[發(fā)明專利]一種基于FDM技術(shù)的數(shù)控成型設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610259566.5
• 申請(qǐng)日: 2016-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105666888B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬申宇;王哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馬申宇
• 主分類號(hào): B29C64/118
• 分類號(hào): B29C64/118;B29C64/20;B29C64/227;B29C64/245;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于熔融堆積(FDM)技術(shù)的數(shù)控成型設(shè)備，用于模具制造、非標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)、復(fù)雜構(gòu)造體加工等相關(guān)工業(yè)制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

FDM技術(shù)，即熔融層積技術(shù)，F(xiàn)used Deposition Modeling的簡(jiǎn)稱，又可以稱為熔融堆積技術(shù)，是快速成型技術(shù)的一種。這種技術(shù)的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、PC、尼龍等，使用線材供料。

FDM技術(shù)現(xiàn)主要用于3D打印機(jī)等制造設(shè)備上，基于FDM的3D打印機(jī)的工藝原理主要利用細(xì)絲狀原材料以及可熔的支撐材料從位于材料艙室的自動(dòng)加載器向上傳送到擠壓頭。在擠壓頭部，材料加熱到半液態(tài)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)擠壓噴頭嘴的擠壓，擠出半流動(dòng)的材料，在成形基底上沉積成非常精確的薄層。打印頭在坐標(biāo)軸X、Y方向移動(dòng)，沉積基底沿著Z軸下降，成形好的原型及其支撐材料從下向上層層沉積。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)形狀發(fā)生較大的變化時(shí)，上層輪廓就不能給當(dāng)前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設(shè)計(jì)一些輔助結(jié)構(gòu)－“支撐”，對(duì)后續(xù)層提供定位和支撐，以保證成形過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)。

這種技術(shù)不用激光，使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。用ABS制造的原型因具有較高強(qiáng)度，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)又開(kāi)發(fā)出PC，PC/ABS，PPSF等更高強(qiáng)度的成形材料，使得該技術(shù)有可能直接制造功能性零件。由于這種技術(shù)具有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)發(fā)展極為迅速，目前FDM系統(tǒng)在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30％。

FDM增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要在于:(1)、沒(méi)有易損件，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本和維護(hù)成本低。(2)、塑料絲材，容易清潔，更換，保存：與其他使用粉末和液態(tài)材料的技術(shù)相比，絲材更加清潔，易于更換、保存，不會(huì)在設(shè)備中或附近形成粉末或液體污染。(3)、后處理簡(jiǎn)單：僅需要幾分鐘到一刻鐘的時(shí)間剝離支撐，原型即可使用。而現(xiàn)在應(yīng)用較多的SLA，SLS，3DP等技術(shù)均存在清理殘余液體和粉末的步驟，并且需要進(jìn)行后固化處理，需要額外的輔助設(shè)備。這些額外的后處理工序一是容易造成粉末或液體污染，二是增加了幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。(4)、成型速度較快：FDM技術(shù)可通過(guò)減小原型密實(shí)程度的方法提高成型速度。通過(guò)試驗(yàn)，具有某些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的模型，最高成型速度已經(jīng)可以達(dá)到60立方厘米/小時(shí)。通過(guò)軟件優(yōu)化及技術(shù)進(jìn)步，預(yù)計(jì)可以達(dá)到200立方厘米/小時(shí)的高速度。(5)、材料性能好，一直是FDM技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：其ABS原型強(qiáng)度可以達(dá)到注塑零件的三分之一，近年來(lái)又發(fā)展出PC，PC/ABS，PPSF等材料，強(qiáng)度已經(jīng)接近或超過(guò)普通注塑零件，可在某些特定場(chǎng)合(試用，維修，暫時(shí)替換等)下直接使用。在塑料零件領(lǐng)域，F(xiàn)DM技術(shù)是一種非常適宜的快速制造方式。

現(xiàn)有FDM技術(shù)3D打印機(jī)在成型過(guò)程中仍存在以下缺點(diǎn)：底板相對(duì)擠出噴口均具有三個(gè)自由度，即可沿X/Y/Z三個(gè)方向移動(dòng)，每層均為二維圖形，延Z軸向上逐層堆疊形成三維構(gòu)件。成型底面的選擇對(duì)切片方式和成型過(guò)程存在很大影響，構(gòu)件的探出部分、中空殼體、孔洞等結(jié)構(gòu)往往需添加支撐才可進(jìn)行打印過(guò)程，且在加工過(guò)程中容易發(fā)生變形。制造出的構(gòu)件在力學(xué)性能上呈現(xiàn)各向異性，構(gòu)件的層間抗剪切、拉伸的能力很弱，這也制約了現(xiàn)有FDM技術(shù)3D打印機(jī)對(duì)復(fù)雜受力構(gòu)件的加工成型。

在使用現(xiàn)有FDM成型設(shè)備進(jìn)行構(gòu)件加工時(shí)，為避免或優(yōu)化這些問(wèn)題，往往需要在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)避免某些復(fù)雜形狀的出現(xiàn)，成型工藝的單一也因此限制制約了利用增材制造進(jìn)行零件加工的設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，公開(kāi)了一種基于FDM技術(shù)的數(shù)控成型設(shè)備，本發(fā)明從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到FDM成型加工的過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，減少FDM技術(shù)工藝要求，提供一種工藝性好、適合工業(yè)原型制造、以熔融堆積為核心技術(shù)的數(shù)控成型設(shè)備。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于FDM技術(shù)的數(shù)控成型設(shè)備，包括X-Y-Z軸向平移組件、A-B-C軸向旋轉(zhuǎn)組件和電控組件；所述X-Y-Z軸向平移組件包括底座、框架、材料擠出機(jī)、X向線性導(dǎo)軌、Y向線性導(dǎo)軌、Z軸升降臺(tái)和Z軸螺桿步進(jìn)電機(jī)；所述A-B-C軸向旋轉(zhuǎn)組件包括A軸電機(jī)座、A軸步進(jìn)電機(jī)、B軸電機(jī)轉(zhuǎn)座、B軸步進(jìn)電機(jī)、C軸電機(jī)支架、C軸步進(jìn)電機(jī)和工作底盤(pán)；

上述的A軸電機(jī)座固定在Y向線性導(dǎo)軌的滑塊上，A軸步進(jìn)電機(jī)安裝在A軸電機(jī)座上，驅(qū)動(dòng)B軸電機(jī)轉(zhuǎn)座繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)；B軸步進(jìn)電機(jī)安裝在B軸電機(jī)轉(zhuǎn)座上，驅(qū)動(dòng)C軸電機(jī)支架繞B軸轉(zhuǎn)動(dòng)；C軸步進(jìn)電機(jī)安裝在C軸電機(jī)支架上，驅(qū)動(dòng)工作底盤(pán)繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)。