一种粘结剂喷射3D打印机的双向铺粉双向打印系统的制作方法

一种粘结剂喷射3d打印机的双向铺粉双向打印系统
技术领域
1.本实用新型属于3d打印机技术领域，具体涉及一种粘结剂喷射3d打印机的双向铺粉双向打印系统。


背景技术：

2.3d打印是基于材料堆积法的一种高新制造技术，其根据计算机设计的三维模型数据，通过成形设备以材料累加的方式就可以制造出一些传统工艺难以完成的复杂形状制件。
3.三维喷印技术(three-dimensional printing，3dp)又称微滴喷射黏结(binder jetting，bj)，是3d打印的一种，被誉为最具生命力的增材制造技术。
4.3dp工艺与slm工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。但是两者不同的是，3dp的粉末材料不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。换句话说，3dp工艺技术基于微滴喷射原理，利用喷头选择性喷射液体黏结剂，将离散粉末材料逐层打印(堆积)成形，从而获得所需制件。
5.现有的3dp打印机送粉方式分为下送粉(送粉缸送粉)方式和上落粉(漏斗槽落粉)方式。在打印幅面相同的情况下，上落粉方式比下送粉方式有利于节省缸体空间，从而减小整机占地面积。
6.现有采用上落粉方式的3dp打印机的布置方案一般是铺粉部分停靠于成形打印工作面的一端(比如左侧，为方便说明下面都以左侧为例)，打印部分停靠于成形打印工作面的另一端(比如右侧，为方便说明下面都以右侧为例)。首先，当开始打印后，铺粉部分从左侧开始向右侧洒粉、铺粉，铺完粉后铺粉部分要走一个空行程回到左侧的停靠位，所述铺粉部分让出成形打印工作面的使用权，打印部分可以开始工作。所述打印部位从右侧向左侧开始喷射液体黏结剂进行打印，待所述打印部分打印完后也需要走一个空行程回到右侧的停靠位，所述打印部分让出成形打印工作面的使用权，以便进行一下层的铺粉。例如专利申请号为202010068486.8的发明专利申请公开了一种3d打印机的铺粉部分，其铺粉部分采用了上述方式进行铺粉，当铺粉部分位于右侧时，打印部分位于左侧。所述铺粉部分会通过右侧
→
左侧
→
右侧行程进行铺粉，其中铺粉部分从右侧到左侧这个过程是铺粉过程，而铺粉部分从左侧到右侧这个过程是空行程，仅仅为了返回，让出成形打印工作面的使用权，这是第一个空行程。打印部分会进行通过左侧
→
右侧
→
左侧行程进行打印，其中打印部分从左侧到右侧这个过程是打印过程，而打印部分从右侧到左侧这个过程是空行程，也仅仅是为了返回，让出成形打印工作面的使用权，这是第二个空行程。
7.从上述过程可以看出，现有技术的存在着明显的缺陷：(一)上述过程为了让出成形打印工作面的使用权而走了两个空行程。(二)打印部分只能等到铺粉部分完成后才能开始，这个等待浪费了时间。
8.之后针对上述两个缺陷，3dp打印机也进行了相应的改进：所述铺粉部分的行程仍然是左侧
→
右侧
→
左侧，但是所述铺粉部分从左侧到右侧这个过程为空行程，之后从右侧
往左侧铺粉，等铺粉部分铺了一小部分后，打印部分就开始打印。这样打印部分的等待时间就从铺一层粉的全部时间减少为五分之一或十分之一。但是两个空行程的浪费的时间仍无法避免。
9.以上关于时间浪费的问题，是基于打印部分工作条宽与铺粉辊同宽。实际工作中，很多3dp打印机的喷墨头工作条宽只有铺粉辊宽度的四分之一或更少，打印部分需要分四次或更多次才能将一层打印完成，这样的情况下浪费的时间就更多了。
10.3dp打印的每一个层厚约0.050mm，一个150mm高的成形件需要打印约3000层，如果每层浪费10s，整个成形过程完成就要浪费约30000s即8.3h。当打印部分较小、需要打印幅面变大时，时间的浪费变得更严重。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种粘结剂喷射3d打印机的双向铺粉双向打印系统，使打印每一打印层时，不会因铺粉部分和打印部分的相互等待而浪费时间，也使每两层之间不因避让、等待而浪费时间，从而提高成形效率。
12.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
13.一种粘结剂喷射3d打印机的双向铺粉双向打印系统，包括直线导向装置、控制装置；所述直线导向装置可滑动设有铺粉部分，所述铺粉部分两侧对称设有打印部分，所述铺粉部分上方设有送粉部分和落粉部分；所述直线导向装置、所述铺粉部分、所述打印部分、所述送粉部分、所述落粉部分均与所述控制装置电连接；所述落粉部分包括落粉斗及储粉仓，所述储粉仓接收从所述落粉斗流出的材料粉末，所述储粉仓下方设有用于流出所述材料粉末的出粉口，所述储粉仓侧面设有高度可调的挡粉板；所述送粉部分包括传送带、用于支撑所述传送带并传递动力的主动辊、用于支撑所述传送带的从动轴、用于驱动所述主动辊双向转动的送粉驱动装置，所述传送带接收且传送从所述出粉口流出的所述材料粉末；所述铺粉部分包括铺粉辊、用于驱动铺粉辊双向转动的铺粉驱动装置，所述铺粉辊设置在所述传送带下方垂直投影区域内；所述铺粉辊下方设有打印工作面，所述打印工作面与高度可调的工作缸连接；所述铺粉部分在所述打印工作面铺粉的同时，所述打印部分按照所述控制装置中预设的模型数据，有选择地喷射黏结剂，进而建造模型层面。
14.本实用新型的铺粉部分能够进行双向铺粉，并且在所述铺粉部分铺粉的同时，所述打印部分能够对所述铺粉部分所铺粉层进行打印，这样所述双向铺粉双向打印系统的每一打印层铺粉过程与打印过程几乎是同时完成，消除了现有技术因所述铺粉部分和所述打印部分相互等待而浪费的时间。此外，本实用新型能够在一个打印层处理完成后，几乎无需等待就可以开始处理下一打印层，避免了现有技术中铺粉部分和打印部分因为需要相互让出成形工作面的使用权而走空行程现象的发生，消除由此而产生的时间浪费。与此同时，现有技术中常见的所述喷墨头工作条宽小于所述铺粉辊工作宽度。所述喷墨头工作条宽为所述有效打印面垂直于所述传送带传送方向的长度。所述铺粉辊工作宽度为所述铺粉辊垂直于所述传送带传送方向的长度。所以喷墨头需要在所述铺粉辊工作宽度方向上移动，所述铺粉部分设有直线导轨的同时，所述喷墨头需要另外架设一条直线导轨。本实用新型的所述喷墨头与所述铺粉部分固连成一个整体，无须单独为喷墨头架设直线导轨，简化了机械结构。另外，本实用新型的挡粉板高度可调，能够让所述传送带转动时带出的材料粉末体积
处于最佳值，即：稍稍多于成一个打印层厚的粉末体积，既不会因粉末体积过小而造成工作面有一些地方铺不到，也不会因粉末体积太大而造成不必要的浪费或产生粉末回收等工作不必要的负担。
15.进一步的，所述打印部分包括呈长方体状设置的外壳、设置在所述外壳内的多个二级墨盒、位于所述二级墨盒正下方的喷墨头；所述外壳内沿长度方向设有安装板，所述二级墨盒与所述喷墨头均与所述安装板连接；多个所述二级墨盒呈直线排列，且所述二级墨盒排列的方向与所述铺粉辊长度方向互相平行。所述打印部分能够对所述铺粉部分铺的材料粉末层进行打印。
16.进一步的，所述储粉仓内沿长度方向设有可转动的螺旋轴，所述螺旋轴一端与落粉驱动装置连接，所述螺旋轴通过螺旋传动方式将所述储粉仓内的材料粉末沿所述储粉仓长度方向均匀铺开。
17.进一步的，所述直线导向装置包括两个互相平行的直线导轨，所述直线导轨连接有滑动连接座，所述滑动连接座与所述铺粉部分连接。所述直线导轨连有双向转动电机，且所述直线导轨通过所述双向转动电机驱动所述滑动连接座进行往返直线移动。
18.进一步的，多个所述喷墨头之间形成有效打印面，所述有效打印面垂直于所述传送带传送方向的长度与所述铺粉辊垂直于所述传送带传送方向的长度相同。通过上述内容，能够避免所述喷墨头再架设直线导轨，简化机械结构。
19.进一步的，所述挡粉板靠近所述传送带的端面与所述传送带表面之间存在间隙。这样能够让所述传送带传送的材料粉末顺着从所述间隙流出。
20.进一步的，所述铺粉驱动装置、所述送粉驱动装置、所述落粉驱动装置均为电机。
21.进一步的，所述传送带垂直于传送方向的长度大于或等于所述出粉口垂直于传送方向的长度。这样从所述出粉口流出的材料粉末能够流到所述传送带表面，不会直接溢散到所述工作面。
22.进一步的，所述控制装置为可编程逻辑控制器。
23.进一步的，所述双向铺粉双向打印系统的使用方法分为以下步骤：
24.s1、所述双向铺粉双向打印系统未开始工作前，所述铺粉部分停靠在所述直线导向装置的一端，该位置为位置a；与所述位置a相对的另一端为位置b；所述打印工作面介于所述位置a与所述位置b之间；
25.s2、所述双向铺粉双向打印系统工作后，材料粉末经所述落粉斗进入所述储粉仓内，所述材料粉末在所述螺旋轴螺旋传动作用下沿所述储粉仓长度方向均匀铺开；所述材料粉末从所述出粉口流出到所述传送带表面；
26.s3、首先所述传送带处于静止状态，所述材料粉末在所述传送带表面堆积，当堆积的材料粉末上端面高度大于或等于所述出粉口的高度后，位于所述储粉仓内的材料粉末不再流出；之后，在所述送粉驱动装置的驱动下，所述传送带持续转动，所述传送带将堆积的材料粉末持续传送至所述打印工作面上，堆积的所述材料粉末高度减少，位于所述储粉仓中的材料粉末从所述出粉口源源不断流出；
27.s4、随后，调节所述挡粉板的高度，改变所述挡粉板底端面与所述传送带上表面之间的距离，进而改变单位时间内所述传送带传送至所述打印工作面的材料粉末的体积；
28.s5、所述铺粉部分通过所述导向装置从所述位置a匀速移动到位置b；在这个过程
中，所述传送带靠近所述位置b的一端不断向所述打印工作面传送材料粉末，所述铺粉驱动装置驱动所述铺粉辊转动，所述铺粉辊将所述打印工作面上的材料粉末推平压实；同时，靠近所述位置a的所述打印部分喷射黏结剂，对已铺平的材料粉末进行打印；
29.s6、待所述铺粉部分移动至所述位置b后，所述工作缸带动所述打印工作面下降，下降的高度与一个打印层的厚度相同；
30.s7、之后，所述铺粉部分通过所述导向装置从所述位置b匀速移动到所述位置a；在这个过程中，所述传送带靠近所述位置a的一端不断向所述打印工作面传送材料粉末，所述铺粉驱动装置驱动所述铺粉辊转动，所述铺粉辊转动的方向与s5中铺粉辊转动的方向相反，所述铺粉辊将所述打印工作面上的材料粉末推平压实；同时，靠近所述位置b的所述打印部分喷射黏结剂，对已铺平的材料粉末进行打印；
31.s8、待所述铺粉部分移动至所述位置a，所述工作缸带动所述打印工作面下降一个打印层厚度后，重复上述步骤s1～s7，直到打印完成。
32.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(一)本实用新型的铺粉部分能够进行双向铺粉，并且在所述铺粉部分铺粉的同时，所述打印部分能够对所述铺粉部分所铺的粉层进行打印，这样所述双向铺粉双向打印系统的每一打印层铺粉过程与打印过程几乎是同时完成，消除了现有技术因所述铺粉部分和所述打印部分相互等待而浪费的时间；(二)本实用新型能够在一个打印层处理完成后，几乎无需等待就可以开始处理下一打印层，避免了现有技术中铺粉部分和打印部分因为需要相互让出成形工作面的使用权而走空行程现象的发生，消除由此而产生的时间浪费；(三)本实用新型的所述喷墨头与所述铺粉部分固连成一个整体，无须单独为喷墨头架设直线导轨，简化了机械结构；(四)本实用新型的挡粉板高度可调，能够让所述传送带转动时带出的材料粉末体积处于最佳值，即：稍稍多于成一个打印层厚的粉末体积，既不会因粉末体积过小而造成工作面有一些地方铺不到，也不会因粉末体积太大而造成不必要的浪费或产生粉末回收等工作不必要的负担。
附图说明
33.图1为本实用新型立体结构示意图；
34.图2为本实用新型正视结构示意图；
35.图3为本实用新型俯视结构示意图；
36.图4为本实用新型侧视结构示意图；
37.图5为本实用新型图3中a-a方向的剖视结构示意图；
38.图6为本实用新型图5中a处结构示意图；
39.图7为本实用新型铺粉部分爆炸结构示意图；
40.图8为本实用新型打印部分爆炸结构示意图；
41.图中：1、铺粉部分；2、打印部分；3、直线导轨；4、落粉斗；5、储粉仓；6、螺旋轴；7、出粉口；8、挡粉板；9、传送带；10、铺粉辊；11、前喷墨头组；12、后喷墨头组；13、喷墨头；14、二级墨盒；15、安装板；16、位置a；17、位置b。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描
述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示：本实施例提供了一种粘结剂喷射3d打印机的双向铺粉双向打印系统，包括直线导向装置、控制装置。进一步的，所述控制装置为可编程逻辑控制器。
44.所述直线导向装置可滑动设有铺粉部分1，所述铺粉两侧对称设有打印部分2。所述铺粉部分1上方设有送粉部分和落粉部分。所述直线导向装置、所述铺粉部分1、所述打印部分2、所述送粉部分、所述落粉部分均与所述控制装置电连接。
45.如图3、图6和图7所示：所述落粉部分包括落粉斗4及储粉仓5，所述储粉仓5接收从所述落粉斗4流出的材料粉末，所述储粉仓5下方设有用于流出所述材料粉末的出粉口7，所述储粉仓5侧面设有高度可调的挡粉板8。进一步的，所述储粉仓5内沿长度方向设有可转动的螺旋轴6，所述螺旋轴6一端与落粉驱动装置连接，所述螺旋轴6通过螺旋传送方式将所述储粉仓5内的材料粉末沿所述储粉仓5长度方向均匀铺开。
46.所述送粉部分包括传送带9、用于支撑所述传送带9并传递动力的主动辊、用于支撑所述传送带9的从动轴、用于驱动所述主动辊双向转动的送粉驱动装置，所述传送带9接收且传送从所述出粉口7流出的所述材料粉末。进一步的，所述挡粉板8靠近所述传送带9的端面与所述传送带9表面之间存在间隙。这样能够让所述传送带9传送的材料粉末顺着从所述间隙流出。另外，因为所述挡粉板8的高度可调，故所述间隙的宽度也是可调的。
47.此外，所述传送带9垂直于传送方向的长度大于或等于所述出粉口7垂直于传送方向的长度。这样从所述出粉口7流出的材料粉末能够流到所述传送带9表面，不会直接溢散到所述工作面。
48.所述铺粉部分1包括铺粉辊10、用于驱动铺粉辊10双向转动的铺粉驱动装置，所述铺粉辊10设置在所述传送带9下方垂直投影区域内；所述铺粉辊10下方设有打印工作面，所述打印工作面与高度可调的工作缸连接；所述铺粉部分1在所述打印工作面铺粉的同时，所述打印部分2按照所述控制装置中预设的模型数据，有选择地喷射黏结剂，进而建造模型层面。
49.如图1所示：所述直线导向装置包括两个互相平行的直线导轨3，所述直线导轨3连接有滑动连接座，所述滑动连接座与所述铺粉部分1连接。所述直线导轨3连有双向转动电机，且所述直线导轨3通过所述双向转动电机驱动所述滑动连接座进行往返直线移动。
50.如图5和图8所示：所述打印部分2包括呈长方体状设置的外壳、设置在所述外壳内的多个二级墨盒14、位于所述二级墨盒14正下方的喷墨头13；所述外壳内沿长度方向设有安装板15，所述二级墨盒14与所述喷墨头13均与所述安装板15连接；多个所述二级墨盒14呈直线排列，且所述二级墨盒14排列的方向与所述铺粉辊10长度方向互相平行。所述打印部分2能够对所述铺粉部分1铺的材料粉末层进行打印。多个所述喷墨头13之间形成有效打印面，所述有效打印面垂直于所述传送带9传送方向的长度与所述铺粉辊10垂直于所述传送带9传送方向的长度相同。通过上述内容，能够避免所述喷墨头13再架设直线导轨3，简化机械结构。如图1所示，所述铺粉两侧对称设有打印部分2，所述打印部分2的数量为两个，一个所述打印部分设有前喷墨头组11，另一个所述打印部分设有后喷墨头组12。
51.本实用新型的铺粉部分1能够进行双向铺粉，并且在所述铺粉部分1铺粉的同时，所述打印部分2能够对所述铺粉部分1所铺粉层进行打印，这样所述双向铺粉双向打印系统的每一打印层铺粉过程与打印过程几乎是同时完成，消除了现有技术因所述铺粉部分1和所述打印部分2相互等待而浪费的时间。此外，本实用新型能够在一个打印层处理完成后，几乎无需等待就可以开始处理下一打印层，避免了现有技术中铺粉部分1和打印部分2因为需要相互让出成形工作面的使用权而走空行程现象的发生，消除由此而产生的时间浪费。与此同时，现有技术中常见的所述喷墨头13工作条宽小于所述铺粉辊10工作宽度。所述喷墨头工作条宽为所述有效打印面垂直于所述传送带传送方向的长度。所述铺粉辊工作宽度为所述铺粉辊垂直于所述传送带传送方向的长度。所以喷墨头13需要在所述铺粉辊10工作宽度方向上移动，所述铺粉部分1设有直线导轨3的同时，所述喷墨头13需要另外架设一条直线导轨3。本实用新型的所述喷墨头13与所述铺粉部分1固连成一个整体，无须单独为喷墨头13架设直线导轨，简化了机械结构。另外，本实用新型的挡粉板8高度可调，能够让所述传送带9转动时带出的材料粉末体积处于最佳值，即：稍稍多于成一个打印层厚的粉末体积，既不会因粉末体积过小而造成工作面有一些地方铺不到，也不会因粉末体积太大而造成不必要的浪费或产生粉末回收等工作不必要的负担。
52.进一步的，所述铺粉驱动装置、所述送粉驱动装置、所述落粉驱动装置均为电机。并且所述铺粉驱动装置、所述送粉驱动装置两者均为可双向旋转电机。
53.所述双向铺粉双向打印系统的使用方法分为以下步骤：
54.s1、所述双向铺粉双向打印系统未开始工作前，所述铺粉部分1靠近所述直线导向装置的一端，该位置为位置a16；与所述位置a16相对的另一端为位置b17；所述打印工作面介于所述位置a16与所述位置b17之间；
55.s2、所述双向铺粉双向打印系统工作后，材料粉末经所述落粉斗4进入所述储粉仓5内，所述材料粉末在转动的所述螺旋轴6作用下沿所述储粉仓5长度方向均匀铺开；所述材料粉末从所述出粉口7流出到所述传送带9表面；
56.s3、首先所述传送带9处于静止状态，所述材料粉末在所述传送带9表面堆积，当堆积的材料粉末上端面高度大于或等于所述出粉口7的高度后，位于所述储粉仓5内的材料粉末不再流出；之后，在所述送粉驱动装置的驱动下，所述传送带9持续转动，所述传送带9将堆积的材料粉末持续传送至所述打印工作面上，堆积的所述材料粉末高度减少，位于所述储粉仓5中的材料粉末会从所述出粉口7源源不断流出；
57.s4、随后，调节所述挡粉板8的高度，改变所述挡粉板8底端面与所述传送带9上表面之间的距离，进而改变单位时间内所述传送带9传送至所述打印工作面的材料粉末的体积；
58.s5、所述铺粉部分1通过所述导向装置从所述位置a16匀速移动到位置b17；在这个过程中，所述传送带9靠近所述位置b的一端不断向所述打印工作面传送材料粉末，所述铺粉驱动装置驱动所述铺粉辊10转动，所述铺粉辊10将所述打印工作面上的材料粉末推平压实。所述铺粉辊10一边旋转一边前进，前进的动作会产生推平的效果，所述铺粉辊10并不是像前进的车轮那样旋转，而是与前进的车轮方向相反的方向旋转，对下方的粉末有轻微压实作用，压实不可力大，会压坏下方已成形件。也就是说，所述铺粉辊10转动的方向与所述主动轴转动方向相反。同时，靠近所述位置a16的所述打印部分2喷射黏结剂，对已铺平的材
料粉末打印；
59.s6、待所述铺粉部分1移动至所述位置b17后，所述工作缸带动所述打印工作面下降，下降的高度与一个打印层的厚度相同；
60.s7、之后，所述铺粉部分1通过所述导向装置从所述位置b17匀速移动到所述位置a16；在这个过程中，所述传送带9靠近所述位置a16的一端不断向所述打印工作面传送材料粉末，所述铺粉驱动装置驱动所述铺粉辊10转动，所述铺粉辊转动的方向与s5中铺粉辊10转动的方向相反。所述铺粉辊10将所述打印工作面上的材料粉末推平压实；同时，靠近所述位置b17的所述打印部分2喷射黏结剂，对已铺平的材料粉末打印；
61.s8、待所述铺粉部分1移动至所述位置a16，所述工作缸带动所述打印工作面下降一个打印层厚度后，重复上述步骤s1～s7，直到打印完成。
62.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。