一種3d打印方法
【專利摘要】一種3D打印方法，通過(guò)在打印模型的中設(shè)置傳感器槽，在打印過(guò)程中暫停并放入傳感器，打印完成后在結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中，利用非接觸供電和非接觸通訊的方式采集應(yīng)力應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)的工件，使得3D打印技術(shù)能夠被適用于更多的復(fù)雜工件的加工，擴(kuò)展了3D打印技術(shù)的適用范圍。
【專利說(shuō)明】一種3D打印方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印技術(shù)，尤其是涉及一種3D打印方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印機(jī)的工作原理與普通打印機(jī)基本相同，是通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物，這是一項(xiàng)顛覆傳統(tǒng)制造工藝的技術(shù)革命。
[0003]3D打印直接利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維模型，無(wú)需刀具與模具，通過(guò)由點(diǎn)到線、由線到面、由面到體的分層離散與堆積過(guò)程，快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的制造。英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為，3D打印技術(shù)與其它數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，將推動(dòng)并實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命。目前，市場(chǎng)上已有各種商業(yè)化的3D打印方法及其裝備，包括光固化法、熔融沉積法、選區(qū)激光燒結(jié)法等。但現(xiàn)有的3D打印技術(shù)多數(shù)是針對(duì)需要打印的模型的尺寸和精度進(jìn)行優(yōu)化，簡(jiǎn)而言之就是要打的更大，更快和更光滑。然而這些模型無(wú)法反映出設(shè)計(jì)的更多信息，例如結(jié)構(gòu)合理性，薄弱點(diǎn)和穩(wěn)定性等，無(wú)法獲得應(yīng)力、應(yīng)變、形變等數(shù)據(jù)，這些屬性就不是僅僅能通過(guò)外觀帶來(lái)，更需要能夠得到3D打印模型的力學(xué)特點(diǎn)。
[0004]實(shí)際上3D打印對(duì)這些行業(yè)所能帶來(lái)的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此，由于3D打印的增量式打印流程，模型是自下而上逐層完成度，所以在打印進(jìn)行的過(guò)程中，我們可以在合適的位置埋入傳感器并且不影響打印的進(jìn)行從而得到一個(gè)外觀完整但內(nèi)部包含了傳感器的結(jié)構(gòu)模型。在這種模型上我們可以。
[0005]針對(duì)這一需求我們?cè)O(shè)計(jì)了內(nèi)嵌傳感式3D打印技術(shù)，結(jié)合3D打印技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)，該技術(shù)能顯著提高建筑模型驗(yàn)證和仿真的直觀性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種3D打印方法，通過(guò)開(kāi)展應(yīng)力測(cè)試并獲得應(yīng)力，應(yīng)變，形變等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種3D打印方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一:為需要打印的部件建模，在部件模型中設(shè)置若干傳感器槽；
[0010]步驟二:將建成的三維模型分割成二維截面，并將截面信息存儲(chǔ)于主控單元中，預(yù)先設(shè)定儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面的高度范圍；
[0011]步驟三:主控單元控制升降平臺(tái)上升，使金屬網(wǎng)距離噴頭下端若干毫米；主控單元控制儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面低于平臺(tái)金屬網(wǎng)的高度若干毫米，主控單元控制儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面的高度范圍保持不變；
[0012]步驟四:設(shè)定填充率為0，外殼層數(shù)為I ;主控單元調(diào)取第一層的橫截面信息，控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)座沿導(dǎo)軌架滑動(dòng)至第一層橫截面的邊緣坐標(biāo)的起始位置；
[0013]步驟五:主控單元控制擠出電機(jī)工作，膏狀材料從噴頭擠出，主控單元控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)座沿著第一層橫截面的邊緣移動(dòng)，材料固化粘貼在平臺(tái)金屬網(wǎng)上；
[0014]步驟六:當(dāng)?shù)谝粚哟蛴⊥戤吅?，主控單元通過(guò)Z軸電機(jī)控制升降平臺(tái)下降一層高度，儲(chǔ)液箱內(nèi)的液態(tài)材料流入殼體內(nèi)，對(duì)殼體內(nèi)部進(jìn)行填充，進(jìn)行下一層打印；
[0015]步驟七:當(dāng)打印設(shè)備完成傳感器槽的支撐段打印后，主控單元中斷打印，將打印頭歸位，工作面降至最低點(diǎn)，主控單元記錄打印頭位置、工作臺(tái)高度、擠出器溫度；
[0016]步驟八:將預(yù)設(shè)傳感器安裝到傳感器槽中；
[0017]步驟九:將打印設(shè)備恢復(fù)至中斷時(shí)的參數(shù)，校核打印頭位置、工作臺(tái)高度和擠出器溫度，啟動(dòng)3D打印設(shè)備，繼續(xù)打?。?br> [0018]步驟十:當(dāng)模型最后一二維層打印完成后，主動(dòng)單元控制線料擠出裝置停止擠出材料，物體打印完成。
[0019]優(yōu)選的，通過(guò)光柵傳感器記錄打印頭位置和工作臺(tái)高度。
[0020]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)傳感器為基于無(wú)線充電技術(shù)的傳感器。
[0021]優(yōu)選的，所述材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(Ρ0Μ)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或液態(tài)紫外線光固化樹(shù)脂。
[0022]3D建模軟件包括CAID和CAD兩類。
[0023]CAID類包括alias stud1, rhino等外觀設(shè)計(jì)軟件。
[0024]CAD 類包括 Pro/Engineer, UG (Unigraphics NX), CATIA, solidwork 等軟件。
[0025]本發(fā)明的有效果在于:
[0026]相比于現(xiàn)有的3D打印方法，本發(fā)明的方法能夠用于加工需要采集應(yīng)力應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)的工件，使得3D打印技術(shù)能夠被適用于更多的復(fù)雜工件的加工，擴(kuò)展了 3D打印技術(shù)的適用范圍。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面，結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0028]本發(fā)明的3D打印方法主要用于加工需要采集應(yīng)力應(yīng)變等參數(shù)的工件，如利用本發(fā)明的方法加工工件，其包括如下步驟:
[0029]步驟一:為需要打印的部件建模，在部件模型中設(shè)置若干傳感器槽；采用sli3r軟件將傳感器槽嵌入到已有的3D打印模型當(dāng)中，這部分傳感器在模型中占據(jù)的空間在打印過(guò)程中被留空，在放置傳感器后在上表面覆蓋打印模型材料；使得傳感器能夠無(wú)縫的融合到打印模型當(dāng)中。傳感器的嵌入位置由設(shè)計(jì)師按照需求手動(dòng)放置，或者使用已有的結(jié)構(gòu)分析軟件做預(yù)處理，在應(yīng)變或應(yīng)力超閾值點(diǎn)自動(dòng)放入。
[0030]步驟二:將建成的三維模型分割成二維截面，并將截面信息存儲(chǔ)于主控單元中，預(yù)先設(shè)定儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面的高度范圍；
[0031]步驟三:主控單元控制升降平臺(tái)上升，使金屬網(wǎng)距離噴頭下端若干毫米；主控單元控制儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面低于平臺(tái)金屬網(wǎng)的高度若干毫米，主控單元控制儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面的高度范圍保持不變；
[0032]步驟四:設(shè)定填充率為0，外殼層數(shù)為1 ;主控單元調(diào)取第一層的橫截面信息，控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)座沿導(dǎo)軌架滑動(dòng)至第一層橫截面的邊緣坐標(biāo)的起始位置；
[0033]步驟五:主控單元控制擠出電機(jī)工作，膏狀材料從噴頭擠出，主控單元控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)座沿著第一層橫截面的邊緣移動(dòng)，材料固化粘貼在平臺(tái)金屬網(wǎng)上；
[0034]步驟六:當(dāng)?shù)谝粚哟蛴⊥戤吅螅骺貑卧ㄟ^(guò)Z軸電機(jī)控制升降平臺(tái)下降一層高度，儲(chǔ)液箱內(nèi)的液態(tài)材料流入殼體內(nèi)，對(duì)殼體內(nèi)部進(jìn)行填充，進(jìn)行下一層打??；
[0035]步驟七:當(dāng)打印設(shè)備完成傳感器槽的支撐段打印后，主控單元中斷打印，將打印頭歸位，工作面降至最低點(diǎn)，為傳感器裝入工作留出足夠的空間。為了能夠在完成傳感器埋入后恢復(fù)打印指令，在打印停止時(shí)需要中斷打印時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)。這里的系統(tǒng)狀態(tài)包括，打印頭位置，工作臺(tái)高度和擠出器溫度。其中打印頭位置和工作臺(tái)高度是最為直觀且最為重要的狀態(tài)，打印頭和打印平臺(tái)的絕對(duì)位置通過(guò)在打印機(jī)中設(shè)置的光柵傳感器，使得能夠被記錄下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)精確的打印指令中斷和恢復(fù)。
[0036]步驟八:在打印機(jī)打印完成傳感器中段后，將打印頭和打印平臺(tái)歸位，預(yù)設(shè)傳感器安裝到傳感器槽中；
[0037]步驟九:在放置傳感器過(guò)程結(jié)束后，3D打印機(jī)恢復(fù)打印現(xiàn)場(chǎng)，校核打印頭位置、工作臺(tái)高度和擠出器溫度，啟動(dòng)3D打印設(shè)備，在傳感器上表面繼續(xù)打印作業(yè)；在這里中斷/恢復(fù)打印和放入傳感器的步驟是循環(huán)進(jìn)行的，即每放入一個(gè)傳感器都會(huì)執(zhí)行一遍上述流程，直至完成打印。
[0038]步驟十:當(dāng)模型最后一二維層打印完成后，主動(dòng)單元控制線料擠出裝置停止擠出材料，物體打印完成。
[0039]由于傳感器嵌入在模型內(nèi)部，采用使用了符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電技術(shù)，讀寫(xiě)器用主動(dòng)線圈向傳感器提供能量，傳感器在接收到讀寫(xiě)器的能量后，向電容充電，并將傳感值發(fā)送回來(lái)。讀寫(xiě)器采集到的傳感值可以作為分析軟件的輸入，同時(shí)結(jié)合仿真和實(shí)物模型試驗(yàn)，為可靠性驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)。
[0040]在本發(fā)明中，所述材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或液態(tài)紫外線光固化樹(shù)脂。
[0041]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟一:為需要打印的部件建模，在部件模型中設(shè)置若干傳感器槽； 步驟二:將建成的三維模型分割成二維截面，并將截面信息存儲(chǔ)于主控單元中，預(yù)先設(shè)定儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面的高度范圍； 步驟三:主控單元控制升降平臺(tái)上升，使金屬網(wǎng)距離噴頭下端若干毫米；主控單元控制儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面低于平臺(tái)金屬網(wǎng)的高度若干毫米，主控單元控制儲(chǔ)液罐內(nèi)的材料上表面的高度范圍保持不變； 步驟四:設(shè)定填充率為O，外殼層數(shù)為I ;主控單元調(diào)取第一層的橫截面信息，控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)座沿導(dǎo)軌架滑動(dòng)至第一層橫截面的邊緣坐標(biāo)的起始位置； 步驟五:主控單元控制擠出電機(jī)工作，膏狀材料從噴頭擠出，主控單元控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)座沿著第一層橫截面的邊緣移動(dòng)，材料固化粘貼在平臺(tái)金屬網(wǎng)上； 步驟六:當(dāng)?shù)谝粚哟蛴⊥戤吅螅骺貑卧ㄟ^(guò)Z軸電機(jī)控制升降平臺(tái)下降一層高度，儲(chǔ)液箱內(nèi)的液態(tài)材料流入殼體內(nèi)，對(duì)殼體內(nèi)部進(jìn)行填充，進(jìn)行下一層打??； 步驟七:當(dāng)打印設(shè)備完成傳感器槽的支撐段打印后，主控單元中斷打印，將打印頭歸位，工作面降至最低點(diǎn)，主控單元記錄打印頭位置、工作臺(tái)高度、擠出器溫度； 步驟八:將預(yù)設(shè)傳感器安裝到傳感器槽中； 步驟九:將打印設(shè)備恢復(fù)至中斷時(shí)的參數(shù)，校核打印頭位置、工作臺(tái)高度和擠出器溫度，啟動(dòng)3D打印設(shè)備，繼續(xù)打??； 步驟十:當(dāng)模型最后一二維層打印完成后，主動(dòng)單元控制線料擠出裝置停止擠出材料，物體打印完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印方法，其特征在于通過(guò)光柵傳感器記錄打印頭位置和工作臺(tái)高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)傳感器為基于無(wú)線充電技術(shù)的傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印方法，其特征在于所述材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或液態(tài)紫外線光固化樹(shù)脂。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK104260358SQ201410571560
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】姚川 申請(qǐng)人:姚川