CN103692655A - 彩色3d打印装置及相应的3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩色3D打印装置及相应的3D打印方法，该装置包括打印平台和喷头，该喷头位于打印平台的上方，喷头与液管连接，紫外激光光源设置于打印平台的上方，紫外激光光源发射出的紫外光照射于打印平台；控制装置根据设定的颜色控制红色液管、黄色液管和蓝色液管中的流量；该方法包括以下步骤；建立3D图像，通过离散程序进行切片处理，并计算出扫描路径；3D打印装置逐层进行彩色打印。采用了该结构的彩色3D打印装置，喷头根据所需打印的颜色对于三个液管中的液体进行混合，可实现全彩色的立体打印，打印效率高，打印出的立体模型精度表面精度高，打印出的立体模型不易损坏；该3D打印方法操作简单，便于使用人员的操作，便于远程自动化控制。

Description

彩色3D打印装置及相应的3D打印方法

技术领域

本发明涉及打印机设备技术领域，特别涉及3D打印机技术领域，具体是指一种彩色3D打印装置及相应的3D打印方法。

背景技术

3D打印机是20世纪80年代后期发展起来的一项快速设计及成型技术。快速成型加工的核心思想是离散堆积成型。即由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或立体模型；将三维模型沿一定方向（通常为Z向）离散成一系列的二维层片（习惯称为分层），根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成型机制造一系列层片并自动将其联接起来，得到三维物理实体。快速成型技术综合了激光、计算机辅助设计与制造、光化学、新型材料等科学技术的研究成果，不需任何机械加工设备即可快速精确地制造复杂形状的物体。其中激光技术是快速成型技术的核心，激光技术的发展推运了快速成形工艺的发展。常用的快速成型工艺有：紫外激光固化快速成形（俗称立体光刻快速成形）、选择性激光烧结、熔丝沉积、分层实体制造等。其中紫外激光固化快速成形是将紫外激光在树脂液面上按二维截面的形状逐点扫描，使树脂固化，固化后的树脂便形成一个二维图形，如此逐层扫描、固化，最终即可得到完整的三维实体。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种可进行彩色打印、打印方便、打印出的模型密度高、打印出的模型不易损坏的彩色3D打印装置及相应的3D打印方法。

为实现上述的目的，本发明的采用以下技术方案：

该彩色3D打印装置，其主要特点是，包括打印平台和喷头，该喷头位于所述的打印平台的上方，所述的喷头与液管连接，所述的紫外激光光源设置于所述的打印平台的上方，所述的紫外激光光源发射出的紫外光照射于所述的打印平台，所述的液管包括红色液管、黄色液管和蓝色液管，所述的红色液管、所述的黄色液管和所述的蓝色液管汇合于所述的喷头处，控制装置根据设定的颜色控制各个所述的液管中的流量。

该彩色3D打印装置中的喷头内设置有搅拌螺旋浆，所述的喷头内为真空，该喷头的出口为圆柱形，且所述的喷头的喷射方向垂直于所述的打印平台。

该彩色3D打印装置中的打印平台处于平行于X轴和Y轴的平面，Z轴垂直于所述的打印平台，所述的打印平台沿所述的X轴、所述的Y轴或所述的Z轴移动，丝杠步进电机带动所述的打印平台沿着所述的X轴、所述的Y轴或所述的Z轴移动。

该彩色3D打印装置中的紫外激光光源发射出的紫外光的波长范围为250～405纳米，该紫外激光光源的功率范围为20～1000毫瓦。

该彩色3D打印装置中的打印平台的中心点和所述的喷头之间设置有红外线感应定位装置。

该彩色3D打印装置中的打印平台的表面涂设有乙烯四氟乙烯共聚物。

该3D打印方法包括以下步骤：

（1）建立3D图像，通过离散程序进行切片处理，并计算出扫描路径；

（2）所述的3D打印装置逐层进行彩色打印。

所述的3D打印装置逐层进行彩色打印包括以下步骤：

（21）所述的控制装置控制所述的打印平台下降；

（22）所述的紫外激光光源按照所述的扫描路径移动，

（23）所述的控制装置控制所述的喷头逐线打印。

所述的控制装置控制所述的喷头逐线打印包括以下步骤:

（231）分析打印线条上每个像素点的颜色；

（232）由每个像素点的颜色计算出该像素点所需的三色树脂的配比；

（233）将所述的三色树脂的配比转换为各个所述的液管的流量，所述的控制装置控制各个所述的液管瞬时的流量。

该3D打印方法中每层打印层的厚度范围为20～300微米，所述的喷头的喷涂面积为5～200平方微米。

采用了该结构的彩色3D打印装置，喷头根据所需打印的颜色对于三个液管中的液体进行混合，可实现全彩色的立体打印，打印效率高，无需切削工具与模具，打印出的立体模型精度表面精度高，打印出的立体模型不易损坏；该3D打印方法操作简单，便于使用人员的操作，利于生产的自动化，可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。

附图说明

图1为本发明的打印装置的示意图。

图中标号说明如下：

1   紫外激光光源

2   喷头

31  红色液管

32  黄色液管

33  蓝色液管

4   X轴

5   Y轴

6   Z轴

7   打印平台

具体实施方式

为了能更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1，该彩色3D打印装置，包括打印平台7和喷头2，该喷头2位于打印平台7的上方，喷头2与液管连接，紫外激光光源1设置于打印平台7的上方，紫外激光光源1发射出的紫外光照射于打印平台7，液管包括红色液管31、黄色液管32和蓝色液管33，红色液管31、黄色液管32和蓝色液管33汇合于喷头2处，控制装置根据设定的颜色控制各个液管中的流量。

喷头2内设置有搅拌螺旋浆，每分钟的转速达3000转，使得三个的树脂混合均匀，达到目标颜色的效果，喷头2内为真空，喷头2是完全密封的，避免树脂液中的气泡对于打印效果的影响，该喷头2的出口为圆柱形，且喷头2的喷射方向垂直于打印平台。这样的喷射效果优于发散型的喷头，保证了打印的精度。现有的液体混合装置分为两种，一种是控制基础头或者喷头使树脂稳定均匀流出从而保证打印的舒畅；另一种混合装置是在反应进行中的不同阶段通过液管加入一定量的原料，技术节点是添加量的准确性，而本发明的三个液管的流量是随时间随时控制和改变的。

打印平台7处于平行于X轴4和Y轴5的平面，Z轴6垂直于打印平台，打印平台7沿X轴4、Y轴5或Z轴6移动，丝杠步进电机带动打印平台沿着X轴4、Y轴5或Z轴6移动。现有的打印装置的X轴，Y轴和Z轴是分开的，利用X轴和Y轴控制激光点光源的扫描路径，Z轴控制平台的升降，然而三个轴分开会造成定位误差，打印精度不高，一般也只有1毫米，而本装置将X轴、Y轴、Z轴集成在一起进行打印，保证定位的精确度。

紫外激光光源1发射出的紫外光的波长范围为250～405纳米，该紫外激光光源1的功率范围为20～1000毫瓦。

打印平台7的中心点和喷头2之间设置有红外线感应定位装置，确保喷头2的精确定位，误差小于1微米。

打印平台7的表面涂设有乙烯四氟乙烯共聚物。

该3D打印方法包括以下步骤：

（1）建立3D图像，通过离散程序进行切片处理，并计算出扫描路径；

（2）3D打印装置逐层进行彩色打印。

3D打印装置逐层进行彩色打印包括以下步骤：

（21）控制装置控制打印平台下降；

（22）紫外激光光源按照扫描路径移动，

（23）控制装置控制喷头逐线打印。

控制装置控制喷头逐线打印包括以下步骤:

（231）分析打印线条上每个像素点的颜色；

（232）由每个像素点的颜色计算出该像素点所需的三色树脂的配比；

（233）将三色树脂的配比转换为各个液管的流量，控制装置控制各个液管瞬时的流量。

打印完成后，可以进行打光、电镀、喷漆或着色处理以获得要求的产品。

每层打印层的厚度范围为20～300微米，喷头的喷涂面积为5～200平方微米。

采用了该结构的彩色3D打印装置，喷头根据所需打印的颜色对于三个液管中的液体进行混合，可实现全彩色的立体打印，打印效率高，无需切削工具与模具，打印出的立体模型精度表面精度高，打印出的立体模型不易损坏；该3D打印方法操作简单，便于使用人员的操作，利于生产的自动化，可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种彩色3D打印装置，其特征在于，包括打印平台和喷头，该喷头位于所述的打印平台的上方，所述的喷头与液管连接，所述的紫外激光光源设置于所述的打印平台的上方，所述的紫外激光光源发射出的紫外光照射于所述的打印平台，所述的液管包括红色液管、黄色液管和蓝色液管，所述的红色液管、所述的黄色液管和所述的蓝色液管汇合于所述的喷头处，控制装置根据设定的颜色控制各个所述的液管中的流量。

2.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于，所述的喷头内设置有搅拌螺旋浆，所述的喷头内为真空，该喷头的出口为圆柱形，且所述的喷头的喷射方向垂直于所述的打印平台。

3.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于，所述的打印平台处于平行于X轴和Y轴的平面，Z轴垂直于所述的打印平台，所述的打印平台沿所述的X轴、所述的Y轴或所述的Z轴移动，丝杠步进电机带动所述的打印平台沿着所述的X轴、所述的Y轴或所述的Z轴移动。

4.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于，所述的紫外激光光源发射出的紫外光的波长范围为250～405纳米，该紫外激光光源的功率范围为20～1000毫瓦。

5.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于，所述的打印平台的中心点和所述的喷头之间设置有红外线感应定位装置。

6.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于，所述的打印平台的表面涂设有乙烯四氟乙烯共聚物。

7.一种基于权利要求1所述的彩色3D打印装置实现的3D打印方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）建立3D图像，通过离散程序进行切片处理，并计算出扫描路径；

（2）所述的3D打印装置逐层进行彩色打印。

8.根据权利要求7所述的3D打印方法，其特征在于，所述的3D打印装置逐层进行彩色打印包括以下步骤：

（21）所述的控制装置控制所述的打印平台下降；

（22）所述的紫外激光光源按照所述的扫描路径移动，

（23）所述的控制装置控制所述的喷头逐线打印。

9.根据权利要求8所述的3D打印方法，其特征在于，所述的控制装置控制所述的喷头逐线打印包括以下步骤:

（231）分析打印线条上每个像素点的颜色；

（232）由每个像素点的颜色计算出该像素点所需的三色树脂的配比；

（233）将所述的三色树脂的配比转换为各个所述的液管的流量，所述的控制装置控制各个所述的液管瞬时的流量。

10.根据权利要求7所述的3D打印方法，其特征在于，所述的每层打印层的厚度范围为20～300微米，所述的喷头的喷涂面积为5～200平方微米。

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