装有重量计量器。

进一步地，所述第一材料罐、所述第二材料罐、所述第三材料罐、所述第四材料罐分别安装有材料识别元件。

进一步地，所述重量计量器采用电子秤，所述材料识别元件采用无线射频识别器。

进一步地，所述零件材料打印头和所述支撑材料打印头内均安装有压电式喷嘴，所述压电式喷嘴将液体打印材料加热后喷出。

进一步地，还包括安装架和移动杆，所述零件材料打印头和所述支撑材料打印头均设置在所述安装架上，所述安装架设置在所述移动杆上，并且与所述第二运动组件连接，所述安装架能沿所述移动杆移动。

进一步地，所述安装架上还设有滚轴，所述滚轴将喷射出的液态打印材料压平。

进一步地，所述安装架上还设有紫外照射灯，所述液态打印材料通过所述紫外照射灯照射后固化成型。

进一步地，所述第一输送管上设有第一加料泵，所述第二输送管上设有第二加料泵。

进一步地，所述第一加料泵与所述零件材料打印头之间设有单向阀，所述第二加料泵与所述支撑材料打印头之间设有单向阀。

本发明提供的一种增材制造系统，包括控制装置、真空气压装置和上述的增材制造设备，所述控制装置分别与所述材料加载装置、所述打印装置和所述真空气压装置连接；

所述真空气压装置包括储气罐、输气管、调压阀、正负压切换阀，所述储气罐、所述调压阀和所述正负压切换阀均安装在所述输气管上；所述输气管的一端连接气源，另一端分别与所述零件材料打印头、所述支撑材料打印头连接；所述真空气压装置用于防止打印材料滴落或清洗所述零件材料打印头、所述支撑材料打印头。

本发明提供的增材制造设备和增材制造系统具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的一种增材制造设备，同一种材料的供应设置有多个材料罐，即零件材料输送组件包括第一材料罐和第二材料罐，支撑材料输送组件包括第三材料罐和第四材料罐。且在第一材料罐、第二材料罐、第三材料罐、第四材料罐分别安装有重量计量器，能够精确计量每种材料在打印过程中的剩余量，确保供料充足。当一个材料罐中的材料用完后能自动切换到另一个材料罐进行材料供应，避免增材制造设备在打印过程中由于材料不足而中断打印的现象，提高打印效率。

本发明提供的一种增材制造系统，包括控制装置、真空气压装置和上述的增材制造设备，通过真空气压装置防止零件材料打印头、支撑材料打印头误滴落材料或泄漏材料的情况，提高打印质量。并且，通过真空气压装置能调节零件材料打印头、支撑材料打印头的正压或负压，当真空气压装置调整为正压状态时，可以用于清洗零件材料打印头、支撑材料打印头。当真空气压装置调整为负压状态时，可以避免零件材料打印头、支撑材料打印头泄漏材料构建错误或多余的结构，从而提高打印质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的增材制造设备的一种结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的增材制造设备的零件材料输送组件的应用结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的增材制造设备的另一种结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的增材制造系统的结构示意图。

图标：100-增材制造设备；101-外壳；10-打印装置；110-零件材料输送组件；111-第一材料罐；112-第二材料罐；113-材料识别元件；114-重量计量器；121-第一输送管；1211-第一分支管；1213-第二分支管；1215-第一汇流管；123-第一加料泵；125-单向阀；130-支撑材料输送组件；131-第三材料罐；132-第四材料罐；133-第二加料泵；135-第二输送管；150-安装架；151-零件材料打印头；153-支撑材料打印头；1511-压电式喷嘴；154-滚轴；155-紫外照射灯；160-移动杆；161-第二运动组件；163-导轨；170-打印平台；171-平台支架；172-零件结构；173-支撑结构；180-控制装置；190-真空气压装置；191-空气过滤器；192-调压阀；193-储气罐；194-动力马达；195-正负压切换阀；196-检测控制器；197-输气管；200-增材制造系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图1为本发明具体实施例提供的增材制造设备100的一种结构示意图，请参照图1。

本实施例提供的一种增材制造设备100，包括打印装置10、材料加载装置、外壳101、安装架150和移动杆160。打印装置10包括打印平台170、零件材料打印头151、支撑材料打印头153、第一运动组件和第二运动组件161，打印平台170与第一运动组件连接，零件材料打印头151、支撑材料打印头153均与第二运动组件161连接，零件材料打印头151、支撑材料打印头153均设于打印平台170的上方。

图2为本发明具体实施例提供的增材制造设备100的零件材料输送组件110的应用结构示意图，请参照图2。

材料加载装置包括零件材料输送组件110和支撑材料输送组件130。零件材料输送组件110包括第一材料罐111、第二材料罐112和第一输送管121，第一输送管121的一端分别与第一材料罐111、第二材料罐112连接，第一输送管121的另一端与零件材料打印头151连接。第一材料罐111和第二材料罐112用于存放打印材料，打印材料采用可固化的液态零件树脂。具体的，第一输送管121包括第一分支管1211、第二分支管1213和第一汇流管1215，第一分支管1211的一端与第一材料罐111连通，另一端与第一汇流管1215连通；第二分支管1213的一端与第二材料罐112连通，另一端与第一汇流管1215连通；第一汇流管1215上设有第一加料泵123，将第一材料罐111、第二材料罐112中的打印材料输送至零件材料打印头151处。优选地，第一汇流管1215与第一分支管1211、第二分支管1213连通的地方设置第一加料泵123，第一加料泵123与零件材料打印头151之间还设有单向阀125，防止已加载的零件材料回流到第一材料罐111或第二材料罐112中，增加第一加料泵123的有效工作效率。

支撑材料输送组件130包括第三材料罐131、第四材料罐132和第二输送管135，第二输送管135的一端分别与第三材料罐131、第四材料罐132连接，第二输送管135的另一端与支撑材料打印头153连接。第三材料罐131和第四材料罐132用于存放支撑材料，支撑材料采用可固化的液态支撑树脂。具体的，第二输送管135包括第三分支管、第四分支管和第二汇流管，第三分支管的一端与第三材料罐131连通，另一端与第二汇流管连通；第四分支管的一端与第四材料罐132连通，另一端与第二汇流管连通；第二汇流管上设有第二加料泵133，将第三材料罐131、第四材料罐132中的打印材料输送至支撑材料打印头153处。优选地，第二汇流管与第三分支管、第四分支管连通的地方设置第二加料泵133，第二加料泵133与支撑材料打印头153之间还设有单向阀125，防止已加载的支撑材料回流到第三材料罐131或第四材料罐132中，增加第二加料泵133的有效工作效率。

第一材料罐111、第二材料罐112、第三材料罐131、第四材料罐132分别安装有重量计量器114。本实施例中，供应零件材料的容器罐为两个，即第一材料罐111、第二材料罐112。供应支撑材料的容器罐为两个，即第三材料罐131、第四材料罐132。当然，并不仅限于此，材料罐的数量还可以是更多个，这里不作具体限定。比如，当第一材料罐111中的零件材料用完后，第一输送管121自动将第二材料罐112中的零件材料输送至零件材料打印头151。同理，当第三材料罐131中的零件材料用完后，第二输送管135自动将第四材料罐132中的支撑材料输送至支撑材料打印头153。这样，在不需要暂停打印的情况下，更换已使用完的材料罐，可以避免增材制造设备100由于材料供应不足而中断打印的现象，实现不间断打印。

优选地，第一材料罐111、第二材料罐112、第三材料罐131、第四材料罐132分别安装有材料识别元件113，用于识别容器罐中的材料种类，避免添加的材料种类错误，而打印出不合格产品。比如，在第一材料罐111和第二材料罐112中，盛装的是零件材料，在更换材料罐或添加材料时，如果误把其他材料放在第一材料罐111或第二材料罐112中，材料识别元件113会检测到供应材料与当前打印所需材料不一致，而发出警报或其他提示信息。支撑材料更换或添加时同样会进行材料种类的识别检测，当材料识别元件113检测到供应材料与当前所需支撑材料不一致，会发出警报或其他提示信息。在本实施例中，重量计量器114采用电子秤，根据实际测得的材料罐的重量来判断罐中材料的剩余量，当材料不足时便于及时更换或补充。材料识别元件113采用无线射频识别器，即rfid无限射频，实时识别材料罐的种类。

多个材料罐均采用容易装卸的容器罐，便于及时补充、更换各个材料罐。第一输送管121和第二输送管135均采用封闭的软管，分别接入零件材料打印头151和支撑材料打印头153内。零件材料打印头151和支撑材料打印头153内均安装有压电式喷嘴1511，压电式喷嘴1511将液体打印材料加热后喷出。容易理解的是，压电式喷嘴1511将液体加热到喷射温度，使液体达到一个适合喷射的流动状态。

外壳101罩设在打印装置10、材料加载装置外，包括框架及设置在框架上的操作面板等，对打印装置10、材料加载装置等各部件起保护作用。零件材料打印头151和支撑材料打印头153均设置在安装架150上，安装架150设置在移动杆160上，并且安装架150能沿移动杆160移动，第二运动组件161与安装架150连接，带动安装架150移动。具体地，外壳101内设有导轨163，移动杆160能够沿导轨163实现移动。安装架150套设在移动杆160上，能够沿移动杆160的轴向移动，实现x方向的自由运动，移动杆160的两端分别插接在导轨163内，并能沿导轨163移动，实现沿y方向的自由运动，这样，安装架150上的零件材料打印头151和支撑材料打印头153能在xy平面内实现自由运动。第二运动组件161可以是步进电机通过皮带带动安装架150移动的构件，当然，并不仅限于此，还可以是通过链轮、齿轮齿条组件等带动安装架150移动。移动杆160的运动可以通过单独设置的电机驱动控制。打印平台170是三维零件和支撑结构173成型的平台。打印平台170由平台支架171支撑着，平台支架171与第一运动组件连接，可以将打印平台170沿着z轴方向上下移动，比如，第一运动组件可以但不限于是升降气缸、液压升降装置或电动升降装置等。该增材制造设备100利用逐层叠加的增材制造技术，利用零件材料树脂和支撑材料树脂，分别在打印平台170上打印出三维零件和支撑结构173。

优选地，安装架150上还设有滚轴154和紫外照射灯155，滚轴154将喷射出的液态打印材料压平。液态打印材料通过紫外照射灯155照射后固化成型。液态树脂材料是通过压电式喷嘴1511的细孔喷射水珠颗粒形态的树脂到平台构建成型，每喷射一层液态树脂材料，通过滚轴154移动将水珠颗粒形态的树脂压平，形成完整的层。本实施例中，紫外照射灯155采用uv紫外灯，通过滚轴154压平的层经过uv紫外灯照射，变成半固化状态，一层一层打印逐渐完全固化，直至成型。

图3为本发明具体实施例提供的增材制造设备100的另一种结构示意图，请参照图3。

需要说明的是，增材制造设备100还设有控制装置180，控制装置180包含一个或多个控制回路和主计算机，用于监测和控制增材制造设备100上的各个元件。控制装置180可执行多个控制功能，如通过软件、固件和硬件来执行移动命令功能等。控制装置180可通过数据线分别与零件材料打印头151、支撑材料打印头153、安装架150、滚轴154、uv紫外灯、第一运动组件、第二运动组件161、不同的感应器、显示设备等进行信息沟通。

第二实施例

图4为本发明具体实施例提供的增材制造系统200的结构示意图，请参照图4。

本实施例提供的一种增材制造系统200，包括控制装置180、真空气压装置190和上述的增材制造设备100，控制装置180分别与材料加载装置、打印装置10和真空气压装置190连接。

真空气压装置190包括空气过滤器191、动力马达194、检测控制器196、储气罐193、输气管197、调压阀192、正负压切换阀195和输气管197。空气过滤器191、储气罐193、调压阀192、动力马达194和正负压切换阀195均安装在输气管197上；输气管197的一端连接气源，另一端分别与零件材料打印头151、支撑材料打印头153连接。真空气压装置190用于防止打印材料或支撑材料误滴落而影响打印质量，并且具有清洗零件材料打印头151、支撑材料打印头153的功能。本实施例中，正负压切换阀195采用电磁阀，输气管197采用塑料软管。控制检测板与控制装置180电连接，控制装置180包含一个或多个控制回路和主计算机，分别通过数据线对调压阀192、检测控制器196等实现信息互通。

具体的，气源提供的空气经空气过滤器191过滤，去除空气中的灰尘；过滤后的空气经过调压阀192调节正负气压的压力大小，通过动力马达194产生压缩空气，压缩空气存储在储气罐193中，通过检测控制器196控制动力马达194正反运转，以及控制正负压切换阀195切换压缩空气的正负压力，压缩空气经正负压切换阀195后，通过输气管197到达零件材料打印头151和支撑材料打印头153。

检测控制器196控制正负压切换阀195切换为负压，零件材料打印头151和支撑材料打印头153中预储存的液态材料在负压压缩空气的作用下，变得更加稳定，在喷射液态光敏树脂的过程中，未经控制的零件材料打印头151和支撑材料打印头153中的压电式喷嘴1511因有负压的作用，而不会出现有材料树脂泄露。如果没有负压控制，材料树脂可能因为重力作用滴落，造成误打印，构建错误的零件结构172或支撑结构173，严重影响打印质量。

当需要清洗零件材料打印头151和支撑材料打印头153时，即在清洗状态下，检测控制器196控制正负压切换阀195切换为正压，通过储气罐193的储备压力提供足够的正压力，把零件材料打印头151和支撑材料打印头153中的材料树脂从压电式喷嘴1511中喷出，通过喷射清洗达到清洗的作用。清洗完成后，检测控制器196控制正负压切换阀195切换为负压，恢复保持零件材料打印头151和支撑材料打印头153预储存的材料树脂的稳定。

本实施例中未提及的其它部分内容，与第一实施例中描述的内容相同，这里不再赘述。

本发明提供的增材制造设备100和增材制造系统200，其安装过程和工作原理如下：

打印操作过程中，控制装置180直接控制平台支架171移动，将打印平台170移动到预定的高度。控制装置180然后直接控制移动杆160移动至预设位置，并调整安装架150在移动杆160上的位置，使零件材料打印头151和支撑材料打印头153在xy平面上移动。控制装置180同时控制零件材料打印头151和支撑材料打印头153选择性的喷射材料树脂在打印平台170上，构建零件结构172和支撑结构173。每喷射一层液态树脂材料，通过滚轴154移动将水珠颗粒形态的树脂压平，形成完整的层。通过滚轴154压平的层经过uv紫外灯照射，变成半固化状态，一层一层打印逐渐完全固化，直至成型。

打印过程中，能够实时监控树脂材料的余量，便于操作人员及时更换材料罐，提高打印效率。同时设有材料识别元件113，防止操作失误而更换错误的材料罐。通过设置真空气压装置190，控制零件材料打印头151和支撑材料打印头153的正负气压。当检测控制器196控制正负压切换阀195切换为负压，零件材料打印头151和支撑材料打印头153中预储存的液态材料在负压压缩空气的作用下，变得更加稳定，不会出现材料误滴落的情况。当检测控制器196控制正负压切换阀195切换为正压，通过储气罐193的储备压力提供足够的正压力，把零件材料打印头151和支撑材料打印头153中的材料树脂从压电式喷嘴1511中喷出，通过喷射清洗达到清洗的作用。清洗完成后再切换为负压状态。

综上所述，本发明提供的增材制造设备100和增材制造系统200具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的增材制造设备100，设有电子秤、rfid无限射频和多个材料罐，可实时检测剩余材料的重量，当一个材料罐的材料使用完后，能够自动切换到另一个材料罐中，在不需要暂停打印的情况下，更换已使用完的材料罐，实现不间断打印。rfid无限射频能够实时识别材料罐的种类，在更换材料罐过程中，读取材料罐信息，并实时把信息传输到控制装置180，当误更换不同的材料罐时，rfid无限射频识别更换的材料罐与当前打印的材料不同，通过控制装置180发出提示通知。该增材制造设备100能实现不间断打印，打印效率更高，避免了材料罐误更换的情况出现，打印品质更好。

本发明提供的增材制造系统200，设有真空气压装置190，能够控制零件材料打印头151和支撑材料打印头153的正负气压，当切换为负压时，能保持打印头中的材料更加稳定，防止误滴落的现象。当切换为正压时，能通过喷射清洗，实现对零件材料打印头151和支撑材料打印头153的清洗功能，结构简单，操作方便，功能多样，具有极大的推广应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。