一种3D增材运动系统及其方法与流程

本发明属于3d增材打印领域，具体涉及一种3d增材运动系统及其方法。

背景技术：

增材制造技术(也称3d打印技术)近年来得到了迅速的发展，根据成型工艺技术特点可将增材制造技术分为：激光选区烧结(sls、slm)、激光立体成型(sla)、激光数字化处理技术(dlp)、熔丝沉积工艺(fdm)等。在众多的增材制造成型工艺中，熔丝沉积工艺因其具有线材成本低廉、设备原理简单的特点，深受用户的欢迎，目前熔丝沉积工艺的打印机已经在医疗卫生、动漫创作、模具设计等领域得到应用。随着人们对熔丝沉积工艺的深入认识，也对该工艺提出了更高的要求，如：更高的成型效率等。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种3d增材运动系统及其方法，解决了现有技术中3d增材运动成型效率低问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种3d增材运动系统，包括底座，底座上端设有对称分布的底端部滑轨，底端部滑轨上安装有滑动的打印平台，所述打印平台正上方安装有镜像分布沿着x方向移动的x方向滑块，x方向滑块正下方均安装喷头支架，喷头支架上固定安装有喷头，喷头内缠绕有电加热丝。

所述底座上安装有平台驱动电机，平台驱动电机输出端设有平台驱动螺纹杆，其中平台驱动电机与平台驱动螺纹杆之间通过螺纹配合连接。

所述喷头支架上端设有旋转电机，旋转电机上端设有旋转轴，旋转轴上端设有支撑盘，支撑盘上端设有轴向分布的卷辊，卷辊上裹卷有纤维复合条，支撑盘上开设有与卷辊一一对应穿孔，穿孔下端设有夹紧套，夹紧套内设有弹性卡片。

所述支撑盘下端设有与夹紧套一一对应伸缩杆，伸缩杆上套设有弹簧，伸缩杆底端设有夹条，夹条一端设有对称分布的弧形弹性片。

所述喷头支架上端设有电动缸支撑块，电动缸支撑块上设有电动缸，电动缸的收缩杆顶端设有挤压转盘支撑块，挤压转盘支撑块一端开设有活动槽，活动槽内转动安装有挤压转盘支撑轴，挤压转动支撑轴上固定安装有挤压转盘，挤压转盘支撑轴与挤压转盘驱动电机输出端固定连接，其中挤压转盘驱动电机固定安装在挤压转盘支撑块侧壁。

进一步地，所述喷头支架正下方安装有刮取仓，刮取仓仓口前端设有刮刀。

进一步地，所述刮取仓内攘嵌有电加热丝，电加热丝对余量纤维复合材料进行融化，x方向滑块上设有余量储液罐，余量储液罐与刮取仓之间通过连通管连通，刮取仓内设有高粘度泵，通过高粘度泵将刮取仓内融化的纤维复合材料进行抽送至余量储液罐内，完成对余量纤维复合材料进行收集。

进一步地，所述刮取仓上端设有对称分布的升降套，其中喷头支架上设有刮取仓升降电机，刮取仓升降电机输出端设有升降螺杆，升降螺杆与任一升降套之间通过螺纹配合连接，同时喷头支架下端设有升降导柱，升降导柱与另一个升降套之间滑动连接。

进一步地，所述打印平台上端固定安装有z轴导轨，z轴导轨上安装有沿着z轴导轨上下滑动的上端支撑平台，同时打印平台上端固定安装有z轴驱动电机，z轴驱动电机输出端设有z轴螺纹杆，z轴螺纹杆与上端支撑平台通过螺纹配合连接。

进一步地，所述上端支撑平台下端安装有y轴导轨，y轴导轨上安装有沿着y轴导轨滑动的x方向支撑平台，同时上端支撑平台下端固定安装有y轴驱动电机，y轴驱动电机输出端设有y轴螺纹杆，y轴螺纹杆与x方向支撑平台通过螺纹配合连接。

进一步地，所述x方向支撑平台下端安装有x轴导轨，其中x方向滑块沿着x轴导轨滑动，x方向支撑平台下端固定安装有对称分布的x轴驱动电机，x轴驱动电机输出端设有x轴螺纹杆，x轴螺纹杆分别与对应的x方向滑块通过螺纹配合连接。

一种3d增材运动系统，其使用方法，包括以下步骤：

第一步，所述z轴驱动电机通过z轴螺纹杆驱动上端支撑平台沿着z轴方向移动，实现上端支撑平台高度位置调节，即实现调节喷头至指定高度位置；

第二步，所述y轴驱动电机通过y轴螺纹杆驱动x方向支撑平台沿着y轴方向移动，实现x方向支撑平台的y方向位置调节；以及x轴驱动电机通过x轴螺纹杆驱动x方向滑块沿着x轴方向移动，实现x方向滑块的x方向位置调节，使喷头到达指定位置，准备进行打印；

第三步，所述纤维复合条伸入至喷头内，电加热丝将纤维复合条融化，融化后的纤维复合条从喷头喷出，进行3d打印，本发明每层打印均采用两个镜像分布的喷头同时向打印中心位置移动，在喷头移动过程中，根据事先设定好的位置进行纤维复合条喷出进行打印；

第四步，当需要更换所述纤维复合条时，电动缸的收缩杆驱动挤压转盘支撑块运动至喷头正上方，同时旋转电机通过旋转轴驱动支撑盘转动，使目标卷辊对应的纤维复合条前端处于喷头正上方，使挤压转盘支撑块以及弧形弹性片处于喷头正上方时，挤压转盘支撑块挤压弧形弹性片，使弧形弹性片撑开，此时弧形弹性片对之间的纤维复合条进行松弛，在此期间，挤压转盘挤压纤维复合条，此时启动挤压转盘驱动电机，挤压转盘驱动电机驱动挤压转盘转动，挤压转盘通过摩擦力使纤维复合条均速向下延伸，当纤维复合条延伸至喷头内部时，电加热丝将纤维复合条融化，融化后的纤维复合条从喷头喷出，进行3d打印，由于纤维复合条均速向下延伸，即喷头单位时间内喷出的融化纤维复合条量为一定的，即实现喷头喷出均匀；

第五步，所述3d打印过程中，通过刮刀进行刮除，使打印层处于设定值，刮除的余量纤维复合材料进入至刮取仓内；

第六步，所述刮取仓内电加热丝对余量纤维复合材料进行融化，高粘度泵将刮取仓内融化的纤维复合材料进行抽送至余量储液罐内，完成对余量纤维复合材料进行收集；

第七步，当所述喷头无需喷出融化纤维复合条时，关闭喷头和挤压转盘驱动电机，实现喷头停止喷出。

本发明的有益效果：

1、本发明每层打印均采用两个镜像分布的喷头同时向打印中心位置移动，在喷头移动过程中，根据事先设定好的位置进行纤维复合条喷出进行打印，相对于现有，每层均由单个喷头进行打印，提高成型效率；

2、本发明由于支撑盘上设有多个卷辊，此时多个卷辊之间裹卷的纤维复合条不局限于同一类型纤维复合条，若多个卷辊之间裹卷的同一类型纤维复合条，可以理解为用作打印过程中，同一类型纤维复合条进行补充，若多个卷辊之间裹卷的不同类型纤维复合条时，可以理解为用作打印过程中，根据实际打印需求进行切换不同类型纤维复合条，实现多材料打印。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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的附图。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的不同视角结构示意图；

图3是本发明实施例的局部结构示意图；

图4是本发明实施例的局部结构示意图；

图5是本发明实施例的a处放大结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图4所示，一种3d增材运动系统，包括底座1，底座1上端设有对称分布的底端部滑轨11，底端部滑轨11上安装有滑动的打印平台12，打印平台12正上方安装有镜像分布沿着x方向移动的x方向滑块2，x方向滑块2正下方均安装喷头支架20，喷头支架20上固定安装有喷头21，喷头21内缠绕有电加热丝；使用时，当纤维复合条3伸入至喷头21内，电加热丝将纤维复合条3融化，融化后的纤维复合条3从喷头21喷出，进行3d打印，本发明每层打印均采用两个镜像分布的喷头21同时向打印中心位置移动，在喷头21移动过程中，根据事先设定好的位置进行纤维复合条3喷出进行打印，相对于现有，每层均由单个喷头21进行打印，提高打印效率。

底座1上安装有平台驱动电机13，平台驱动电机13输出端设有平台驱动螺纹杆14，其中平台驱动电机13与平台驱动螺纹杆14之间通过螺纹配合连接；使用时，平台驱动电机13驱动平台驱动螺纹杆14转动，带动打印平台12进行移动，实现打印平台12位置调节。

喷头支架20上端设有旋转电机22，旋转电机22上端设有旋转轴23，旋转轴23上端设有支撑盘24，支撑盘24上端设有轴向分布的卷辊25，卷辊25上裹卷有纤维复合条3，支撑盘24上开设有与卷辊25一一对应穿孔241，穿孔241下端设有夹紧套26，夹紧套26内设有弹性卡片。

使用时，卷辊25上的纤维复合条3穿过穿孔241，弹性卡片对纤维复合条3具有一定的夹持力，由于支撑盘24上设有多个卷辊25，此时多个卷辊25之间裹卷的纤维复合条3不局限于同一类型纤维复合条3，若多个卷辊25之间裹卷的同一类型纤维复合条3，可以理解为用作打印过程中，同一类型纤维复合条3进行补充，若多个卷辊25之间裹卷的不同类型纤维复合条3时，可以理解为用作打印过程中，根据实际打印需求进行切换不同类型纤维复合条3，实现多材料打印。

支撑盘24下端设有与夹紧套26一一对应伸缩杆27，伸缩杆27上套设有弹簧28，伸缩杆27底端设有夹条29，夹条29一端设有对称分布的弧形弹性片291，未受到外力作用时，对称分布的弧形弹性片291将伸入至弧形弹性片291之间的纤维复合条3前端进行夹持，由于弹簧28张力作用，使处于弧形弹性片291与夹紧套26之间的纤维复合条3处于绷直状态。

如图5所示，其中，弧形弹性片291相互之间形成喇叭状开口，当外力挤压弧形弹性片291时，弧形弹性片291向两外侧张开，使弧形弹性片291对之间的纤维复合条3进行松弛。

喷头支架20上端设有电动缸支撑块4，电动缸支撑块4上设有电动缸41，电动缸41的收缩杆顶端设有挤压转盘支撑块42，挤压转盘支撑块42一端开设有活动槽421，活动槽421内转动安装有挤压转盘支撑轴，挤压转动支撑轴上固定安装有挤压转盘43，挤压转盘支撑轴与挤压转盘驱动电机44输出端固定连接，其中挤压转盘驱动电机44固定安装在挤压转盘支撑块42侧壁。

使用时，电动缸41的收缩杆驱动挤压转盘支撑块42运动至喷头21正上方，同时旋转电机22通过旋转轴23驱动支撑盘24转动，使目标卷辊25对应的纤维复合条3前端处于喷头21正上方，即挤压转盘支撑块42以及弧形弹性片291处于喷头21正上方时，挤压转盘支撑块42挤压弧形弹性片291，使弧形弹性片291撑开，此时弧形弹性片291对之间的纤维复合条3进行松弛，在此期间，挤压转盘43挤压纤维复合条3，此时启动挤压转盘驱动电机44，挤压转盘驱动电机44驱动挤压转盘43转动，挤压转盘43通过摩擦力使纤维复合条3均速向下延伸，当纤维复合条3延伸至喷头21内部时，电加热丝将纤维复合条3融化，融化后的纤维复合条3从喷头21喷出，进行3d打印，由于纤维复合条3均速向下延伸，即喷头21单位时间内喷出的融化纤维复合条3量为一定的，即实现喷头21喷出均匀；当喷头21无需喷出融化纤维复合条3时，关闭喷头21和挤压转盘驱动电机44，实现喷头21停止喷出。

喷头支架20正下方安装有刮取仓5，刮取仓5仓口前端设有刮刀51，在进行3d打印过程中，由于喷头21运动懈怠或者涂喷不均匀，而产生打印层出现多余余量时，即打印层模型高度大于设定值时，通过刮刀51进行刮除，使打印层处于设定值，刮除的余量纤维复合材料进入至刮取仓5内。

刮取仓5上端设有对称分布的升降套52，其中喷头支架20上设有刮取仓升降电机53，刮取仓升降电机53输出端设有升降螺杆54，升降螺杆54与任一升降套52之间通过螺纹配合连接，同时喷头支架20下端设有升降导柱，升降导柱与另一个升降套52之间滑动连接；使用时，刮取仓升降电机53驱动升降螺杆54转动，带动刮取仓5上下高度调节，实现刮取仓5高度设定。

刮取仓5内攘嵌有电加热丝，电加热丝对余量纤维复合材料进行融化，x方向滑块2上设有余量储液罐56，余量储液罐56与刮取仓5之间通过连通管57连通，刮取仓5内设有高粘度泵，通过高粘度泵将刮取仓5内融化的纤维复合材料进行抽送至余量储液罐56内，完成对余量纤维复合材料进行收集。

如图2和图3所示，打印平台12上端固定安装有z轴导轨6，z轴导轨6上安装有沿着z轴导轨6上下滑动的上端支撑平台61，同时打印平台12上端固定安装有z轴驱动电机62，z轴驱动电机62输出端设有z轴螺纹杆63，z轴螺纹杆63与上端支撑平台61通过螺纹配合连接；使用时，z轴驱动电机62通过z轴螺纹杆63驱动上端支撑平台61沿着z轴方向移动，实现上端支撑平台61高度位置调节。

上端支撑平台61下端安装有y轴导轨64，y轴导轨64上安装有沿着y轴导轨64滑动的x方向支撑平台65，同时上端支撑平台61下端固定安装有y轴驱动电机66，y轴驱动电机66输出端设有y轴螺纹杆67，y轴螺纹杆67与x方向支撑平台65通过螺纹配合连接；使用时，y轴驱动电机66通过y轴螺纹杆67驱动x方向支撑平台65沿着y轴方向移动，实现x方向支撑平台65的y方向位置调节。

x方向支撑平台65下端安装有x轴导轨7，其中x方向滑块2沿着x轴导轨7滑动，x方向支撑平台65下端固定安装有对称分布的x轴驱动电机8，x轴驱动电机8输出端设有x轴螺纹杆81，x轴螺纹杆81分别与对应的x方向滑块2通过螺纹配合连接；使用时，独立驱动x轴驱动电机8，x轴驱动电机8通过x轴螺纹杆81驱动x方向滑块2沿着x轴方向移动，实现x方向滑块2的x方向位置调节。

一种3d增材运动系统的使用方法，包括以下步骤：

第一步，z轴驱动电机62通过z轴螺纹杆63驱动上端支撑平台61沿着z轴方向移动，实现上端支撑平台61高度位置调节，即实现调节喷头21至指定高度位置；

第二步，y轴驱动电机66通过y轴螺纹杆67驱动x方向支撑平台65沿着y轴方向移动，实现x方向支撑平台65的y方向位置调节；以及x轴驱动电机8通过x轴螺纹杆81驱动x方向滑块2沿着x轴方向移动，实现x方向滑块2的x方向位置调节，使喷头21到达指定位置，准备进行打印；

第三步，纤维复合条3伸入至喷头21内，电加热丝将纤维复合条3融化，融化后的纤维复合条3从喷头21喷出，进行3d打印，本发明每层打印均采用两个镜像分布的喷头21同时向打印中心位置移动，在喷头21移动过程中，根据事先设定好的位置进行纤维复合条3喷出进行打印；

第四步，当需要更换纤维复合条3时，电动缸41的收缩杆驱动挤压转盘支撑块42运动至喷头21正上方，同时旋转电机22通过旋转轴23驱动支撑盘24转动，使目标卷辊25对应的纤维复合条3前端处于喷头21正上方，使挤压转盘支撑块42以及弧形弹性片291处于喷头21正上方时，挤压转盘支撑块42挤压弧形弹性片291，使弧形弹性片291撑开，此时弧形弹性片291对之间的纤维复合条3进行松弛，在此期间，挤压转盘43挤压纤维复合条3，此时启动挤压转盘驱动电机44，挤压转盘驱动电机44驱动挤压转盘43转动，挤压转盘43通过摩擦力使纤维复合条3均速向下延伸，当纤维复合条3延伸至喷头21内部时，电加热丝将纤维复合条3融化，融化后的纤维复合条3从喷头21喷出，进行3d打印，由于纤维复合条3均速向下延伸，即喷头21单位时间内喷出的融化纤维复合条3量为一定的，即实现喷头21喷出均匀；

第五步，3d打印过程中，通过刮刀51进行刮除，使打印层处于设定值，刮除的余量纤维复合材料进入至刮取仓5内；

第六步，刮取仓5内电加热丝对余量纤维复合材料进行融化，高粘度泵将刮取仓5内融化的纤维复合材料进行抽送至余量储液罐56内，完成对余量纤维复合材料进行收集；

第七步，当喷头21无需喷出融化纤维复合条3时，关闭喷头21和挤压转盘驱动电机44，实现喷头21停止喷出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。