一种精准陶瓷3D打印机论文和设计-郑晓卫

全文摘要

本实用新型公开了一种精准陶瓷3D打印机，包括支架，打印框架，打印底板，升降架，打印头，移动装置与供料桶，所述打印框架放置于所述支架上，所述升降架固定在所述打印框架的底部，所述打印底板固定在所述升降架上，所述移动装置固定在所述打印框架的顶部，所述打印头安装在所述移动装置上，所述供料桶与所述打印头管道相连。本实用新型还提供了一种精准陶瓷3D打印机的打印方法。本实用新型的一种精准陶瓷3D打印机及其打印方法解决了FDM类3D打印机无法使用瓷泥作为原料进行3D打印的缺陷，并且直接通过数字化建模的形式来进行，精确陶瓷产品的制作，解决了很多传统陶瓷成型方式无法做出的产品，提高了陶瓷类产品的多样性与可创性。

主设计要求

1.一种精准陶瓷3D打印机，包括支架（1），打印框架（2），打印底板（3），升降架（4），打印头（6），移动装置（5）与供料桶（7），所述打印框架（2）放置于所述支架（1）上，所述升降架（4）固定在所述打印框架（2）的底部，所述打印底板（3）固定在所述升降架（4）上，所述移动装置（5）固定在所述打印框架（2）的顶部，所述打印头（6）安装在所述移动装置（5）上，所述供料桶（7）与所述打印头（6）管道相连，其特征在于：所述打印头（6）包括安装板（61），挤出电机（63），输送螺杆（65）与工作头（67），所述挤出电机（63）固定在所述安装板（61）上表面，所述工作头（67）固定在所述安装板（61）的下表面中心处，所述工作头（67）中心处设有贯穿所述工作头（67）并与所述输送螺杆（65）相匹配的工作槽，所述工作头（67）的侧面设有进料口（68），所述进料口（68）贯通所述工作头（67）并与所述工作槽中部想通，所述安装板（61）中部设有通孔，所述输送螺杆（65）的一端嵌套在所述工作槽中，另一端贯穿所述通孔与所述挤出电机（63）的转动轴相连，所述打印框架（2）分别与所述打印头（6）、所述供料桶（7）、所述升降架（4）、所述移动装置（5）电连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述供料桶（7）包括桶体（75），桶盖（72），推动板（73）与汽缸（71），所述桶盖（72）与所述桶体（75）相匹配并与所述桶体（75）可拆卸固定连接，所述汽缸（71）固定在所述桶盖（72）上，所述汽缸（71）的推杆贯穿所述桶盖（72）并与所述推动板（73）固定连接，所述推动板（73）与所述桶体（75）的内壁气密性连接，所述桶体（75）设有供料口（76），所述供料口（76）与所述进料口（68）管道相连。

3.根据权利要求2所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述推动板（73）上开设有至少一条凹槽，所述凹槽用于嵌套密封圈（74），所述桶体（75）顶部均匀设有至少3个锁紧柱（78），所述桶盖（72）的外边缘处对应设有与所述锁紧柱（78）相匹配的锁紧孔。

4.根据权利要求3所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述桶体（75）下方设有中空的垫架（77），所述垫架（77）固定在所述桶体（75）底部，所述垫架（77）上开设有若干镂空窗。

5.根据权利要求2所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述升降架（4）包括限位杆（41），移动杆（42），升降板（43），固定板（44）与升降电机，所述固定板（44）固定在所述打印框架（2）上，所述限位杆（41）两端分别固定连接所述打印框架（2）的底面与所述固定板（44），所述移动杆（42）为两根，分别对称设置在所述限位杆（41）的两侧，所述升降板（43）的端部套设在所述移动杆（42）与所述限位杆（41）上，所述移动杆（42）带动所述升降板（43）垂直移动，所述升降电机设置在所述打印框架（2）底部内并驱动所述移动杆（42），所述打印底板（3）固定安装在所述升降板（43）上。

6.根据权利要求5所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述移动装置（5）包括纵向移动结构（51）、横向移动结构（52）与承载板（53），所述纵向移动结构（51）固定在所述打印框架（2）的内顶部，所述横向移动结构（52）架设在所述纵向移动结构（51）上，所述承载板（53）架设在所述横向移动结构（52）上，所述打印头（6）安装在所述承载板（53）上。

7.根据权利要求6所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述纵向移动结构（51）包括纵向电机与两条纵向滑竿，所述纵向滑竿固定在所述打印框架（2）的顶部，所述纵向电机靠近所述纵向滑竿并固定在所述打印框架（2）的顶部，所述纵向滑竿上套有连接板，所述纵向电机的至少驱动一侧的所述连接板，所述横向移动结构（52）包括横向电机与两条横向滑竿，所述横向电机固定在一侧连接板上，所述横向滑竿的两端分别固定在两侧的连接板上，所述承载板（53）移动架设在两条所述横向滑竿上，所述横向电机驱动所述承载板（53）。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：还包括有联轴器（64）与针头（69），所述安装板（61）四周设置支撑柱（62），所述挤出电机（63）固定在所述支撑柱（62）上，所述联轴器（64）连接所述输送螺杆（65）与所述转动轴，所述工作头（67）的下方设有安装座，所述安装座中部中空并与所述工作槽相通，所述针头（69）安装在所述安装座上。

9.根据权利要求8所述的精准陶瓷3D打印机，其特征在于：所述打印框架（2）的底部设有控制终端（21），所述控制终端（21）与所述打印头（6）、所述供料桶（7）、所述升降架（4）、所述移动装置（5）电连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于陶瓷3D打印设备技术领域，具体地说，涉及一种精准陶瓷3D打印机。

背景技术

陶瓷是一种传统的无机材料，精美实用，已有近千年的历史。硬而脆的特点使陶瓷材料加工成型尤其困难，传统陶瓷制备工艺只能制造简单三维形状的产品，而且成本高、周期长。陶瓷3D打印技术的发展使复杂陶瓷产品的制备轻而易举，3D打印技术所具有的操作简单、速度快、精度高等优点也给陶瓷制造行业注入了新的活力。

市场上常见的3D打印机成型方式有FDM与DLP，FDM类3D打印机采用挤岀齿轮配个从动轮挤岀后加热线材成型，只能配合标准线材使用，无法打印陶瓷类无法制成线材后加热的材料，DLP的传统成型方式为在树脂中加入适量的光引发剂，用光源指定成型区域固化成型，而瓷泥加入其中会有很严重的沉淀，致使打印失败等问题，且解决该问题需要对陶瓷材料进行很严重的改造，成本居高不下，目前只适应特种陶瓷，普通日用陶瓷无法承受如此高昂的成本。

发明内容

本实用新型的所要解决的技术问题在于提供一种基于FDM类3D打印机改进的，使之能够直接使用陶瓷类泥料作为原料进行3D答应并且出泥量可精准控制的精准陶瓷3D打印机。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案为：

一种精准陶瓷3D打印机，包括支架，打印框架，打印底板，升降架，打印头，移动装置与供料桶，所述打印框架放置于所述支架上，所述升降架固定在所述打印框架的底部，所述打印底板固定在所述升降架上，所述移动装置固定在所述打印框架的顶部，所述打印头安装在所述移动装置上，所述供料桶与所述打印头管道相连，所述打印头包括安装板，挤出电机，输送螺杆与工作头，所述挤出电机固定在所述安装板上表面，所述工作头固定在所述安装板的下表面中心处，所述工作头中心处设有贯穿所述工作头并与所述输送螺杆相匹配的工作槽，所述工作头的侧面设有进料口，所述进料口贯通所述工作头并与所述工作槽中部想通，所述安装板中部设有通孔，所述输送螺杆的一端嵌套在所述工作槽中，另一端贯穿所述通孔与所述挤出电机的转动轴相连，所述打印框架分别与所述打印头、所述供料桶、所述升降架、所述移动装置电连接。

具体的，所述供料桶包括桶体，桶盖，推动板与汽缸，所述桶盖与所述桶体相匹配并与所述桶体可拆卸固定连接，所述汽缸固定在所述桶盖上，所述汽缸的推杆贯穿所述桶盖并与所述推动板固定连接，所述推动板与所述桶体的内壁气密性连接，所述桶体设有供料口，所述供料口与所述进料口管道相连。

具体的，所述推动板上开设有至少一条凹槽，所述凹槽用于嵌套密封圈，所述桶体顶部均匀设有至少3个锁紧柱，所述桶盖的外边缘处对应设有与所述锁紧柱相匹配的锁紧孔。

具体的，所述桶体下方设有中空的垫架，所述垫架固定在所述桶体底部，所述垫架上开设有若干镂空窗。

具体的，所述升降架包括限位杆，移动杆，升降板，固定板与升降电机，所述固定板固定在所述打印框架上，所述限位杆两端分别固定连接所述打印框架的底面与所述固定板，所述移动杆为两根，分别对称设置在所述限位杆的两侧，所述升降板的端部套设在所述移动杆与所述限位杆上，所述移动杆带动所述升降板垂直移动，所述升降电机设置在所述打印框架底部内并驱动所述移动杆，所述打印底板固定安装在所述升降板上。

具体的，所述移动装置包括纵向移动结构、横向移动结构与承载板，所述纵向移动结构固定在所述打印框架的内顶部，所述横向移动结构架设在所述纵向移动结构上，所述承载板架设在所述横向移动结构上，所述打印头安装在所述承载板上。

具体的，所述纵向移动结构包括纵向电机与两条纵向滑竿，所述纵向滑竿固定在所述打印框架的顶部，所述纵向电机靠近所述纵向滑竿并固定在所述打印框架的顶部，所述纵向滑竿上套有连接板，所述纵向电机的至少驱动一侧的所述连接板，所述横向移动结构包括横向电机与两条横向滑竿，所述横向电机固定在一侧连接板上，所述横向滑竿的两端分别固定在两侧的连接板上，所述承载板移动架设在两条所述横向滑竿上，所述横向电机驱动所述承载板。

具体的，还包括有联轴器与针头，所述安装板四周设置支撑柱，所述挤出电机固定在所述支撑柱上，所述联轴器连接所述输送螺杆与所述转动轴，所述工作头的下方设有安装座，所述安装座中部中空并与所述工作槽相通，所述针头安装在所述安装座上。

具体的，所述打印框架的底部设有控制终端，所述控制终端与所述打印头、所述供料桶、所述升降架、所述移动装置电连接。

本实用新型具有以下有益效果：基于FDM类3D打印机进行改进，解决了FDM类3D打印机无法使用瓷泥作为原料进行3D打印的缺陷，提高了陶瓷产品的设计制作成型时间，显著提升了陶瓷类艺术产品的成型时效，对操作工作的技术能力要求大幅度降低，同时还使得陶瓷制品能够拥有批量化复制的能力，大大节约了人工成本，并且直接通过数字化建模的形式来进行，精确陶瓷产品的制作，解决了很多传统陶瓷成型方式无法做出的产品，提高了陶瓷类产品的多样性与可创性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为本实用新型打印框架的立体结构示意图。

图3为本实用新型打印框架的内部部件结构示意图。

图4为本实用新型供料桶的剖视结构示意图。

图5为本实用新型打印头的立体结构示意图。

图6为本实用新型打印头的剖面结构示意图。

附图中各序号表示的意义如下：

1支架，2打印框架，21控制终端，3打印底板，4升降架，41限位杆，42移动杆，43升降板，44固定板，5移动装置，51纵向移动结构，52横向移动结构，53承载板，6打印头，61安装板，62支撑柱，63挤出电机，64联轴器，65输送螺杆，66轴承，67工作头，68进料口，69针头，7供料桶，71汽缸，72桶盖，73推动板，74密封圈，75桶体，76供料口，77垫架，78锁紧柱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细说明。

实施例：

本实用新型实施例的一种精准陶瓷3D打印机如图1-6所示，包括支架，打印框架，打印底板，升降架，打印头，移动装置与供料桶，所述打印框架放置于所述支架上，所述升降架固定在所述打印框架的底部，所述打印底板固定在所述升降架上，所述移动装置固定在所述打印框架的顶部，所述打印头安装在所述移动装置上，所述供料桶与所述打印头管道相连，所述打印头包括安装板，挤出电机，输送螺杆与工作头，所述挤出电机固定在所述安装板上表面，所述工作头固定在所述安装板的下表面中心处，所述工作头中心处设有贯穿所述工作头并与所述输送螺杆相匹配的工作槽，所述工作头的侧面设有进料口，所述进料口贯通所述工作头并与所述工作槽中部想通，所述安装板中部设有通孔，所述输送螺杆的一端嵌套在所述工作槽中，另一端贯穿所述通孔与所述挤出电机的转动轴相连，所述打印框架分别与所述打印头、所述供料桶、所述升降架、所述移动装置电连接，所述打印框架的底部设有控制终端，所述控制终端与所述打印头、所述供料桶、所述升降架、所述移动装置电连接。控制终端是整台精准陶瓷3D打印机的控制器，分别控制升降架与移动机构的相对运动、打印头的瓷泥挤出速率与供料桶的供料压力，通过一个控制终端进行控制，保证所有部件均能够同步进行，不会存在延时的情况。

具体的，所述供料桶包括桶体，桶盖，推动板与汽缸，所述桶盖与所述桶体相匹配并与所述桶体可拆卸固定连接，所述汽缸固定在所述桶盖上，所述汽缸的推杆贯穿所述桶盖并与所述推动板固定连接，所述推动板与所述桶体的内壁气密性连接，所述桶体设有供料口，所述供料口与所述进料口管道相连。供料桶采用汽缸的形式对桶体内部装的瓷泥进行施压，使瓷泥能够从供料口中流出，使整个汽缸能够适用于10L以上瓷泥的输送，同时加大了瓷泥的输送距离，进而保证精准陶瓷3D打印机的正常运作。

具体的，所述推动板上开设有至少一条凹槽，所述凹槽用于嵌套密封圈，所述桶体顶部均匀设有至少3个锁紧柱，所述桶盖的外边缘处对应设有与所述锁紧柱相匹配的锁紧孔。优选的，桶盖上还设于一个安全阀，防止供料桶内的压力过高导致爆缸的情况发生。

具体的，所述桶体下方设有中空的垫架，所述垫架固定在所述桶体底部，所述垫架上开设有若干镂空窗。镂空窗用于软管连接供料口，保证了当供料桶放置在地面时，软管能够顺畅的与供料口连接，进而使供料顺畅。

具体的，所述移动装置包括纵向移动结构、横向移动结构与承载板，所述纵向移动结构固定在所述打印框架的内顶部，所述横向移动结构架设在所述纵向移动结构上，所述承载板架设在所述横向移动结构上，所述打印头安装在所述承载板上。具体的，所述纵向移动结构包括纵向电机与两条纵向滑竿，所述纵向滑竿固定在所述打印框架的顶部，所述纵向电机靠近所述纵向滑竿并固定在所述打印框架的顶部，所述纵向滑竿上套有连接板，所述纵向电机的至少驱动一侧的所述连接板，所述横向移动结构包括横向电机与两条横向滑竿，所述横向电机固定在一侧连接板上，所述横向滑竿的两端分别固定在两侧的连接板上，所述承载板移动架设在两条所述横向滑竿上，所述横向电机驱动所述承载板。承载板在纵向移动结构与横向移动结构的相互配合下，实现在同一水平面上的X，Y轴运动，能够直接覆盖整个打印底板，进而保证打印的正常进行。

具体的，还包括有联轴器与针头，所述安装板四周设置支撑柱，所述挤出电机固定在所述支撑柱上，所述联轴器连接所述输送螺杆与所述转动轴，所述工作头的下方设有安装座，所述安装座中部中空并与所述工作槽相通，所述针头安装在所述安装座上。联轴器使输送螺杆与转动轴的连接更为稳定，保证挤出电机的动力均匀传输到输送螺杆上，并且通过调节挤出电机的功率，可以调整输送螺杆的转动速度，进而调节瓷泥的输送量，达到精准控制。

具体的，所述安装板的下方中部开设有与所述工作头相匹配的凹槽，所述工作头固定在所述凹槽中。具体的，所述工作头的顶部位于所述工作槽的上方设有与所述输送螺杆相匹配的轴承，轴承的顶面与所述工作头的顶面处于同一平面。具体的，所述轴承下方设有与所述输送螺杆相匹配的油封，所述油封完全贴合所述输送螺杆。轴承的设置，能够控制输送螺杆同心度，以保证输送螺杆不会偏摆，而油封的设置，能够有效的防止因输送螺杆反转或停转时，瓷泥因压力问题从输送螺杆上方挤出的情况发生。

具体的，所述工作头呈倒锥形。具体的，所述安装座上设有固定螺栓，用于固定所述针头。针头通过固定螺栓的控制，可以拆卸更换，进而可以适用于不同大小的针头，以达到打印不同尺寸及不同结构的目的。

本实用新型解决上述技术问题还提供了另一技术方案为：

一种应用于如上述精准陶瓷3D打印机的打印方法，包括如下步骤：

泥料灌装，将3D打印专用瓷泥灌装入供料桶中备用；选用对应的瓷泥，本实施例中所述的瓷泥均为3D打印专用泥浆，普通传统工艺上适用的瓷泥无法用于3D打印机。

底板安装，将打印底板安装到升降架的升降板上；底板是打印品的承载物，因此，在打印之前先进行安装，并且使其固定在升降板上，以达到稳固承载打印品的目的。

打印头安装，按照需求选用对应的针头安装在打印头上，然后将打印头放置到承载板上；承载板上设有与打印头相互配合的设置，使打印头能够快速安装，在打印头安装之前，提前安装好对应的针头，以备用。

设备连接，首先将供料桶的供料口与打印头的进料口用软管相连，然后将打印头、供料桶分别通过连接线与控制终端电连接，升降架、移动装置默认与控制终端电连接；即升降架、移动装置无需手动进行连接，供料口与进料口之间的连接方式是在打印头安装的同时，将软管连接好。

储存调用，将存有打印品3D文件的存储卡插入控制终端，由控制终端直接控制调用将要打印的打印品3D文件；打印品3D文件先在电脑上进行设计，设计好后保存成3D打印机能够调用的格式保存在存储卡中，进而保证打印品3D文件能够被控制终端所识别并调用。

参数设置，依照打印品3D文件中所需的参数，调节供料桶的供料压力，供料压力为0.5MPA-0.7MPA；该压力能够有效的保证瓷泥的运输。

开始打印，参数设置完成后，通过控制终端启动打印，设备进入自动打印状态；3D打印机将按照3D文件的参数，对应调节升降架、移动装置的移动与打印头的挤出速率，进而打印出打印品。

打印品取出，自动打印完成后，打印品成型在打印底板上，将打印底板拆卸出来，连通打印品取出，进入其他工序。打印品完成后还需要进行风干、烧成等工艺，与本申请无关，故不详述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

设计图

一种精准陶瓷3D打印机论文和设计

一种精准陶瓷3D打印机论文和设计-郑晓卫

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主设计要求

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设计说明书

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