CN103331859B - 三维喷墨打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明是三维喷墨打印机。它包括可在水平面内移动且其喷射方向指向铅垂向下方的喷头以及沿铅垂向位于喷头下方的液态的固化剂。喷头可喷出含有作为溶剂的水和其他溶质的成型剂。固化剂与成型剂在混合状态下能够形成固体物。沿着铅垂方向，固化剂在同成型剂接触前以及接触并得到的固体实物最终成型前的先行层之后的液面同喷头之间均保持相同的距离。沿着铅垂方向，固化剂在同成型剂接触并得到前述先行层之后的液面将固化剂与成型剂接触后固化得到的固体实物最终成型前的先行层覆盖。该三维喷墨打印机用于立体实物的快速成型，其产品具有成型精度高的特点。

Description

三维喷墨打印机
技术领域
本发明涉及快速成型设备，特别是三维喷墨打印机。
背景技术
三维立体打印是快速成型技术的一种。它是以数字模型文件为基础，运用粉末状或液体状的金属、塑料等可粘合材料，经过逐层打印的方式来构造物体的技术。该物体构造过程不再需要传统的刀具、夹具和机床等加工制造设备就可以打造出任意形状的立体物品。
三维立体打印机是连接计算机并将计算机中的信息予以输出的设备。在制造特定的立体物品时，通过把计算机设计的立体图像沿特定方向分割为若干薄层，再经由三维立体打印机用原材料逐一生成对应的薄层，进而逐层叠加后获得三维实体。
目前，国内开发的三维立体打印快速成型设备主要是CN200510029726.9号专利文献公开的三维打印成型设备。该设备采用的成型方式是以液体材料作为支撑，在液体支撑材料中设置可升降的工作台并保持工作台的铅垂向上表面同液体支撑材料的同向上部液面处于同一个水平面内，通过喷头将成型材料喷溅至工作台的铅垂向上表面后使溅射材料固化成型。这种快速成型设备，需要设置工作台，以便提供支承溅射材料所需的支承件，因而在溅射成型过程中，其工作台会因为成型材料溅射到工作台表面后导致工作台下沉，致使工作台的铅垂向上表面与液体支撑材料的同向上部液面出现错位，以致提供支撑作用的液体材料浸入成型材料中，产生污染溅射材料或者影响溅射材料固化成型的现象，甚至出现溅射材料不能成型或者成型的溅射材料不符设计规格的后果。
发明内容
针对上述三维立体打印快速成型设备工作台不能实现其支撑平面的位置与液体支撑材料动态匹配以致影响三维实体产品的问题，本发明目的在于提供一种三维喷墨打印机。该打印机在实施三维立体打印快速成型过程中可以杜绝最终成型的三维实体产品受液体支撑材料污染或者不符设计规格的现象。
为达至上述发明目的，本发明开发了一种三维喷墨打印机。它包括可在水平面内移动且其喷射方向指向铅垂向下方的喷头以及沿铅垂向位于喷头下方的液态的固化剂。喷头可喷出含有作为溶剂的水和其他溶质的成型剂。固化剂与成型剂在混合状态下能够形成固体物。沿着铅垂方向，固化剂在同成型剂接触前以及接触并得到的固体实物最终成型前的先行层之后的液面同喷头之间均保持相同的距离。沿着铅垂方向，固化剂在同成型剂接触并得到前述先行层之后的液面将固化剂与成型剂接触后固化得到的固体实物最终成型前的先行层覆盖。
前述三维喷墨打印机，其固体实物被放置在位于固化剂中的支撑平台上。
针对现有三维立体打印快速成型设备工作台不能实现其支撑平面的位置与液体支撑材料动态匹配以致影响三维实体产品的问题，本发明在所提供的三维喷墨打印机中配置了喷头以及位于喷头下方的液态固化剂。其中，沿着铅垂方向，固化剂在同成型剂接触前后的液面同喷头之间均保持相同的距离，并且固化剂在同成型剂接触后的液面将固化剂与成型剂接触后固化得到的固体实物先行层覆盖。在这种构造方式下，当喷头按照计算机设定的数量和喷射区域将成型剂喷向固化剂的表面时，固化剂与成型剂即相互接触混合，进而固化得到固体实物层。随着固化剂在同成型剂接触后所得液面向着喷头所在的位置抬升，直至固化剂在同成型剂接触后的液面位置回复至固化剂在同成型剂接触前的液面所处位置，前述固体实物层即沉入固化剂中，固体实物层的铅垂向上表面随即被一层与后续待打印物的厚度相同的固化剂覆盖，之后，喷头再行喷出成型剂时即可与覆盖在固体实物层表面上的固化剂接触混合，进而在固体实物层表面上进一步固化得到后续固体实物层。该过程经过多次反复操作后即可得到同预先设计模型对应的固体实物。这种结构特点可以保证喷头喷出的成型剂始终在同一水平位置与固化剂形成接触，进而杜绝最终成型的三维实体产品受液体支撑材料污染或者不符设计规格的现象。
附图说明
图1本发明三维喷墨打印机结构示意图。
图2本发明三维喷墨打印机工作过程示意图一。
图3本发明三维喷墨打印机工作过程示意图二。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明三维喷墨打印机。
见图1，示出了本发明三维喷墨打印机的结构示意图。
该打印机100的构成包括喷头101和储存池102。
喷头101的数量可以为若干个，本实施例中为三个，其喷出的墨水经过固化之后分别可以得到不同颜色的固体物。喷头101被安装在支架103上之后，其喷射方向指向铅垂向的下方。支架103可在水平方向上移动，进而带动喷头101在水平面内或水平方向上移动。在支架103上，于其沿铅垂向的上部分隔出三个相互独立的巢孔104。与喷头101相连通的管状连接锥105从支架103沿铅垂向的底壁106伸入到巢孔104中。在贮有墨水的墨盒107被置入巢孔104中的状态下，连接锥105插入墨盒107的对接孔中，在喷头101和墨盒107的储液腔108之间建立起气液连通渠道。
储液腔108内贮纳的墨水为液态的成型剂109。成型剂109的成分是作为溶剂的水和其他溶质。所用溶质成分主要是：１染料、2稳定剂（如硫酸）、3防腐剂（如苯酚、亚砷酸酐等）、4润湿剂（如甘油、乙二醇等）。所用溶剂主要是去离子水或蒸馏水。
储存池102储备有液态的固化剂110。储存池102通过受阀门112控制其通断状态的导管111与储液槽113连通。在储存池102内，设置有支撑平台114。支撑平台114沿铅垂向的上部表面浸没于固化剂110中。在储液槽113中，储备有成分相同的液态固化剂110。沿着铅垂方向，储放于储存池102中的固化剂110，其位置位于喷头101的下方。固化剂110与成型剂109在混合状态下能够形成固体物。固化剂110可采用单组分湿气固化型环氧胶粘剂，它可以在室温下固化。这种单组分环氧胶粘剂的成分主要是酮亚胺化合物，它由脂肪族多胺和酮合成，而且酮亚胺化合物中残存的多胺是由单环氧化合物进行封闭。酮亚胺化合物与环氧树脂之间通过遇水释放出胺来实现常温下固化，通过调节水分用量或脂肪族多胺的含量，可以加快固化速度。在本实施方式中，酮亚胺化合物采用丙酮亚胺(CH3)2C＝NH，它可发生水解反应生成酮和胺。
参见图2、3，图中示出了单个喷头101工作时的情形。利用本发明三维喷墨打印机100制备三维固体实物时，首先通过计算机设计出需要打印的三维固体实物的立体模型，并沿着与实际铅垂方向对应的计算机内部方向对三维固体实物的立体模型切片分层，得到每层的成型数据。之后，计算机控制喷头101运动并在同支撑平台114对应的区域喷出成型剂109，成型剂109与固化剂110接触混合后固化，进而在支撑平台114上得到三维固体实物的底层。其后，计算机控制阀门112开启，把储液槽113中的固化剂110补入储存池102中，将三维固体实物的底层覆盖，同时计算机控制储存池102使其沿铅垂向下降，以便固化剂110在同成型剂109接触之前的液面以及接触并获得三维固体实物的底层之后的液面同喷头101之间均保持相同的距离。再后，计算机控制喷头101运动并在同三维固体实物的底层对应的区域喷出成型剂109，成型剂109与固化剂110接触混合后固化，进而在支撑平台114上得到三维固体实物的中间层。上述底层和中间层构成三维固体实物最终成型前的先行层。中间层凝结于上一步骤所得三维固体实物的底层上。反复进行成型剂109的喷射凝结步骤，就可以得到所需要的固体实物115。
在上述单个喷头101的构造基础上，只需增加喷头101数量，调整喷头101喷出的成型剂109的颜色，就可以实现三维固体实物的彩色打印。

Claims (2)

1.三维喷墨打印机，包括可在水平面内移动且其喷射方向指向铅垂向下方的喷头，其特征在于，还包括沿铅垂向位于所述喷头下方的液态的固化剂，所述喷头可喷出含有作为溶剂的水和其他溶质的成型剂，所述固化剂与所述成型剂在混合状态下能够形成固体物，沿着铅垂方向所述固化剂在同所述成型剂接触前以及接触并得到的固体实物最终成型前的先行层之后的液面同所述喷头之间均保持相同的距离，沿着铅垂方向所述固化剂在同所述成型剂接触并得到所述先行层之后的液面将所述固化剂与所述成型剂接触后固化得到的固体实物最终成型前的先行层覆盖。
2.根据权利要求1所述三维喷墨打印机，其特征在于所述固体实物被放置在位于所述固化剂中的支撑平台上。
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