CN103594045A - 一种基于3d打印制作立体发光字的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印制作立体发光字的方法，包括：（1）雕刻出字形轮廓的面板；（2）利用三维打印装置沿面板边缘沉积立体发光字的围边材料，获得围边；（3）对围边外边缘进行铣削处理；（4）雕刻底板，在底板上雕刻出字形轮廓的固定槽，在底座上布置LED颗粒，将布置有LED颗粒的底座安装到步骤（3）处理后的围边上，完成整个立体发光字的加工。本发明的自动化程度高，本方法创造性的采用3D打印及雕刻技术将立体发光字的面板加工和围边工艺结合起来，使其面板和围边的加工及固定过程自动化。省去了弯字机、也避免了面板和围边固定过程中所耗费大量人力，大大提高了加工速度。

Description

一种基于3D打印制作立体发光字的方法及装置

技术领域

本发明属于发光字制作技术领域，具体是涉及一种基于3D打印制作立体发光字的方法及装置。

背景技术

立体发光字（广告字牌）应用的越来越广泛，起到了很好的广告宣传效果。典型的立体发光字的结构由面板、围边、底座、LED组成，LED颗粒安装在底座上，所发出的光由透明的面板射出来，视觉感染力强。围边主要用于和面板及底座构成一个封闭的腔体，保护LED颗粒免受外界雨水等的侵害。

典型的立体发光字做法为首先是切割面板及底座、将塑料带或不锈钢带折弯成字的形状构成围边、将面板和围边固定、底座安装好LED、将底座和围边固定，构成封闭腔体。目前切割面板及底座可采用雕刻机进行，围边的制作可采用弯字机进行，其他步骤仍需要手工进行，无法自动化将面板加工、围边制作、面板和围边固定等工作自动化联系起来，仍需要浪费大量的人力，制作效率也较为低下。

申请号为CN201210051266.X的专利文献公开了一种新型立体发光字及图形的制作工艺，材料选用合成再生板材，雕刻出不透光压边条、透光面板、立体侧边和底座，将LED灯安装在立体侧边上或将LED灯反向安装在底座上，当长与宽分别小于10厘米时，清除拥挤的立体内侧边，再装LED灯，最后将各部分依次粘接起来。该方法可制作出5厘米大小2厘米厚薄的超小汉字和图形。该方法属于冷加工，工艺简单、易操作，大大提高了生产效率和劳动生产力。然而，上述方法需要雕刻工艺进行不透光压边条、透光面板、立体侧边和底座的制作，程序繁琐，且制备出的立体字的质量不高，无法满足某些高档场合的需求。

发明内容

本发明提供了一种基于3D打印制作立体发光字的方法，该方法采用三维打印对立体发光字的围边进行打印，大大提高了制作效率，同时提高了立体发光字的制作质量。

本发明还提供了实施上述制作方法的装置，该装置整体结构简单，能够实现立体发光字围边的自动打印，大大提高了立体发光字的制作效率和产品质量。

一种基于3D打印制作立体发光字的方法，包括：

（1）雕刻出字形轮廓的面板；

（2）利用三维打印装置沿面板边缘沉积立体发光字的围边材料，获得围边；

（3）对围边外边缘进行铣削处理；

（4）雕刻底板，在底板上雕刻出字形轮廓的固定槽，在底座上布置LED颗粒，将布置有LED颗粒的底座安装到步骤（3）处理后的围边上，完成整个立体发光字的加工。

步骤（1）和步骤（4）中，在雕刻面板和底板时，为防止切屑残留，一般采用气枪将表面的切屑吹走。

步骤（2）中，为提高围边与所述面板之间的结合强度，作为优选，所述面板上设有沿边缘设置的定位凹槽，该定位凹槽用于沉淀所述围边材料。所述定位凹槽可以是开设在面板一侧侧面的U型槽或V型槽；所述定位凹槽也可以是开设在面板边缘上的定位缺口。定位凹槽为U型槽或V型槽时，围边强度较好。定位凹槽为定位缺口时，立体发光字外观更加美观。定位凹槽的具体形状可根据实际需要确定。所述的定位凹槽的深度为0.5-1mm；所述的定位凹槽的宽度与围边的厚度相等，可根据围边的厚度确定。

步骤（2）中，所述的三维打印装置可采用现有的三维打印装置，也可采用自制的打印设备。三维打印由于采用计算机自动控制，所以大大提高围边的制作质量，密封性更强。且可根据需要打印各种形状的立体发光字围边，实用性较强。

步骤（2）中，所述的利用三维打印装置沿字形轮廓边缘沉积立体发光字的围边材料时：沉积完一层围边材料之后，停止打印，对已沉积的部分采用与三维打印同样的路径进行红外照射。当一层围边打印完成过程中，上一层已经打印好的围边的温度会慢慢降低，为避免相邻两层围边固化温度不一致导致的产品缺陷或者尺寸不一致，保证围边的产品质量，作为优选，沉积完一层围边材料之后，红外照射的温度比上一层照射温度降低1～2°。红外照射温度的控制可人工控制，也可通过计算机实现自动控制。

步骤（3）中，铣削处理是为了提高围边外边缘的光洁度及美观程度。此处可采用与步骤（1）或步骤（4）中雕刻用刀具可选用相同的刀具，便于实现自动化作业。

所述的固定槽的深度为0.5-1mm。所述的固定槽的宽度与围边的厚度相等，可根据围边的厚度确定。固定槽的设置，增加了底板与围边之间的连接强度。

本发明还提供了一种基于3D打印制作立体发光字的装置，所述的三维打印装置包括：

底座；

设置在底座上方且沿底座进行X轴、Y轴方向往复移动的加工台面；

固定在底座上的Z轴立柱；

与Z轴立柱垂直设置且沿Z轴立柱进行Z轴方向往复移动的Z轴横梁；

与所述Z轴横梁转接的换刀架，该换刀架上固定有红外照射头、铣刀和三维打印喷头；

控制器，控制加工台面按照预定的轨迹进行X轴、Y轴方向的移动，控制Z轴横梁按照预定的轨迹进行Z轴方向的移动，控制换刀架按照预定的角度转动。

利用上述装置，可在控制器的控制下自动更换红外照射头、铣刀和三维打印喷头，完成面板的雕刻、围边的沉淀和固化、围边的铣削以及底板的雕刻等操作，省去了手工操作，提高了立体发光字的制作质量和制作效率。

所述换刀架包括与所述Z轴横梁转接的中心轴、以及呈辐射状均匀设置在中心轴侧壁的三个支撑臂，三个支撑臂端部分别固定所述红外照射头、铣刀和三维打印喷头。

所述控制器一般为计算机，计算机通过电信号控制加工台面、Z轴横梁、换刀架的驱动机构，实现对加工台面、Z轴横梁、换刀架运行参数的控制，大大提高了制作效率。所述驱动机构为现有的驱动机构，例如可采用电机驱动的同步带和同步轮结构、或者可采用电机驱动的丝杆和丝杠副结构等。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

（1）本发明将铣削及熔融沉积结合，打印一层，使用红外照射，逐渐减小照射功率，使得沉积后的表面能够慢慢冷却，提高层层间，层内部的致密度。然后铣削轮廓保证轮廓的精度，使得三维打印可加工复杂三维结构的同时，能够保证内部致密性、同时提高制作精度。沉积、红外光局部加热照射，释放应力，增强组织致密性，铣削改善精度。

（2）本发明的自动化程度高，本方法创造性的采用3D打印及雕刻技术将立体发光字的面板加工和围边工艺结合起来，使其面板和围边的加工及固定过程自动化。省去了弯字机、也避免了面板和围边固定过程中所耗费大量人力，大大提高了加工速度。

（3）本发明制作出来的发光立体字的密封性强，将围边直接沉积在面板上，并且采用在面板上开槽的方式，大大加强了围边与面板之间的连接强度和密封性，此外采用红外线照射技术降低产品的内应力提高围边的强度。

附图说明

图1为本发明的基于3D打印制作立体发光字的装置的结构示意图。

图2为实施例部分的“S”字样的面板的结构图。

图3为实施例部分中开设定位凹槽的第一种实施方式示意图。

图4为实施例部分中开设定位凹槽的第二种实施方式示意图。

图5为采用图3所示定位凹槽沉淀得到的围边的结构示意图。

图6为图5所示围边经过铣削处理后的结构示意图。

图7为加工完成的带有围边的面板结构示意图。

图8为加工完成的发光立体字“S”的结构示意图。

图中：

1、底座；2、Z轴立柱；3、Z轴横梁；4、Y轴动力机构；5、X轴导杆；6、加工台面；7、红外照射头；8、铣刀；9、换刀架；10、三维打印喷头；11、面板；12、U型定位凹槽；13、定位缺口；14、围边；15、发光S字；16、带有围边的面板。

具体实施方式

如图1所示，一种基于3D打印制作立体发光字的装置，包括：底座1、Z轴立柱2、Z轴横梁3、Y轴动力机构4、X轴导杆5、加工台面6、红外照射头7，铣刀8，换刀架9，三维打印喷头10。

Y轴动力机构4用于驱动加工台面6进行Y轴方向的运动；Y轴动力机构4可采用电机和电机驱动的同步带和同步轮结构；Y轴动力机构4和加工台面6作为一个整体通过导轨滑块安装于底座1上的X轴导杆5上；在X轴动力机构的作用下Y轴动力机构4和加工台面6可沿X轴导杆5进行X轴方向的运动；X轴动力机构也可选择电机带动的同步轮和同步带结构或者电机带动的丝杠和丝杠副结构。Z轴立柱2固定在底座1上，Z轴横梁3安装在固定架上，Z轴横梁3在Z轴动力机构的带动下可以进行Z轴方向的上下运动，Z轴动力机构可选用与Y轴动力机构4和X轴动力机构相同的结构。Z轴横梁3的端部转接安装有一个换刀架9，换刀架9包括与Z轴横梁转接的中心轴、以及呈辐射状均匀设置在中心轴侧壁的三个支撑臂，三个支撑臂端部分别固定红外照射头7、铣刀8和三维打印喷头10。加工台面X、Y轴方向运动和换刀架9的Z轴方向运动这种组合方式完成三轴联动，同时通过换刀架9实现红外照射头7、铣刀8和三维打印喷头10的实时更换。

如图2～8所示：以打印一个典型的发光立体字“S”为例说明本发明的制作方法：面板采用亚克力，厚度为3mm，3D打印所用材料为商业化的PLA或ABS丝，固定槽深度为0.5mm。

加工开始时，Z轴横梁3下降到最低位置，先换刀到铣刀8，采用铣刀8对面板进行铣削处理铣出S字样的面板11，然后在S字样的面板11边界处开出0.5mm深的U型定位凹槽12，开槽方式可采用图3和图4两种方式，图3的U型定位凹槽开设在面板11靠近边缘的顶面上，即定位凹槽设置在字体内侧；图4中定位凹槽为开设在面板11边缘上的定位缺口13，即定位凹槽设置在字体外侧。这两种开槽方式分别对应了两种不同的发光字种类，前者连接强度较强，后者更为美观。

然后，再换刀到三维打印喷头10，开始沉积出底部的一层S形。加工台面6在电机带动下，进行X、Y轴方向的运动，来获得所需要的S形，堆积完一层之后，换刀到红外照射头7，对已沉积的部分采用同样的路径进行红外照射，照射温度为170摄氏度。释放应力，增强组织致密性。然后进行下一层的沉积，沉积下一层后以169摄氏度的红外照射温度进行一层照射，以此类推完成100层沉积，最后的照射温度为70摄氏度，这种梯度式的加热方式可以很好的保证整个加工零件的温度一致性。把需要加工的S形字样转化成控制三维打印喷头10运行的参数，三维打印喷头会沿着S形字样的固定槽不断的环绕堆积熔融的PLA材料到S形面板11上，从而完成围边14的初步加工；换刀到铣刀8，采用相同的走刀参数，加入一定的刀补，对该部分进行铣削修饰加工，改善加工精度，得到表面光滑的围边14。

最后在底板17上雕刻出一个S形字样的定位槽，装上LED灯，然后把带有围边的面板16粘接到地板上，完成整个发光S字15的制作。

Claims (10)

1.一种基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，包括：

（1）雕刻出字形轮廓的面板；

（2）利用三维打印装置沿面板边缘沉积立体发光字的围边材料，获得围边；

（3）对围边外边缘进行铣削处理；

（4）雕刻底板，在底板上雕刻出字形轮廓的固定槽，在底板上布置LED颗粒，将布置有LED颗粒的底板安装到步骤（3）处理后的围边上，完成整个立体发光字的加工。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，所述面板上设有沿边缘设置的定位凹槽，该定位凹槽用于沉淀所述围边材料。

3.根据权利要求2所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，所述定位凹槽为开设在面板一侧侧面的U型槽或V型槽。

4.根据权利要求2所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，所述定位凹槽为开设在面板边缘上的定位缺口。

5.根据权利要求3或4所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，所述定位凹槽的深度为0.5-1mm。

6.根据权利要求1所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的利用三维打印装置沿字形轮廓边缘沉积立体发光字的围边材料时：沉积完一层围边材料之后，停止打印，对已沉积的部分采用与三维打印同样的路径进行红外照射。

7.根据权利要求6所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，沉积完一层围边材料之后，红外照射的温度比上一层照射温度降低1～2°。

8.根据权利要求1所述的基于3D打印制作立体发光字的方法，其特征在于，所述的固定槽的深度为0.5-1mm。

9.一种实施权利要求1～8任一权利要求所述基于3D打印制作立体发光字的方法的装置，其特征在于，包括：

底座（1）；

设置在底座（1）上方且沿底座（1）进行X轴、Y轴方向往复移动的加工台面（6）；

固定在底座（1）上的Z轴立柱（2）；

与Z轴立柱（2）垂直设置且沿Z轴立柱（2）进行Z轴方向往复移动的Z轴横梁（3）；

与所述Z轴横梁（3）转接的换刀架（9），该换刀架上固定有红外照射头（7）、铣刀（8）和三维打印喷头（10）；

控制器，控制加工台面（6）按照预定的轨迹进行X轴、Y轴方向的移动，控制Z轴横梁（3）按照预定的轨迹进行Z轴方向的移动，控制换刀架（9）按照预定的角度转动。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述换刀架（9）包括与所述Z轴横梁（3）转接的中心轴、以及呈辐射状均匀设置在中心轴侧壁的三个支撑臂，三个支撑臂端部分别固定所述红外照射头（7）、铣刀（8）和三维打印喷头（10）。

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