管道内壁3D打印机研究

侧面伸出一个垂直于电机轴的伸缩杆，电机控制伸缩杆沿着管 道内壁做圆周运动，而管道内壁行走装置控制管道内壁 ３Ｄ打 印机在管道内壁进行轴向运动。伸缩杆的顶部安装有 ３Ｄ打印 头，３Ｄ打印头可以对管道内壁进行 ３Ｄ打印。通过行走装置的 轴向运动和伸缩杆的圆周运动，可以让 ３Ｄ打印头移动到管道 内壁的任何一个位置并进行 ３Ｄ打印，之所以要设置成伸缩杆 是因为在管道内壁打印出的图形是立体的。３Ｄ打印机示意图 如下图所示。
. Al阶l段R［１］i［２g］。ht该s技术R一es方e面r可ve以d有.一定的应用前景，另一方面也
是对传统 ３Ｄ打印技术的补充，可以开拓学生的思路，起到更好 地培养人才的作用。
２管道内壁 ３Ｄ打印的优势及机构的行走 管状物是一种常见的结构，典型结构是管道。让管道内壁 呈现出一定的花纹可以使其更生动，普通的运输用的管道是不 用雕刻的，但 一 些 用 于 展 示 的 管 道 则 需 要 雕 刻，如 肝 内 管 道 模 型，为了使其 更 生 动，需 要 在 管 道 内 雕 刻 成 实 际 胆 管 形 状 并 涂 色［３］，使用 ３Ｄ打印技术也可实现管道内壁产生图案的功能，而 且不用涂色，直接使用所需颜色的 ３Ｄ打印材料进行打印即可。 ３Ｄ打印相对雕刻来说还有一个好处是即使对于很薄的管道也 适用，因为雕刻属于减材制造，对于很薄的管道难以进行有效的 处理，会使管道过薄影响强度甚至穿孔，而 ３Ｄ打印属于增材内 壁打印一些附属结构，如安装挂钩，对于很长的管道直接安装比 较困难，而随着 ３Ｄ打印技术的成熟打印一个则较为容易。要对 管道内壁进行有效的 ３Ｄ打印，需要打印机能够在管道内壁行 走，而管道内壁行走装置市场上有很多，而且几乎什么规格的都 有，故没有必要专门制造，可以从市场上购买现成的管道内壁行 走装置进行改装，以节约成本。能够在管道内壁行走的行走机 构由 ３个的支架组成，３个直接连接在中间一根中心杆上，每个 支架与其余两个支架的角度均为 １２０°，支架的末端连有 ２个轮 子。市场上的行走机构有两种，一种本身没有动力，无法直接行 走，需要有人拿着一根绳子在外面拉着；另一种可以主动行走， 行走甚至可以受单片机控制，末端的滚轮包括主动轮和从动轮， 主动轮与电机连接，受电机驱动，从动轮负责支撑。管道内壁 ３Ｄ 打印机应该选用能够在管道内壁自动行走的，因为 ３Ｄ打印对精 度有一定的要求，如果用手工拉动，精度无法保证。 ３管道内壁 ３Ｄ打印机研究 管道内壁 ３Ｄ打印机选用合适的管道内壁行走装置后，需 要在行走装置的前端安装 ３Ｄ打印装置，打印装置安装在行走 机构的中心杆上，与中心杆直接相连的是一个电机，电机轴从
科技创新 ＤＯＩ：１０．１９３９２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１７３４１．２０２０１９００９
管道内壁 ３Ｄ打印机研究
科技风 ２０２０年 ７月
杨 锋 卢 艳 王 丽 金礼舒
南通理工学院 江苏南通 ２２６００２
摘 要：３Ｄ打印技术已取得长足的发展，可以用于实体构件的打印，基于此原理研究出一种能够对管道内壁进行 ３Ｄ打印的 打印机。
关键词：管道内壁；３Ｄ打印；增材制造
１技术研究背景 ３Ｄ打印技术利用纸层叠、光固化等技术，它与普通打印的 原理相同，通过打印机内部的打印材料，按照相关控制程序打 印出实体的结构件。目前，３Ｄ打印技术已普遍用于工程制造， 尤其是对于非批 量 制 造 的 产 品，３Ｄ打 印 在 医 学 上 也 有 普 遍 的 应用，可以 ３Ｄ打印人体的牙齿和关节等。南通理工学院 ３Ｄ打 印技术研究所依托于增材制造实验室，成立于 ２０１５年 ９月，主 要研究三维 数 字 化 建 模，３Ｄ打 印 材 料、成 型 工 艺 及 装 备 的 研 发。在成立初期，我们采购了大量的 ３Ｄ打印设备，包括个人级 打印设备、专业级打印设备，甚至一台工业级光固化 ３Ｄ打印设 备，在发展过程中已成为江苏省设备较先进的 ３Ｄ打印中心。 除了购买设备外，我们也希望能自主研发一些具有特色的新型 ３Ｄ打印设备，我们 在 研 究 过 程 中 发 现，现 有 的 打 印 机，基 本 上 都是对一个平面物体作为基材进行打印的传统打印机，而对管 道内壁等特殊部位进行打印的非传统打印机很少，故我们研究 了一款用于管道内壁的非传统打印机，该技术已申报发明和实 用新型专利，实用新型专利已授权，发明专利已进入实质审查
管道内壁 ３Ｄ打印机 ３Ｄ打印机的打印 方 法 有 很 多 种，作 用 在 管 道 内 壁 用 送 丝 式的 ３Ｄ打印方法比较好，将 ３Ｄ打印材料制成打印丝，再通过 送丝装置将 ３Ｄ打印材料源源不断地送至 ３Ｄ打印头中，因为对 管道内壁进行 ３Ｄ打印时需要 ３Ｄ打印头做 ３６０°转动，所以像 光固化这种依赖于重力的 ３Ｄ打印方法无法正常使用。为了保 证送丝方便，需要在管道内壁行走机构的中心设置用于绕丝的 线圈，将 ３Ｄ打印丝缠绕在线圈上，通过放线装置来实现供丝， 否则打印丝容易搅进行走机构并影响打印机的行走。 对管道内壁进行 ３Ｄ打印时需要保证打印的精度，而如果 主动轮在管道内壁行走时打滑则打印精度无法保证，防止主动 轮打滑有两种办法，一种是在主动轮外侧安装防滑橡胶，但这 种办法只能减缓打滑，不一定能完全防止打滑；另一种方法是 在 ３Ｄ打印机远离 ３Ｄ打印头的端部安装激光测距仪，激光测距 仪正对着独立设置的激光测距仪挡板。管道内壁 ３Ｄ打印机在 管道内壁移动时，它的相对位置会发生改变，激光测距仪与激 光测距仪挡板的距离也会发生改变，故通过控制激光测距仪与 激光测距仪挡板的距离就可以实现管道内壁 ３Ｄ打印机对管道 内壁的精确打印，但激光测距仪的精度必须要满足要求。 ４结语 管道内壁的 ３Ｄ打印是对打印技术的新的构想，它破除了 传统的 ３Ｄ打印方式，是一种创新。 参考文献： ［１］杨锋，姜杰，林盛昌，等．一种管道内壁 ３Ｄ打印机［Ｐ］． 中国专利：２０１８２１９６６１２６．４，２０１９０６２５． ［２］杨锋，姜杰，林盛昌，等．一种管道内壁 ３Ｄ打印机［Ｐ］． 中国专利：２０１８１１４２６０３０．３，２０１９０２１５． ［３］汤陈琪，罗小龙，吕润潇，等．一种制作肝内管道标本的 雕刻涂色法［Ｊ］．四川解剖学杂志，２０１３，０２１（００２）：７７７９． 基 金 项 目：南 通 理 工 学 院 中 青 年 科 研 骨 干 培 养 计 划 （ＺＱＮＧＧ３１２） 作者简介：杨 锋 （１９８３—），男，江 苏 南 通 人，硕 士，工 程 师， 研究方向为金属表面处理与腐蚀防护、重工业、高等教育。