CN101177073A - 三维打印机 - Google Patents

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CN101177073A CNA2007101107542A CN200710110754A CN101177073A CN 101177073 A CN101177073 A CN 101177073A CN A2007101107542 A CNA2007101107542 A CN A2007101107542A CN 200710110754 A CN200710110754 A CN 200710110754A CN 101177073 A CN101177073 A CN 101177073A
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手千加雄
关和友
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Abstract

本发明提供一种打印机装置，该打印机装置具有底座、被支承在底座上且可沿X轴方向自由移动的第1支承构件、被支承在第1支承构件上且可沿Z轴方向自由移动的第2支承构件、被支承在第2支承构件上且能以沿Y轴方向延伸的第1旋转轴线Y0为中心自由旋转的第3支承构件、用于保持打印对象物且能以第2旋转轴线X0为中心自由旋转地支承在第3保持构件上的保持卡盘、设于底座上且被支承为可在打印对象物的上方沿Y轴方向移动的打印头。并且，由移动控制装置进行上述第1～上述第3支承构件及保持卡盘的移动控制及旋转控制，并进行打印头的移动控制，由打印控制装置根据移动控制装置的移动控制及旋转控制，进行来自打印头的墨的喷出控制。

Description

三维打印机
技术领域
本发明涉及一种三维打印机，该三维打印机通过从打印头对具有三维形状表面的打印对象物喷墨而对上述表面实施规定的打印。
背景技术
以往公知有很多种将文字、图案等打印到纸等打印对象物上的打印机装置，例如，连接于计算机、对纸面进行打印的打印机装置等广泛应用于工作、家庭。以往的打印机的一般形式是一边沿规定方向输送作为打印对象物的纸或者片材、一边使打印头与上述输送方向垂直地移动扫描而进行打印。例如日本特开2003-191455号公报以及日本特开2004-148666号公报所记载的打印机装置。
这种以往的打印机装置是对平面状的片材或固体物的平面进行规定打印，都是进行二维打印，但最近需要能够对具有三维形状的表面(例如，圆柱面、球面、其他各种各样的曲面)的对象物实施打印的打印机。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而做出的，其目的在于提供一种三维打印机，该三维打印机能够通过从打印头对具有圆柱面、球面、其他各种各样的曲面，即具有三维形状表面的打印对象物喷墨而对该三维形状的表面实施希望的打印。
第1本发明的打印机是通过从打印头对具有三维形状表面的打印对象物喷墨而对上述表面实施规定的打印的三维打印机，该三维打印机具有如下装置：保持装置，其用于保持上述打印对象物；支承装置，其支承上述保持装置及上述打印头并使得上述保持装置及上述打印头可以沿互相正交的X轴、Y轴及Z轴方向相对移动，并且支承上述保持装置、并使得上述保持装置可以相对于上述打印头以上述X轴为中心旋转以及以上述Y轴为中心相对旋转；移动控制装置，其进行使由上述支承装置支承的上述保持装置和上述打印头沿上述X轴、Y轴及Z轴方向相对移动的控制以及使上述保持装置以上述X轴及上述Y轴为中心相对旋转的控制；打印控制装置，其根据上述移动控制装置的移动控制及旋转控制进行从上述打印头喷墨喷的控制。
第2本发明的打印机也是通过从打印头对具有三维形状表面的打印对象物喷墨而对上述表面实施规定的打印的三维打印机，该三维打印机具有：底座构件；第1支承构件，其被支承在上述底座构件上，可以沿在平面方向延伸的X轴方向自由移动；第2支承构件，其被支承在上述第1支承构件上，可以沿与上述平面方向垂直地延伸的Z轴方向自由移动；第3支承构件，其被支承在上述第2支承构件上，能够以第1旋转轴线为中心自由旋转，上述第1旋转轴线沿与上述X轴方向和Z轴方向垂直的Y轴方向延伸；保持装置，其用于保持打印对象物，被支承在上述第3支承构件上，能以第2旋转轴线为中心自由旋转，上述第2旋转轴线在与上述第1旋转轴线正交的面内延伸；打印头，其设于上述底座构件上方，被支承为能够在由上述保持装置所保持的打印对象物的上方沿上述Y轴方向移动；移动控制装置，其进行上述第1支承构件～上述第3支承构件及上述保持装置的移动控制和旋转控制，并且进行上述打印头的移动控制；打印控制装置，其根据由上述控制装置进行的移动控制及旋转控制进行从上述打印头喷墨的控制。
另外，优选采用使上述第1旋转轴线与上述第2旋转轴线交叉的结构，因为易于动作控制。
根据如上述那样构成的第1本发明的打印机，由移动控制装置进行使保持装置及打印头沿X轴、Y轴及Z轴方向相对移动的控制以及使保持装置以X轴及Y轴为中心相对旋转的控制，从而能够使打印头相对移动，使打印头始终相对于由保持装置保持的打印对象物的表面三维形状具有规定间隔，使它们成为规定的位置关系(即，成为适合于使从打印头中喷出的墨附着到打印对象物表面而实施打印的间隔及位置关系)，在这样使打印头相对移动时，若通过打印控制装置，根据该移动进行从打印头喷墨的控制，就能够简单且自动地对具有三维形状的打印对象物的表面进行希望的打印。
第2本发明的打印机的情况也一样，由移动控制装置控制在底座构件上方的第1支承构件沿X轴方向的移动、第2支承构件相对于第1支承构件沿Z轴方向的移动、第3支承构件相对于第2支承构件的以第1旋转轴线为中心的旋转、保持装置相对于第3支承构件的以第2旋转轴线为中心的旋转以及使在底座构件上的打印头沿Y轴方向的移动，由此能够始终使打印头相对于由保持装置保持的打印对象物的表面三维形状成为适合于实施打印的间隔及位置关系，在这样使打印头相对移动时，若通过打印控制装置对应于该移动进行从打印头的喷墨的控制，就能够简单且自动地对具有三维形状的打印对象物的表面进行希望的打印。
附图说明
图1是说明本发明的打印机的工作原理的概略图。
图2是本发明的一个实施方式的打印机装置的主视图。
图3是该打印机装置的侧视图。
图4是将该打印机装置的一部分取出予以表示的立体图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。首先，参照图1对由本发明的打印机装置中的保持装置保持的打印对象物80与打印头85之间的相对移动控制及打印控制的概要进行说明打印。图1所示的打印对象物80为圆锥台形状的构件，用图1对打印机的工作原理进行说明，该打印机被构成为使墨从打印头(喷墨头)85喷到打印对象物80的圆锥状的外表面81上来进行希望的打印。
虽未图示，但该打印机具有用于支承打印对象物80的支承装置，该支承装置被构成为：支承打印对象物80，使该打印对象物80的圆锥台的中心轴线X前后延伸、并且使该打印对象物80以该轴X为中心自由旋转(箭头A所示的旋转)；在该状态下支承打印对象物80，使该打印对象物80能够以Y轴为中心自由旋转(箭头B所示的旋转)，该Y轴通过X轴上的点O1、且与X轴正交并左右延伸；并且，能够使该打印对象物80沿X轴方向前后移动(箭头D(x)所示的移动)、并能沿与X轴及Y轴正交而垂直延伸的Z轴上下移动(箭头D(z)所示的移动)。在这样被未图示的支承装置支承的打印对象物80的上方配设有可沿Y轴方向移动(箭头D(y)所示的移动)的打印头。另外，打印头85在下表面具有多个喷墨孔，由打印控制装置对从各个喷墨孔的每个喷墨孔进行控制，使从未图示的墨供给装置供给来的墨从上述喷墨孔喷出，对打印对象物80的表面81进行规定的打印。
为了使墨从打印头85下表面的喷墨孔喷到如上述那样由支承装置支承的打印对象物80的圆锥状表面81上而进行希望的打印，需要使喷墨孔位于与打印对象物80的表面81具有规定的打印间隔的、与打印对象物80的表面81接近的打印对象位置(具有最适于使从喷墨孔中喷出的墨附着到表面81上而进行打印的间隔的位置)打印。而且，此时，需要打印头85下表面的喷墨孔正面朝向打印对象物的表面，即，需要使从喷墨孔喷出的墨的喷出方向与表面81垂直地朝向该表面81。例如，为了使墨从打印头85喷到打印对象物80的表面的图示的点P0上而进行打印，需要对打印对象物进行定位，使点P0位置处的表面与打印头85的下表面86接近到点P0位置处的表面与打印头85的下表面86离开规定打印间隔的位置，而且需要使点P0位置处的表面与打印头下表面86平行。
为此，从如图1所示那样支承着打印对象物80的状态作如下变动：沿X轴方向前后移动(箭头D(x)所示的移动)打印对象物80，使打印对象点P0移动到打印头85的正下方的位置；以X轴为中心旋转(箭头A所示的旋转)打印对象物80，使打印对象点P0位于打印对象物80的正上方；以Y轴为中心旋转(箭头B所示的旋转)打印对象物80，使打印对象物80位于使通过打印对象点P0的母线L1水平延伸的位置；沿Y轴方向移动(箭头D(y)所示的移动)打印头85，使得打印头85的下表面86(的进行喷墨的喷墨孔)位于打印对象点P0的正上方；沿Z轴向上方移动(箭头D(z)所示的移动)打印对象物80，使打印头85的下表面86(的进行喷墨的喷墨孔)位于离开打印对象点P 0规定打印距离的接近位置。另外，只要打印对象物80和打印头85不相互干扰，该移动及旋转的顺序可以是任何顺序。
这样，打印头85的下表面86(的进行喷墨的喷墨孔)位于离开打印对象点P0规定打印距离且正面朝向打印对象点P0的位置，在这样的状态下，基于打印控制装置的控制，从打印头85的下表面86的喷墨孔进行喷墨，对点P0进行打印。而且，例如，为了沿打印对象物80的表面的周向进行打印，一边变更上述由支承装置支承的打印对象物80的支承位置，以使打印对象物80的外表面处的沿周向的点P1、P2、P3…离开打印头85的下表面86(的进行喷墨的喷墨孔)规定打印距离且正面朝向打印头85的下表面86，一边由打印控制装置控制打印头85而喷出墨。
基于以上说明的工作原理，参照图2～图4对用于进行三维打印的具体的打印机装置结构进行说明。在该打印机装置中，在底座1上固定设有门形支承框架2，该门形支承框架2由左右一对的支承腿2a、2b以及将该一对支承腿2a、2b的上端连接起来的左右延伸的支承梁2c构成。另外，在底座1上还设有邻接于右支承腿2b且具有操作面板6a的第1控制装置6以及邻接于左支承腿2a且具有维护装置8的第2控制装置7。另外，第1控制装置6及第2控制装置7由对后述各种构件的移动及旋转动作进行控制的移动控制装置、对来自打印头的喷墨进行控制的打印控制装置、电源控制装置等各种控制装置构成。
在支承梁2c的上表面设有前后一对左右导轨3a、3b，该对左右导轨3a、3b沿左右方向(Y轴方向)延伸，在该一对左右导轨3a、3b上安装有可以左右自由移动(沿D(y)方向移动)的打印头滑架4。为了使该打印头滑架4左右移动，设有滚珠丝杠机构等进给机构，通过对该进给机构进行驱动控制，能够控制打印头滑架4的左右方向移动，由于这样的进给机构是周知的，所以省略其结构说明。
打印头滑架4从被左右导轨3a、3b支承的部分起向前方延伸后向下方弯折接着再向前方延伸，是侧面看起来呈曲柄形状的构件，在该打印头滑架4的前端部4a上安装有多个打印头组件5。打印头组件5亦称喷墨头组件，在其下表面上形成有多个喷墨孔，例如被构成为从喷墨孔中分别喷出不同颜色的墨。该喷墨控制是通过打印控制装置控制各个喷墨孔中的每一个喷墨孔，但由于是以往公知的结构，所以省略其说明。另外，在本说明书中，单个打印头组件5，或者在打印头滑架4上搭载有打印头组件5的打印头滑架4相当于技术方案所规定的打印头。
这样搭载有打印头组件5的打印头滑架4可以在左右导轨3a、3b上左右移动，如图2所示，在打印头滑架4位于左右导轨3a、3b的左端部的状态下，向上移动维护装置8就能够防止打印头组件5的下表面的喷墨孔干燥并能对喷墨孔进行清扫。
在底座1上设有一对前后导轨1a、1b，该一对前后导轨1a、1b位于门形支承框架2的左右支承腿2a、2b的之间、并沿前后方向(X轴方向)延伸。在该前后导轨1a、1b上设有可以前后自由移动(沿箭头D(x)方向自由移动)的第1支承构件10。为了使该第1支承构件10前后移动，设有滚珠丝杠机构等进给机构，通过对该进给机构进行驱动控制能够控制第1支承构件10的前后方向移动，由于这样的进给机构是公知的，所以省略其结构说明。
在第1支承构件10上以垂直立起的状态固定设有垂直支承构件11，在该垂直支承构件11的前表面设有沿垂直方向(Z方向)延伸的一对上下导轨12a、12b。第2支承构件15设置在该一对上下导轨12a、12b上并被它们支承，可以上下自由移动(沿箭头D(z)方向自由移动)。为了使该第2支承构件15上下移动，设有滚珠丝杠机构等进给机构，通过对该进给机构进行驱动控制，能够控制第2支承构件15的上下方向移动，由于这样的进给机构是公知的，所以省略其结构说明。
第2支承构件15的前表面15a形成为以第1旋转轴线Y0为中心的圆柱面形状，该第1旋转轴线Y0通过相对于第2支承构件15确定的规定点O1(像后述那样被设在能放置打印对象物80的位置上的点)沿Y轴方向延伸，该圆柱面形状的前表面15a上设有第3支承构件20，该第3支承构件20具有与该前表面15a相接合的圆柱面形状的后表面20a、并可沿该前表面15a自由滑动。即，第3支承构件20的后表面20a可以相对于第2支承构件15的前表面15a滑动接触移动，由此，第3支承构件20可以相对于第2支承构件15以第1旋转轴线Y0为中心自由旋转(箭头B所示的旋转)地被支承。
为了使如上述那样支承着的第3支承构件20相对于第2支承构件15以第1旋转轴线Y0为中心旋转移动，在第3支承构件20的图2中的左侧部的前表面形成有以第1旋转轴线Y0为中心的内齿轮21。并且，在第2支承构件15的左侧部的前表面上安装有驱动电动机16，安装于该驱动电动机16的驱动轴上的驱动小齿轮17与内齿轮21相啮合。由此，通过驱动电动机16旋转驱动驱动小齿轮17，与该驱动小齿轮17相啮合的内齿轮21被旋转驱动，从而能够使第3支承构件20以第1旋转轴线Y0为中心旋转。
在第3支承构件20的前表面侧设有向前方突出的保持轴25，该保持轴25能以第2旋转轴线X0为中心自由旋转，该第2旋转轴线X0沿前后方向(X轴方向)延伸且通过上述规定点O1，在该保持轴25的前端安装有用于保持打印对象物的保持卡盘26。保持轴25由配设于第3支承构件20内部的驱动电动机(未图示)旋转控制驱动，保持卡盘26具有能够保持打印对象物80的结构。因此，只要在由保持卡盘26保持着打印对象物80的状态下旋转驱动保持轴25，就能够使打印对象物80以第2旋转轴线X0为中心旋转。
由该保持轴25及该保持卡盘26构成技术方案中规定的保持装置。另外，如上所述，由于第3支承构件20以第1旋转轴线Y0为中心自由旋转，所以在第3支承构件20位于规定旋转位置(图3所示的旋转位置)时，第2旋转轴线X0沿前后方向(X轴方向)延伸，但是第2旋转轴线X0根据第3支承构件20的旋转位置相应地上下偏转。另外，如图所示，虽然第1旋转轴线Y0及第2旋转轴线X0均通过规定点O1而相交叉，但也可以不交叉相互错开。但是，在相交的情况下，容易运算打印对象物80的位置，移动控制装置的控制较为简单。
在以上结构的打印机装置中，作为保持卡盘25的旋转中心的第2旋转轴线X0相当于图1所示的工作原理结构中的X轴，作为第3支承构件20的旋转中心的第1旋转轴线Y0相当于图1的工作原理结构中的Y轴。支承该第3支承构件20的第2支承构件15由第1支承构件10支承，并可沿Z轴方向(上下方向)移动(箭头D(z)所示的移动)，第1支承构件10被支承为可在底座1上方沿X轴方向(前后方向)移动(箭头D(x)所示的移动)。另外，打印头可在打印对象物80的上方被支承为相对于底座1沿Y轴方向(左右方向)移动(箭头D(y)所示的移动)。即，采用可以进行与图1所示的工作原理相同的工作的结构。
由此可知，根据图2～图4所示构成的打印机装置，能够基于用图1说明的工作原理，从形成于打印头组件5的下表面的喷墨孔喷墨而使墨附着到打印对象物80的表面81上来进行希望的打印。另外，在图1中，示出了对圆锥台状的打印对象物80的圆锥形状表面进行打印的例子，但打印对象物的形状不限定于此，可以对包含圆柱面、球面在内的任意曲面形状进行打印。

Claims (17)

1.一种三维打印机，该三维打印机从打印头将墨喷到具有三维形状表面的打印对象物上而对上述表面实施规定的打印，其特征在于，具有：
保持装置，其用于保持上述打印对象物；
支承装置，其支承上述保持装置及上述打印头并使得上述保持装置和上述打印头能够沿互相正交的X轴、Y轴及Z轴方向相对移动，并且支承上述保持装置、并使得上述保持装置能够进行相对于上述打印头以上述X轴为中心的旋转以及以上述Y轴为中心的相对旋转；
移动控制装置，其进行使由上述支承装置支承的上述保持装置和上述打印头沿上述X轴、Y轴及Z轴方向相对移动的控制以及使上述保持装置以上述X轴和上述Y轴为中心相对旋转的控制；
打印控制装置，其根据上述控制装置的移动控制及旋转控制，进行从上述打印头喷墨的控制。
2.根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，
上述支承装置支承打印对象物，并使得打印对象物以上述X轴为中心自由旋转，在该状态下使上述打印对象物能够以通过上述X轴上的点O1的上述Y轴为中心自由旋转，使上述打印对象物能够沿上述X轴方向前后移动且能沿上述Z轴方向上下移动。
3.根据权利要求1或2所述的三维打印机，其特征在于，
在由上述支承装置支承着的上述打印对象物的上方配设有可沿上述Y轴方向移动的上述打印头，上述打印头在下表面具有许多喷墨孔，由上述打印控制装置进行控制，使从墨供给装置供给来的墨从上述喷墨孔喷到上述打印对象物的表面来进行打印。
4.一种三维打印机，其特征在于，具有：
底座构件；
第1支承构件，其被支承在上述底座构件上，可沿在平面方向延伸的X轴方向(前后方向)自由移动；
第2支承构件，其被支承在上述第1支承构件上，可沿与上述平面方向垂直地延伸的Z轴方向(上下方向)自由移动；
第3支承构件，其被支承在上述第2支承构件上，能以第1旋转轴线为中心自由旋转，该第1旋转轴线沿与上述X轴方向及上述Z轴方向垂直的Y轴方向延伸；
保持装置，其用于保持打印对象物，被支承在上述第3支承构件上，能以第2旋转轴线为中心自由旋转，该第2旋转轴线在与上述第1旋转轴线正交的面内延伸；
打印头，其设于上述底座构件上，被支承为可在由上述保持装置保持着的打印对象物的上方沿上述Y轴方向(左右方向)移动；
移动控制装置，其对上述第1支承构件～上述第3支承构件及上述保持装置的移动及旋转进行控制，并进行上述打印头的移动控制；
打印控制装置，其根据上述控制装置的移动控制及旋转控制，进行从打印头的喷墨的控制。
5.根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于，
上述第1旋转轴线与上述第2旋转轴线相交。
6.根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于，
在上述底座构件上固定设置有门形支承框架，该门形支承框架由左右一对支承腿以及将该一对支承腿的上端连接起来的左右延伸的支承梁构成，在上述支承梁上设有沿上述Y轴方向延伸的左右导轨，上述打印头被支承在上述左右导轨上，可在上述左右导轨上左右自由移动。
7.根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，
利用由滚珠丝杠机构构成的进给机构，使上述打印头在上述左右导轨上左右移动。
8.根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，
与上述左右一对的支承腿相邻接地设有上述移动控制装置及上述打印控制装置。
9.根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，
上述打印头由被上述左右导轨支承着的打印头滑架以及安装于上述打印头滑架上的打印头组件构成，由上述打印控制装置进行控制，从而从上述打印头组件的下表面的喷墨孔进行相对于上述打印对象物的表面的喷墨控制。
10.根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，
在上述底座构件上设有前后导轨，该前后导轨位于上述门形支承框架的左右支承腿之间、并沿上述X轴方向延伸，在上述前后导轨上设有可沿上述X轴方向自由移动的上述第1支承构件。
11.根据权利要求10所述的三维打印机，其特征在于，
利用由滚珠丝杠机构构成的进给机构，使上述第1支承构件在上述前后导轨上移动。
12.根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于，
在上述第1支承构件上以垂直立起状态固定设置有垂直支承构件，在上述垂直支承构件上设有沿Z轴方向延伸的上下导轨；上述第2支承构件由上述上下导轨支承、并可沿上述Z轴方向自由移动。
13.根据权利要求12所述的三维打印机，其特征在于，
利用由滚珠丝杠机构构成的进给机构使上述第2支承构件在上述上下导轨上移动。
14.根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于，
上述第2支承构件的前表面形成为以第1旋转轴线Y0为中心的圆柱面形状，该第1旋转轴线Y0通过相对于上述第2支承构件确定的规定点O1、且沿上述Y轴方向延伸，在上述第2支承构件的前表面设有可沿其自由滑动的第3支承构件，该第3支承构件具有与上述圆柱面形状的前表面相接合的圆柱面形状的后表面，上述第3支承构件可以相对于上述第2支承构件以上述第1旋转轴线Y0为中心自由旋转地被支承。
15.根据权利要求14所述的三维打印机，其特征在于，
在上述第3支承构件的侧部前表面形成有以上述第1旋转轴线Y0为中心的内齿轮，在上述第2支承构件的左侧部的前表面安装有驱动电动机，安装于上述驱动电动机的驱动轴上的驱动小齿轮与上述内齿轮相啮合，通过上述驱动电动机使上述驱动小齿轮旋转驱动而旋转驱动上述内齿轮，从而使上述第3支承构件以上述第1旋转轴线Y0为中心旋转。
16.根据权利要求14所述的三维打印机，其特征在于，
在上述第3支承构件的前表面侧设有保持轴，该保持轴向上述第3支承构件的前方突出、沿上述X轴方向延伸且能以上述第2旋转轴线X0为中心自由旋转，在上述保持轴的前端安装有保持上述打印对象物的上述保持装置。
17.根据权利要求16所述的三维打印机，其特征在于，
上述保持装置能够被配设于上述第3支承构件内部的驱动电动机驱动旋转，从而使上述打印对象物以上述第2旋转轴线X0为中心旋转。
CNA2007101107542A 2006-11-06 2007-06-11 三维打印机 Pending CN101177073A (zh)

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