CN104149350A - 具备成型材料检测功能的三维打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备成型材料检测功能的三维打印机及其打印方法，所述三维打印机包括机架、成型座、打印头和向打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述打印头可移动地安装在机架上，打印头为熔融式打印头，机架上还设置有用于照射成型座上的成型材料的发光检测元件，成型材料当中至少部分含有隐形的光致发光材料。本发明三维打印机通过在机体上设置发光检测元件,以便在打印成型的过程中对成型座上的成型材料或三维实体进行照射，根据成型材料或三维实体是否发光来检测和鉴别所述成型材料的真伪，从而能够对成型材料的来源进行有效的管控，以便确保所使用的成型材料符合打印头的要求，防止打印头堵塞，保证了打印质量。

Description

具备成型材料检测功能的三维打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，特别涉及一种具备成型材料检测功能的三维打印机及其打印方法。

背景技术

三维打印又称3D打印，属于快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用成型材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

三维打印的过程首先是通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导打印机逐层打印。作为三维打印技术的代表，FDM(Fused Deposition Modeling, 熔融沉积成型)是一种通过熔融材料叠加堆积而形成三维实体模型的工艺，一般采用逐层固化成型方法，使打印后的树脂一层一层地变成固体，从而产生固体成像产品。其中常见的成型材料包括ABS、PLA等，基本上是通过从三维打印机的打印头上端输入线状的成型材料，然后经打印头内高温熔融再从打印头出口挤出约0.1~0.2mm左右的丝状材料，然后把这种丝状材料按照程序，规律地布置在打印托板上，从而实现三维成型。

现阶段，三维打印技术快速发展并已逐渐进入各个领域，一台三维打印机可以采用多种材料进行打印，例如，使用ABS材料的三维打印机，还可使用一些与ABS相近的材料如尼龙等材料进行打印。而且，三维打印机进行打印时可采用多种颜色的材料直接打印出彩色的三维实体。在使用过程中，成型材料一般会容纳在打印盒内，而打印盒安装在三维打印机的打印盒安装架上，通过出料口向三维打印头提供成型材料。

由于目前三维打印所采用的打印头喷嘴很小,因此对其采用的成型材料的要求比较高,如果采用的成型材料不符合要求,则很容易导致打印头堵塞,进而影响打印质量,因此在三维打印过程中对成型材料的来源进行检测和鉴别就显得尤为必要了，而目前市场上尚未出现具备成型材料检测功能的三维打印机。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具备成型材料检测功能的三维打印机，以便对成型材料的来源进行有效的管控，从而确保所使用的成型材料符合打印头的要求。

本发明的另一个目的在于提供一种具备成型材料检测功能的三维打印方法，以便对成型材料的来源进行有效的管控，从而确保所使用的成型材料符合打印头的要求。

为实现上述第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：设计一种具备成型材料检测功能的三维打印机，包括机架、成型座、打印头和用于向所述打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述打印头可移动地安装在所述机架上，所述打印头为可向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，所述机架上还设置有用于照射所述成型座上的成型材料的发光检测元件，所述成型材料当中至少部分含有隐形的光致发光材料。

由上述方案可见，本发明的三维打印机利用含有隐形光致发光材料的成型材料在三维打印机上进行三维打印成型，然后通过在三维打印机的机体上设置发光检测元件,以便在打印成型的过程中对成型座上的成型材料进行照射，或者对成型材料固化形成的三维实体进行照射，根据成型材料或三维实体是否发光来检测和鉴别所述成型材料的真伪，从而能够对成型材料的来源进行有效的管控，以便确保所使用的成型材料符合打印头的要求，防止打印头堵塞，保证了打印质量。

进一步的技术方案为，所述发光检测元件可移动地安装在所述机架上。采用此结构能便于配合检测打印形成的三维实体，可实现在打印过程中检测。此外，所述发光检测元件还可以设置在所述打印头上，与打印头形成一体结构，工作时一起移动。

优选地，所述发光检测元件为紫外线灯，所述光致发光材料为紫外荧光材料。

在一种优选实施方式中，所述成型材料当中全部含有所述光致发光材料。采用此方案可使检测更方便，在成型的任何时间都可以进行检测。

在一种优选实施方式中，所述成型材料为固态丝状成型材料。采用固态丝状成型材料更便于材料输送到打印头，而且便于运输，用户操作也更方便。

进一步的技术方案为，所述供料机构包括打印盒安装架和安装在所述打印盒安装架内的至少一个打印盒，所述打印盒包括成型材料容纳部和出料口，所述成型材料容纳部内的成型材料通过所述出料口被提供至所述打印头。

进一步的技术方案为，所述机架包括水平设置的上支架、下支架和竖直设置的螺杆，所述成型座固定在所述下支架上，所述螺杆支撑在所述下支架上，所述上支架可升降地设置于所述螺杆；所述上支架上设有可在上支架确定的平面内前后移动的第一滑架和第二滑架，所述打印头可左右移动地设置于所述第一滑架，所述发光检测元件可左右移动地设置于所述第二滑架。采用此结构能便于配合检测打印形成的三维实体，可实现在打印过程中检测，而且不影响打印头的工作。

为实现上述第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：设计一种三维打印机的打印方法，所述三维打印机包括机架、控制单元、成型座和供应丝状可熔融成型材料的供料机构，所述机架上设有熔融式打印头和发光检测元件，其中所述打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据，并将所述成型数据提供给所述控制单元；

3）由所述控制单元控制所述供料机构向所述熔融式打印头供应所述成型材料，并控制所述熔融式打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料；

4）由所述发光检测元件发出光线照射所述成型座上的成型材料或其逐层叠加所形成的三维实体，根据所述成型材料或三维实体是否发光来检测所述成型材料的真伪。

由上述方案可见，本发明的三维打印方法通过在三维打印机的机体上设置发光检测元件,以便在打印成型的过程中对成型座上的成型材料进行照射，或者对成型材料固化形成的三维实体进行照射，根据成型材料或三维实体是否发光来检测和鉴别所述成型材料的真伪，从而能够对成型材料的来源进行有效的管控，以便确保所使用的成型材料符合打印头的要求，防止打印头堵塞，保证了打印质量。

进一步的技术方案为，当所述成型材料当中部分含有隐形的光致发光材料时，所述打印头喷射出的成型材料或其固化后形成的三维实体的特定局部在所述发光检测元件的照射下呈现荧光的效果；当所述成型材料当中全部含有隐形的光致发光材料时，所述打印头喷射出的成型材料或其固化后形成的三维实体的整体在所述发光检测元件的照射下都呈现荧光的效果。

优选地，所述发光检测元件为紫外线灯，所述光致发光材料为紫外荧光材料。

附图说明

图1是本发明的一种三维打印机的结构示意图。

图2是图1所示三维打印机的打印方法工艺流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各种实施方式，其中的实施例结合附图进行说明并在下文中描述。尽管本发明将结合示例性实施方式进行说明，应当理解本发明不限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅包括这些实施方式，而且还包括各种变形、改进。

如图1所示，本发明的一种具备成型材料检测功能的三维打印机，包括机架、供料机构、成型座1、打印头2、发光检测元件3以及未示出的控制单元，所述机架包括水平设置的上支架4、下支架5和竖直设置的螺杆6，成型座1固定在下支架5上，螺杆6支撑在下支架5上，上支架4可沿螺杆6上下移动。所述上支架4上设有可在上支架4确定的平面内前后移动的第一滑架7和第二滑架8。打印头2可左右移动地设置于第一滑架7，发光检测元件3可左右移动地设置于第二滑架8。在其它实施例中，发光检测元件3还可以设置在打印头2上，与打印头2形成一体结构，工作时一起移动。

所述供料机构包括打印盒安装架9和安装在打印盒安装架9内的打印盒10，打印盒10包括呈圆形的成型材料容纳部（未示出）和位于该成型材料容纳部顶部的出料口12，成型材料容纳部内容纳有呈固态丝状的可熔融成型材料13，该成型材料13当中可以部分含有隐形的光致发光材料，也可以是全部含有隐形的光致发光材料。成型材料13通过出料口12被提供至打印头2，成型材料12在打印头2内熔融，熔融后的成型材料经由打印头2的喷嘴14向成型座1逐层喷射，从而在成型座 1 上打印出三维实体 11。可以理解的是，不同的三维打印机结构有所不同，以上仅以示例的方式描述打印机的结构，本发明并不仅限于具有上述结构的三维打印机。

在本实施例中，打印盒 10以装有固态丝状成型材料的打印盒为例进行说明，可以理解的是，成型材料也可为粉末状、液态等形态，容纳不同形态成型材料的打印盒的结构有所不同。

在本实施例中，打印盒安装架9内安装有一个提供单色成型材料的打印盒10，可以理解的是，打印盒安装架9内还可安装多个分别提供不同颜色成型材料的打印盒，且打印盒上设置有防装错结构，与打印盒安装架9上的防装错结构相配合，不同颜色打印盒的防装错结构不同，从而使打印盒不可安装至打印盒安装架9的与其不匹配的部分内。

在优选的实施例中，所述发光检测元件3为紫外线灯，所述成型材料13内的光致发光材料为紫外荧光材料。在三维实体 11打印过程中，紫外线灯发出紫外线并照射在打印头2喷出的成型材料或固化后的三维实体 11上，由于成型材料内含有紫外荧光材料，在紫外线照射下，紫外荧光材料发出荧光，从而实现对所述成型材料13的真伪进行检测。

如图2，上述三维打印机的打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据，并将所述成型数据提供给所述控制单元；

3）由所述控制单元控制所述供料机构向所述熔融式打印头供应所述成型材料，并控制所述熔融式打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料，所述成型材料逐层叠加固化而形成所需的三维实体；

4）由所述发光检测元件发出光线照射所述成型座上的成型材料或三维实体，根据所述成型材料或三维实体是否发光来检测所述成型材料的真伪：当成型材料当中部分含有隐形的光致发光材料时，打印头喷射出的成型材料或其固化后形成的三维实体11的特定局部在发光检测元件的照射下呈现荧光的效果；而当成型材料当中全部含有隐形的光致发光材料时，打印头喷射出的成型材料或其固化后形成的三维实体11的整体在发光检测元件的照射下都呈现荧光的效果。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 具备成型材料检测功能的三维打印机，包括机架、成型座、打印头和用于向所述打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述打印头可移动地安装在所述机架上，所述打印头为可向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，其特征在于，所述三维打印机还包括用于照射所述成型座上的成型材料的发光检测元件，所述成型材料当中至少部分含有隐形的光致发光材料。

2. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述发光检测元件可移动地安装在所述机架上。

3. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述发光检测元件设置在所述打印头上。

4. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述发光检测元件为紫外线灯，所述光致发光材料为紫外荧光材料。

5. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述成型材料当中全部含有所述光致发光材料。

6. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述成型材料为固态丝状成型材料。

7. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述供料机构包括打印盒安装架和安装在所述打印盒安装架内的至少一个打印盒，所述打印盒包括成型材料容纳部和出料口，所述成型材料容纳部内的成型材料通过所述出料口被提供至所述打印头。

8. 根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：所述机架包括水平设置的上支架、下支架和竖直设置的螺杆，所述成型座固定在所述下支架上，所述螺杆支撑在所述下支架上，所述上支架可升降地设置于所述螺杆；所述上支架上设有可在上支架确定的平面内前后移动的第一滑架和第二滑架，所述打印头可左右移动地设置于所述第一滑架，所述发光检测元件可左右移动地设置于所述第二滑架。

9. 具备成型材料检测功能的三维打印机的打印方法，所述三维打印机包括机架、控制单元、成型座和供应丝状可熔融成型材料的供料机构，所述机架上设有熔融式打印头和发光检测元件，其特征在于，所述打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据，并将所述成型数据提供给所述控制单元；

3）由所述控制单元控制所述供料机构向所述熔融式打印头供应所述成型材料，并控制所述熔融式打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料；

4）由所述发光检测元件发出光线照射所述成型座上的成型材料或其逐层叠加所形成的三维实体，根据所述成型材料或三维实体是否发光来检测所述成型材料的真伪。

10. 根据权利要求9所述三维打印机的打印方法，其特征在于，当所述成型材料当中部分含有隐形的光致发光材料时，所述打印头喷射出的成型材料或其固化后形成的三维实体的特定局部在所述发光检测元件的照射下呈现荧光的效果；当所述成型材料当中全部含有隐形的光致发光材料时，所述打印头喷射出的成型材料或其固化后形成的三维实体的整体在所述发光检测元件的照射下都呈现荧光的效果。