一种大尺度三维晶格结构的3D空间打印方法

本发明涉及材料的3d打印成型，尤其是涉及一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法。

背景技术：

1、空间晶格结构是一种超材料结构，具有轻质高强，受力性能好的特性，同时又由于其形状容易设计匹配成各种曲面形状，具有良好的美学效果，目前被广泛应用在各种大型艺术构筑物的建造之中。

2、由于尺寸和形状多变的限制，目前大尺度的空间晶格结构都是用基于机械臂的挤出式塑料3d打印的方式来进行建造，建造效率高，成本低。但是这样的大尺度的3d打印建造技术不够成熟，往往建造出来的晶格结构模型质量不好，挤出的材料不能及时冷却硬化，导致杆件弯扭现象严重，从而降低晶格模型的受力性能。因此研究高质量的大尺度打印方法，建造高质量的大尺度晶格模型，是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，可以快速的建造大尺度的空间晶格模型，保证打印过程中挤出的材料及时冷却硬化形成杆件，晶格模型质量好，杆件笔直，受力性能好。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种大尺度三维晶格结构，包括若干个在x、y、z轴的方向上拓扑的正方体单元，正方体单元的侧面上设置有连接正方形相对点的斜边，正方体单元的边长v为50cm-100cm；

3、正方体单元在x轴方向的个数为l个，在y轴方向的个数为m个，在z轴方向的个数为n个，l≥1，m≥1，n≥1。

4、上述大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，包括以下步骤：

5、s1、清理打印平台，确定打印区域，在打印平台上的打印区域设置增加打印材料粘附力的粘结件；

6、s2、将打印枪装配在机械臂上，调整打印枪的加热模块，设定加热温度；

7、s3、进行底层网格打印，底层网格的主体为l×m的正方形阵列，正方形阵列每条边的末端都延长出v厘米，打印枪喷嘴每行走v厘米暂停3s-5s，形成节点；

8、s4、在底层网格上进行第一层竖直层的打印，竖直层为连续打印的呈蛇形分布的竖直三角形阵列，在竖直层的最后打印一条竖杆；

9、s5、采用s3的方法在第一层竖直层的上方打印第一悬空网格层，第一悬空网格层为l×m的正方形阵列，正方形阵列每条边的末端不设延长段，第一悬空网隔层在与第一竖直层的交点处停留3s-5s；

10、s6、重复s4-s5进行上部晶格结构的打印，直至整个晶格结构打印完成；

11、s7、关闭机械臂和打印枪，将晶格结构从打印平台上拆卸下来。

12、优选的，所述s2中，打印枪为设置有三段加热模块的热塑性挤出式3d打印枪。

13、优选的，所述三段加热模块从进料端到出料端的温度分别为t1、t2、t3，150℃≤t1≤170℃，220℃≤t2≤270℃，170℃≤t3≤190℃。三段加热模块的具体温度设置根据打印材料进行设定。

14、优选的，所述s3中底层网格打印具体为：

15、开启风扇，首先进行y轴方向路径的打印，再进行x轴方向路径的打印；单条直线路径打印完成后，关闭喷嘴，并将喷嘴抬升80mm-150mm；

16、或，首先进行x轴方向路径的打印，再进行y轴方向路径的打印；单条直线路径打印完成后，关闭喷嘴，并将喷嘴上升80mm-150mm；

17、打印枪的螺杆挤出的速度为40转/分钟-60转/分钟，机械臂的移动速度为8mm/s-15 mm/s。

18、优选的，所述s4中竖直层的打印具体为：

19、从y方向路径的端点开始，沿着y方向打印m个竖直三角形，然后沿着x方向打印一个竖直三角形，再沿着y方向打印m个竖直三角形，再沿着x方向打印一个竖直三角形，继续沿着y方向打印m个竖直三角形，以此重复打印直到底层网格的节点都被覆盖，在最后一个节点上打印一条竖杆；关闭喷嘴，并将喷嘴抬升80mm-150mm。

20、优选的，所述s4中，竖直三角形为等腰直角三角形，竖直三角形的底边为底层网格的一条边，边长为v厘米，竖边是在底层网格节点向上的竖直杆件，斜边是斜向下45°连接两条直角边端点的杆件。

21、优选的，所述竖直三角形的打印具体为：

22、s41、喷嘴移动到底层网格的节点上，该节点作为控制节点一，喷嘴挤出并停留2s-3s；

23、s42、开启冷却风扇，喷嘴挤出向上移动v-（13-16）mm，该点为控制节点二；

24、s43、关闭喷嘴挤出，喷嘴继续向上移动13mm-16mm到竖直三角形的顶点，顶点为控制节点三，喷嘴在向上移动过程中进行旋转，喷嘴移动到竖直三角形顶点时喷嘴与水平线的夹角为45°，喷嘴停留3s-5s；

25、s44、开启喷嘴挤出，停留2s-3s，喷嘴向竖直三角形的底部顶点移动，竖直三角形的底部顶点为控制节点四，喷嘴在移动过程中进行旋转，喷嘴在控制节点四处旋转成竖直状态，关闭风扇，停留2s-3s。

26、优选的，所述s4中，打印枪的螺杆挤出的速度为20转/分钟-40转/分钟，机械臂的移动速度为5mm/s-10 mm/s。

27、优选的，所述s5中，第一悬空网格层打印中开启风扇，在第一悬空网隔层与第一竖直层的交点处停留时关闭风扇，打印枪的螺杆挤出的速度为20转/分钟-40转/分钟，机械臂的移动速度为5mm/s-10 mm/s。

28、本发明所述的大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法的优点和积极效果是：本发明通过控制打印枪的打印速度和螺杆挤出速度，并通过合理的打印路径设置，能够高效地进行大尺度晶格模型的高质量建造，材料用量少，且制造的晶格结构杆件笔直，节点处理简洁，受力性能好，艺术效果更高。

29、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于：所述s2中，打印枪为设置有三段加热模块的热塑性挤出式3d打印枪。

3.根据权利要求2所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于：所述三段加热模块从进料端到出料端的温度分别为t1、t2、t3，150℃≤t1≤170℃，220℃≤t2≤270℃，170℃≤t3≤190℃。

4.根据权利要求1所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于，所述s3中底层网格打印具体为：

5.根据权利要求1所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于，所述s4中竖直层的打印具体为：

6.根据权利要求5所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于：所述s4中，竖直三角形为等腰直角三角形，竖直三角形的底边为底层网格的一条边，边长为v厘米，竖边是在底层网格节点向上的竖直杆件，斜边是斜向下45°连接两条直角边端点的杆件。

7.根据权利要求6所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于，所述竖直三角形的打印具体为：

8.根据权利要求1所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于：所述s4中，打印枪的螺杆挤出的速度为20转/分钟-40转/分钟，机械臂的移动速度为5mm/s-10mm/s。

9.根据权利要求1所述的一种大尺度三维晶格结构的3d空间打印方法，其特征在于：所述s5中，第一悬空网格层打印中开启风扇，在第一悬空网隔层与第一竖直层的交点处停留时关闭风扇，打印枪的螺杆挤出的速度为20转/分钟-40转/分钟，机械臂的移动速度为5mm/s-10 mm/s。

技术总结
本发明公开了一种大尺度三维晶格结构的3D空间打印方法，属于材料的3D打印成型技术领域。大尺度三维晶格结构包括若干个在X、Y、Z轴的方向上拓扑的正方体单元，正方体单元的侧面上设置有连接正方形相对点的斜边，正方体单元的边长V为50cm‑100cm；正方体单元在X轴方向的个数为L个，在Y轴方向的个数为M个，在Z轴方向的个数为N个，L≥1，M≥1，N≥1。本发明采用上述大尺度三维晶格结构的3D空间打印方法，可以快速的建造大尺度的空间晶格模型，晶格模型质量好，杆件笔直，受力性能好。

技术研发人员：胡楠,林杨胜,朱璐,江柳芳,王仁坤,孟瑞峰
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4