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专利号: 2022101470009
申请人: 大连工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种食用明胶3D打印装备,其特征在于,包括变压变温挤出单元、数控传动单元、挤出制冷单元以及控制箱;

所述挤出制冷单元包括保温箱(1),所述保温箱(1)前部设有箱门,所述保温箱(1)内正对所述箱门的一侧固定装有成型室壁挂制冷板(15),所述保温箱(1)内一侧安装成型室温度传感器(14),所述保温箱(1)内底部装有制冷压缩机(20),所述制冷压缩机(20)与制冷液循环泵(22)相连接,所述制冷液循环泵(22)安装在所述保温箱(1)内底部,所述制冷液循环泵(22)上固定装有第一支撑板,所述第一支撑板上装有数控传动单元;

所述数控传动单元包括X轴电机(26),所述X轴电机(26)的旋转端固定安装X轴丝杠(21),所述X轴丝杠(21)的另一端通过轴承转动连接在第一轴承座上,所述第一轴承座安装在所述第一支撑板上,所述X轴丝杠(21)上装有可沿所述X轴丝杠(21)移动的X轴丝母,所述X轴丝母上固定装有第二支撑板,所述X轴丝杠(21)的两侧对称安装两个X轴导向柱,每个所述X轴导向柱分别由两个支撑座固定在所述第一支撑板上,每个所述X轴导向柱上滑动连接一个导向柱支撑块,所述导向柱支撑块固定在所述第二支撑板的下平面上;

所述第二支撑板上靠近所述保温箱(1)箱门的一侧固定安装一个Y轴电机(25),所述Y轴电机(25)的旋转端固定安装Y轴丝杠(18),所述Y轴丝杠(18)与所述X轴丝杠(12)在水平方向互相垂直,所述Y轴丝杠(18)的另一端通过轴承转动连接在第二轴承座上,所述第二轴承座安装在所述第二支撑板上,所述Y轴丝杠(18)上装有可沿所述Y轴丝杠(18)移动的Y轴丝母,所述Y轴丝母上固定装有成型平台制冷板(2),所述Y轴丝杠(18)的两侧对称安装两个Y轴导向柱,每个所述Y轴导向柱分别由两个支撑座固定在所述第二支撑板上,每个所述Y轴导向柱上滑动连接一个导向柱支撑块,所述导向柱支撑块固定在所述成型平台制冷板(2)的下平面上,所述成型平台制冷板(2)内装有成型平台温度传感器,所述成型平台制冷板(2)的一侧装有冷却管,所述冷却管通过成型平台制冷板循环冷却液管道(19)与所述制冷液循环泵(22)相连接;

所述第一支撑板上相对于所述保温箱(1)的箱门一侧竖直安装一条传送槽,所述传送槽内垂直安装一条导轨,所述导轨上滑动连接滑块,所述滑块上固定安装U轴电机(24),所述U轴电机(24)内穿接一条U轴丝杠(16),所述U轴丝杠(16)的两端固定在所述传送槽的上下两端,所述U轴电机(24)上固定安装Z轴连接架,所述Z轴连接架的自由端上平面装有变压变温挤出单元;

所述变压变温挤出单元包括支撑架,所述支撑架安装在所述Z轴连接架的自由端的上平面,所述连接架的自由端的下平面装有变温料筒(3),所述支撑架上端设有通孔,所述支撑架上安装Z轴电机(23),所述Z轴电机(23)内穿设Z轴丝杠(6),所述Z轴丝杠(6)的另一端穿过所述Z轴连接架并连接变压活塞(17),所述变压活塞(17)置于所述变温料筒(3)内,所述变压活塞(17)的活塞杆上装有气压传感器连接阀(4),所述气压传感器连接阀(4)通过导管连接气压传感器(5),所述气压传感器(5)安装在所述支撑架的一侧;

所述变温料筒(3)包括不锈钢料筒(27),所述不锈钢料筒(27)外侧套接硅胶加热筒(28),所述硅胶加热筒(28)外侧套接保温套(29),所述保温套(29)下平面螺接挤出喷嘴(30),所述挤出喷嘴(30)的另一端穿设在所述不锈钢料筒(27)内,所述保温套(29)上安装料筒温度传感器(31),所述料筒温度传感器(31)的测温端穿过所述保温套(29)与所述硅胶加热筒(28)连接在所述不锈钢料筒(27)外侧;

所述控制箱安装在所述保温箱(1)的顶端,所述控制箱前侧装有总机开关(12)、急停开关(13)以及多通道PID控制器(7),所述控制箱内安装直流电源(10),所述直流电源与固态继电器(9)连接,所述固态继电器(9)分别与所述多通道PID控制器(7)、电机驱动器(8)以及运动控制器(11)连接。

2.根据权利要求1所述食用明胶3D打印装备,其特征在于,所述成型平台制冷板(2)内有密排水路,并采用循环冷却液制冷方式。

3.根据权利要求1所述食用明胶3D打印装备,其特征在于,所述U轴电机(24)以及所述Z轴电机(23)均为精密丝杠贯通式电机。

4.根据权利要求1所述食用明胶3D打印装备,其特征在于,所述变压活塞(17)的活塞杆为中空结构,所述气压传感器连接阀(4)与所述中空结构连接。

5.一种权利要求1所述食用明胶3D打印装备的控制系统,其特征在于,包括PID加热控制单元、PID压力控制单元、PID制冷控制单元、3D打印轨迹运动及耦合控制单元以及上位机电脑;

所述PID加热控制单元包括PID温控器、所述固态继电器(9)、所述硅胶加热筒(28)、所述料筒温度传感器(31),所述PID温控器设置在所述多通道PID控制器(7)内,所述PID温控器通过485总线与所述上位机电脑主机双向连接并实时通讯,所述PID温控器通过485总线与所述料筒温度传感器(31)连接,并读取温度传感器反馈的温度模拟信号,传输至所述上位机电脑主机,所述PID温控器通过485总线与所述固态继电器连接,所述固态继电器(9)与所述硅胶加热筒(28)连接,所述上位机电脑把数字信号传递给所述PID温控器,所述PID温控器根据设定的温度值通过所述固态继电器(9)控制所述硅胶加热筒(28)的通断电;

所述PID压力控制单元包括PID压力控制器、所述电机驱动器(8)、所述运动控制器(11)、气压传感器(5),所述PID压力控制器设置在所述多通道PID控制器(7)内,所述PID压力控制器通过485总线与所述上位机电脑主机双向连接并实时通讯,所述PID压力控制器通过485总线与所述气压传感器(5)连接,并接收所述气压传感器(5)接收的压力模拟信号,再传递到所述上位机电脑主机,所述PID压力控制器与所述运动控制器(11)连接,并根据上位机电脑主机接收的压力值向所述运动控制器(11)传递数字信号,所述运动控制器(11)与所述电机驱动器(8)连接,所述电机驱动器(8)与所述Z轴电机(23)连接,并传递控制数字信号来驱动所述Z轴电机(23)以控制所述变压活塞(17)在料筒内的运动速度与距离;

所述PID制冷控制单元包括PID温度控制器、所述固态继电器(9)、所述制冷压缩机(20)、所述成型室壁挂制冷板(15)、所述成型平台制冷板(2)、所述制冷液循环泵(22)、所述成型室温度传感器(14)、成型平台温度传感器,所述PID温度控制器设置在所述多通道PID控制器(7)内,所述PID温度控制器通过485总线与所述上位机电脑主机双向连接并实时通讯,所述PID温度控制器通过485总线分别与所述成型室温度传感器(14)和成型平台温度传感器连接,并接收所述成型室温度传感器(14)和成型平台温度传感器反馈的温度模拟信号,再传递给所述上位机电脑主机,所述PID温度控制器与所述固态继电器(9)连接,所述固态继电器(9)分别与所述制冷压缩机(20)、所述成型室壁挂制冷板(15)、所述成型平台制冷板(2)、所述制冷液循环泵(22)连接,所述PID温控器根据上位机电脑主机设定的温度值向对应的固态继电器(9)传递数字信号,以控制所述制冷压缩机(20)、所述成型室壁挂制冷板(15)、所述成型平台制冷板(2)和所述制冷液循环泵(22)的工作;

所述3D打印轨迹运动及耦合控制单元包括多轴连续插补运动控制和压力、加热、制冷、XY插补运动耦合控制,所述上位机电脑主机接收所述PID压力控制器及PID温度控制器反馈的压力模拟信号及温度模拟信号,所述上位机电脑主机的控制程序将运动轨迹数据G代码进行逐行拆解,并根据材料的流动性、工艺实验、筒内压力及算法修改所述挤出喷嘴(30)移动时对应的挤出运动代码,所述上位机电脑主机再通过对应的挤出运动代码向所述运动控制器(11)传递数字信号,所述运动控制器(11)与所述电机驱动器(8)连接,所述电机驱动器(8)分别与所述X轴电机(26)和所述Y轴电机(25)连接,并传递数字控制信号。

6.根据所述权利要求5所述食用明胶3D打印装备的控制系统,其特征在于,所述电机驱动器(8)根据所述运动控制器(11)传递数字信号向所述Z轴电机(23)传递挤出量的实时补偿数字控制信号。