绝缘子的3D打印设备的制作方法

本发明涉及一种绝缘子的3D打印设备，属于3D打印和绝缘子技术领域。

背景技术：

绝缘子技术近几年来发展较快。电站用电器类绝缘子已基本完成产品开发、标准研究、并积累了运行经验，正逐步向规模化、产业化发展。我国建设的世界首条交流±800kV、±1000kV、1000kV输变电工程用电站电器产品中，已大规模应用绝缘子，其中瓷绝缘子、复合绝缘子约各占1/2。但绝缘子规格型号多，特高压绝缘子体积大，生产工艺流程长，成型配套设备设施多，设备投资巨大，不同规格型号的产品还需配备对应的模具和工装；且绝缘子成型过程中车削掉大量原料，生产成本高。3D打印技术可实现形状复杂的物体成型，但由于绝缘子体积和质量大，悬空的圆形伞裙多且承载力小易变形，绝缘子对密度和强度要求严格，普通的3D堆积打印不易成型出合格绝缘子。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种可从基础承载面分别逐层打印成型出绝缘子，也可直接在成型好的柱体、筒体、锥体上打印成型护套和伞裙的绝缘子的3D打印设备。

本发明所述的绝缘子的3D打印设备，包括架体，架体内设置承载台，承载台底部连接主轴，主轴连接转动系统，承载台上方设置第一打印头，第一打印头上连接第一喷嘴，第一打印头顶部连接主体提升杆，主体提升杆连接提升装置，提升装置安装在架体上，架体一侧设置第二打印头，第二打印头上安装第二喷嘴和第三喷嘴，第二打印头连接横向移动杆，横向移动杆连接竖向移动装置。

提升装置可以使主体提升杆实现上下移动。竖向移动装置可以带动横向移动杆和第二打印头实现上下移动。

所述的第二喷嘴和第三喷嘴外侧分别设置紫外线灯管，紫外线灯管安装在第二打印头上。紫外线灯管起到固化定型作用。

所述的竖向移动装置包括竖直设置的螺杆，螺杆上套装螺母，螺母外周安装滑块，滑块与螺母之间设有轴承，横向移动杆贯穿滑块，螺杆连接竖向伺服系统，横向移动杆连接横向伺服系统。横向伺服系统可以实现横向移动杆左右移动。

所述的转动系统包括驱动电机，驱动电机连接主轴。

第一打印头和第二打印头均可沿Z轴竖直上下往复运动，并实现XY方向的打印，打印材料和第一打印头可自动换装；同时转动系统带动绝缘子承载台转动，此时第一打印头可打印螺旋交织平面，或者第一打印头停止固定在XY平面上，在传动装置带动下变换第一打印头角度，实现内孔、主体及主体上的护套和伞裙打印。

第一打印头在提升杆的带动下可以沿Z轴方向上下运动，第一喷嘴可以沿XY平面径向伸展，第一喷嘴轴线与Z轴的最大伸展夹角可达120°；第一打印头可以在静止承载面上滑动打印，也可以由伺服系统控制进给伸展量在旋转承载面上逐层打印螺旋物体，有利于提高成型密度和坯体强度。

根据技术方案所述，其特征在于XY轴定位精度0.05～0.1mm，Z轴定位精度0.02～0.05mm，主轴转动速度无级可调；两打印头带有固化装置，打印无机泥料打印时采用UV固化装置，打印硅橡胶伞套和伞裙时采用UV固化或EB固化，每个打印头独立温度控制；第一打印头的喷嘴直径0.6～2mm，第二打印头的喷嘴直径0.4～0.8mm；打印层厚0.254～1.27mm，最大打印尺寸Φ600×6000mm；压力驱动采用压缩空气，压力0.3～0.6MPa。

通过向自有配方中加入0.05％～0.2％的PVA，球磨5h后过筛除铁，压制挤出成瓷绝缘子打印材料，水分10％～30％，通过和上述打印方法结合，有效提高瓷绝缘子的坯体密度。由于直接高温3D打印成瓷机理未研究透彻，3D打印直接瓷化的绝缘子性能达不到应用要求，本发明针对瓷绝缘子采用先3D打印成型，不需烘干，随后入窑烧制成瓷的方法。

通过向液体硅橡胶(道康宁)中加入0.02％～0.1％的光引发剂、0.3％～0.6％的硅烷偶联剂，搅拌均匀制成硅橡胶打印材料。打印硅橡胶前，先在主体上喷涂或喷墨打印自制改性过渡涂层，然后再逐层打印硅橡胶护套和伞裙。

本发明的有益效果是：

缩短绝缘子成型的工艺流程，提高劳动效率，省掉真空挤出设备、喷雾干燥设备、大型冷等静压机、注射机、注射模具等，同时该3D设备比数控机床整体构造简单、造价低，大幅减少设备投资，节省人力成本和能源消耗，应用到绝缘子新品开发、型式试验样品、小批多型号绝缘子上具有明显优势。与普通的3D打印比，不需铺粉层和支撑材料，成型用时短，生产效率高，提高成型密度和抗弯强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A的截面结构示意图。

图中：1、架体；2、承载台；3、主轴；4、转动系统；5、主体提升杆；6、第一打印头；7、第一喷嘴；8、第二喷嘴；9、紫外线灯管；10、第二打印头；11、滑块；12、横向移动杆；13、螺杆；14、第三喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1～图2所示，本发明所述的绝缘子的3D打印设备，包括架体1，架体1内设置承载台2，承载台2底部连接主轴3，主轴3连接转动系统4，承载台2上方设置第一打印头6，第一打印头6上连接第一喷嘴7，第一打印头6顶部连接主体提升杆5，主体提升杆5连接提升装置，提升装置安装在架体1上，架体1一侧设置第二打印头10，第二打印头10上安装第二喷嘴8和第三喷嘴14，第二打印头10连接横向移动杆12，横向移动杆12连接竖向移动装置。第二喷嘴8和第三喷嘴外侧分别设置紫外线灯管9，紫外线灯管9安装在第二打印头10上。竖向移动装置包括竖直设置的螺杆13，螺杆13上套装螺母，螺母外周安装滑块11，滑块11与螺母之间设有轴承，横向移动杆12贯穿滑块11，螺杆13连接竖向伺服系统，横向移动杆12连接横向伺服系统。转动系统4包括驱动电机，驱动电机连接主轴3。第一打印头6和第二打印头10采用现有角度可调打印头即可。

实施例1：

检查设备，换装打印材料和打印头，第一打印头6的第一喷嘴7直径0.8mm，第二打印头10的第二喷嘴8和第三喷嘴14直径0.5mm，打印材料采用自制瓷绝缘子无机材料，PVA0.1％、水分20％。开启设备，根据输入的CAD数据调整第一打印头6和第二打印头10的基准位置，设定反向打印绝缘子，伞倾角朝上，开启驱动电机带动承载台2转动，设定转速40r/min。开启自动打印，主体提升杆5带动第一打印头6打印绝缘子圆柱形主体，每层从平面圆心螺旋打印至最大圆周线，层厚0.8mm，每层用时30s，直至主体打印成型结束；当圆柱形主体打印高度到300mm时，横向伺服系统带动第二打印头10开始打印第一组伞裙，打印完第一组伞裙后提升至下一组伞裙水平位置，进给到主体位置开始打印第二组伞裙，依次循环直至打印完所有伞裙。把成型完的产品取下放入窑炉烧制成瓷，检测该瓷绝缘子的体积密度为2.43g/cm³。

实施例2：

在承载台2上固定好空心玻璃钢圆管，用酒精清理干净内外表面，准备成型空心复合绝缘子。检查设备，换装打印材料和打印头，第一喷嘴7直径0.5mm，第二打印头10喷嘴的直径0.4mm，打印材料采用自制硅橡胶材料，光引发剂0.02％、硅烷偶联剂0.5％。开启设备，根据输入的CAD数据调整第一打印头6和第二打印头10的基准位置，设定反向打印绝缘子，伞倾角朝上，开启驱动电机带动承载台2转动，设定转速30r/min。开启自动打印，主体提升杆5带动第一打印头6打印内孔隔离伞，从内筒壁打印至中心原点，层厚0.8mm，每层用时50s，直至内孔伞打印成型结束；同时，横向伺服系统带动第二打印头10开始打印玻璃钢空心管外第一组伞裙，打印完第一组伞裙后提升至下一组伞裙水平位置，进给到主体位置开始打印第二组伞裙，依次循环直至打印完所有伞裙。把成型完的产品取下，检测该复合绝缘子伞裙的体积密度为1.21g/cm³。

实施例3：

在承载台2上倒立放置并固定好实心玻璃钢锥体，用酒精清理干净表面，准备成型空心复合绝缘子，使打印后的绝缘子伞倾角朝上。检查设备，换装打印材料和打印头，第二打印头10的喷嘴直径0.5mm，打印材料采用自制硅橡胶材料，光引发剂0.03％、硅烷偶联剂0.6％。开启设备，根据输入的CAD数据调整第一打印头6和第二打印头10的基准位置，提升第一打印头6至指定高位，只使用第二打印头10，开启驱动电机带动承载台2转动，设定转速50r/min。开启自动打印，横向伺服系统带动第二打印头10开始打印锥体外第一组伞裙，打印完第一组伞裙后提升至下一组伞裙水平位置，进给到主体位置开始打印第二组伞裙，依次循环直至打印完所有伞裙。把成型完的产品取下，检测该复合绝缘子伞裙的体积密度为1.17g/cm³。

实施例4：

在承载台2上倒立放置并固定好挤出成型的圆柱形泥段，表面用湿海绵擦拭一遍，准备成型瓷绝缘子。检查设备，换装打印材料和打印头，第二打印头10喷嘴的直径0.4mm，打印材料采用自制无机泥料，PVA0.2％、水分30％。开启设备，根据输入的CAD数据调整第一打印头6和第二打印头10的基准位置，设定绝缘子伞倾角朝上。提升第一打印头6至指定高位，只使用第二打印头10，开启转动系统4带动承载台2转动，设定转速25r/min。开启自动打印，横向伺服系统带动第二打印头10开始打印锥体外第一组伞裙，打印完第一组伞裙后提升至下一组伞裙水平位置，进给到主体位置开始打印第二组伞裙，依次循环直至打印完所有伞裙。把成型完的产品取下烧制成瓷，检测该瓷绝缘子伞裙的体积密度为2.45g/cm³。