CN104191616A - 一种喷墨3d打印设备及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印领域，具体为一种喷墨3D打印设备及打印方法。该喷墨3D打印设备，包括控制模块、运动模块和3D打印模块，3D打印模块按照控制模块读取的数据将热塑材料进行分层打印，运动模块在控制模块的控制下控制分层打印过程中打印物体的移动，还包括喷墨模块，喷墨模块与控制模块相连，用于3D打印模块对当前层实体打印完成后，对当前层进行喷墨染色处理；运动模块在控制模块的控制下控制喷墨过程中打印物体的移动；喷墨模块、运动模块和3D打印模块在控制模块的控制下相互独立的工作。该发明实现了彩色平面打印技术在复杂三维物体上的应用，并且打印成本低廉。

Description

一种喷墨3D打印设备及打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体为一种喷墨3D打印设备和打印方法。

背景技术

目前，各种各样的3D打印设备及方法不断涌现，有激光立体成型技术(LSF)、三维印刷技术(3DP)、选择性烧结(SLS)、薄片分层堆层成型法(LOM)、热熔堆积固化成型法(FDM)、立体光固化成型法(SLA)等。

在各种不同的3D打印方法中，其中能较好地实现全彩色3D打印的方法有三维印刷技术(3DP)、立体光固化成型法(SLA)等，但其打印成本都较高；热熔堆积固化成型法(FDM)虽然打印成本较为低廉，但由于用于立体成型的材料在喷出时难以混合染色，所以很难以实现全彩色3D打印。另外，喷墨打印虽然能实现彩色打印，但其只能在平面上打印颜色，无法在复杂的物体表面进行打印，更不能在物体内部进行打印。

专利名称：一种热融堆积成型法彩色3D打印设备，申请号：201410124418.3，公开了一种热融堆积成型法彩色3D打印设备，采用三原色原理,即红、绿、蓝三种颜色以适当的比例混合可以得到自然界中几乎所有色彩的原理，通过红、绿、蓝三种颜色的热塑性原材料熔丝或粉末以不同比例加热混合形成不同色彩打印材料后，运用热融堆积成型法(FDM法)3D打印彩色产品。但本专利存在以下缺点：使用已着色的固体材料混合，无法实现浅色的喷染。3种参与混色的原材料均已带有一定颜色，混合后只会得到一种更深的颜色，而无法得到一种更浅的颜色、乃至白色。

专利名称：一种喷墨染色热融堆积成型法彩色3D打印设备，申请号：201410124743.X，公开了一种一种喷墨染色热融堆积成型法彩色3D打印设备，采用三原色原理,即红、绿、蓝三种颜色以适当的比例混合可以得到自然界中几乎所有色彩的原理，通过红、绿、蓝三种颜色的墨水以不同比例混合形成不同色彩墨水后，白色热塑性材料被加热熔融与彩色墨水混合染色作为彩色打印原材料，运用热融堆积成型(FDM法)3D打印彩色产品。本专利虽然具有一定的可行性，但研发和应用难度极高。“热融堆积成型法”3D打印的一个主要特点是采用高温将固体材料融化后再挤出，根据材料的不同加热温度也不同，常需要100多度甚至几百度的高温。因为打印的连续性，加热过程也连续，因此喷头在打印过程中将一直保持着高温。由于彩色墨水属于油性或水性，加热过程中的高温足以使水性或油性的彩色墨水处在一个沸腾或汽化的状态而使染色效果较差。同时，现在的彩色喷墨头属一种极精细的高集成设备，材质以塑料为主，高温对彩色喷头也是一个极大的考验，因此本专利在现有技术条件下是难以实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种喷墨3D打印设备及打印方法，实现彩色平面打印技术在复杂三维物体上的应用，并且打印成本低廉。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种喷墨3D打印设备，包括控制模块、运动模块和3D打印模块，所述控制模块用于读取打印数据，所述3D打印模块按照打印数据进行热塑材料的分层打印，所述运动模块用于在控制模块的控制下控制分层打印过程中打印物体的移动，还包括喷墨模块，且喷墨模块、运动模块和3D打印模块在控制模块的控制下相互独立的工作；所述喷墨模块与控制模块相连，用于在3D打印模块对当前层模型实体打印完成后，对当前层模型实体进行喷墨染色处理；所述运动模块，还用于在控制模块的控制下控制喷墨过程中打印物体的移动。

本发明的有益效果是：

1、在打印过程中将热熔堆积固化成型法3D打印设备和喷墨装置相结合，在避免了染色不均或浅色无法着色的情况下，从研发和应用上实现了全彩色的3D打印。

2、本发明使用的打印材料价格较为廉价，彩色喷墨打印成本也很低廉，因此本发明将两种技术相结合，在实现彩色3D打印的同时节约了成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述运动模块包括移动装置和升降装置；

所述移动装置包括喷头工作小车、喷头工作小车导轨和行走导轨；所述升降装置包括模型托盘、升降轨道和底座；

将底座右上角设为原点并基于该原点建立xyz坐标系，沿着工作小车导轨的方向设为X方向，沿着行走导轨的方向设为Y方向，沿着升降轨道的方向设为Z方向；

所述模型托盘沿着升降轨道相对于原点进行Z方向的移动，

所述喷头工作小车沿喷头工作小车导轨相对于原点进行X方向的移动，

所述喷头工作小车导轨沿行走导轨相对于原点进行Y方向的移动。

所述喷墨模块包括喷墨喷头和供墨装置，所述3D打印模块包括材料挤出喷头和供料装置，喷墨喷头和材料挤出喷头并排安装到喷头工作小车上。

采用上述进一步方案的有益效果是：本发明使用的设备组成材料为常规材料，在实际应用上能实现全彩色的3D打印。

一种基于喷墨3D打印设备实现喷墨3D打印的方法，包括：

实体分层打印步骤：读取打印数据，按照打印数据进行热塑材料的实体分层打印，并控制实体分层打印过程中打印物体的移动；

喷墨染色处理步骤：在对当前层模型实体进行热塑材料的实体打印完成后，对当前层模型实体进行喷墨染色处理，并控制喷墨过程中打印物体的移动。

所述实体分层打印步骤具体包括：

步骤A1、建立三维模型，将三维模型按照设定的层厚模拟分割成不同的层面；

步骤A2、读取层面的实体数据，按照读取的实体数据逐点打印一层模型实体；

步骤A3、判断是否完成当前层模型实体打印，未完成打印时，继续步骤A2直至完成当前层的模型实体打印。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述步骤A2中模型实体选用白色或透明或半透明的实体打印材料。

采用上述进一步方案的有益效果是：让彩色3D打印品表现出更多的颜色，同时让颜色表现的更加均匀。

所述喷墨染色处理步骤具体包括：

步骤B1、完成所述步骤A3当前层模型实体打印后，读取当前层颜色数据，并在当前层的实体表面及边缘上进行逐点喷墨；

步骤B2、判断当前层喷墨是否完成，未完成喷墨时，继续对当前层进行喷墨直至完成当前层喷墨；完成喷墨时，则重复进行所述实体分层打印中所述步骤A2、所述步骤A3的实体打印过程；

步骤B3、重复所述步骤A2，所述步骤A3，所述步骤B1和所述步骤B2直至全部打印和喷墨完成。

附图说明

图1为本发明装置的原理图；

图2为本发明装置的结构连接图；

图3为本发明方法的原理流程图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、工作小车，2、喷头工作小车导轨，3、行走导轨，4、喷墨喷头，5、材料挤出喷头，6、供墨装置，7、供料装置，8、模型托盘，9、升降轨道，10、底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种喷墨3D打印设备，包括控制模块、3D打印模块、喷墨模块和运动模块；3D打印模块、喷墨模块和运动模块都与控制模块相连，在控制模块的控制下相互独立工作。

控制模块用于读取打印数据，可用分层数据处理软件或CAD建模软件。

3D打印模块与控制模块相连，用于按照控制模块读取的数据将热塑材料进行分层打印。

喷墨模块与控制模块相连，用于3D打印模块对当前层实体打印完成后，对当前层进行喷墨染色处理。

运动模块与控制模块相连，用于控制3D打印和喷墨过程中打印物体的移动。

如图2所示，运动模块包括移动装置和升降装置，移动装置包括喷头工作小车1、沿喷头工作小车导轨2和行走导轨3，升降装置包括模型托盘8、升降轨道9和底座10。

将底座10右上角设为原点并基于该原点建立xyz坐标系，沿着工作小车导轨2的方向设为X方向，沿着行走导轨3的方向设为Y方向，沿着升降轨道9的方向设为Z方向。

喷头工作小车1沿喷头工作小车导轨2相对于模型托盘10进行X方向的移动，实现打印物左右移动；

喷头工作小车1导轨沿行走导轨3相对于模型托盘进Y方向的移动，实现打印物前后移动；

模型托盘10沿着升降轨道9进行Z方向移动，实现打印物上下移动。

喷墨模块包括喷墨喷头4和供墨装置6，3D打印模块包括材料挤出喷头5和供料装置7，喷墨喷头4和材料挤出喷头5并排安装到喷头工作小车1上。工作时，材料挤出喷头5先挤出材料打印，喷墨喷头4再在打印好的材料上喷墨。

如图3所示，一种基于以上喷墨3D打印设备的喷墨3D打印方法，包括实体分层打印步骤和喷墨染色处理步骤。

实体分层打印步骤：读取打印数据，按照打印数据进行热塑材料的实体分层打印，并控制实体分层打印过程中打印物体的移动。

实体分层打印步骤具体包括：

步骤A1、建立三维模型，将三维模型按照设定的层厚模拟分割成不同的层面；

步骤A2、读取层面的实体数据，按照读取的实体数据逐点打印一层模型实体，模型实体可选用白色或透明或半透明的实体打印材料；

步骤A3、判断是否完成当前层模型实体打印，未完成打印时，继续步骤A2直至完成当前层的模型实体打印。

喷墨染色处理步骤：在对当前层模型实体进行热塑材料的实体打印完成后，对当前层模型实体进行喷墨染色处理，并控制喷墨过程中打印物体的移动。

所述喷墨染色处理步骤具体包括：

步骤B1、完成所述步骤A3当前层模型实体打印后，读取当前层颜色数据，并在当前层的实体表面及边缘上进行逐点喷墨；

步骤B2、判断当前层喷墨是否完成，未完成喷墨时，继续对当前层进行喷墨直至完成当前层喷墨；完成喷墨时，则重复进行所述实体分层打印中所述步骤A2、所述步骤A3的实体打印过程；

步骤B3、重复步骤A2，步骤A3，步骤B1，步骤B2直至完成全部打印和喷墨过程。

通过以上实施例可以看出本发明的益处为：将3D热熔堆积固化成型法与喷墨打印技术相结合在研发和应用上实现了全彩色3D打印，成本低廉，节约费用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种喷墨3D打印设备，包括控制模块、运动模块和3D打印模块，所述控制模块用于读取打印数据，所述3D打印模块按照打印数据进行热塑材料的分层打印，所述运动模块用于在控制模块的控制下控制分层打印过程中打印物体的移动，其特征在于：还包括喷墨模块，且喷墨模块、运动模块和3D打印模块在控制模块的控制下相互独立的工作；所述喷墨模块与控制模块相连，用于在3D打印模块对当前层模型实体打印完成后，对当前层模型实体进行喷墨染色处理；所述运动模块，还用于在控制模块的控制下控制喷墨过程中打印物体的移动。

2.根据权利要求1所述的一种喷墨3D打印设备，其特征在于：所述运动模块包括移动装置和升降装置；

所述移动装置包括喷头工作小车(1)、喷头工作小车导轨(2)和行走导轨(3)；所述升降装置包括模型托盘(8)、升降轨道(9)和底座(10)；

将底座(10)右上角设为原点并基于该原点建立xyz坐标系，沿着工作小车导轨(2)的方向设为X方向，沿着行走导轨(3)的方向设为Y方向，沿着升降轨道(9)的方向设为Z方向；

所述模型托盘(8)沿着升降轨道(9)相对于原点进行Z方向的移动，

所述喷头工作小车(1)沿喷头工作小车导轨(2)相对于原点进行X方向的移动，

所述喷头工作小车导轨(2)沿行走导轨(3)相对于原点进行Y方向的移动。

3.根据权利要求2所述的一种喷墨3D打印设备，其特征在于：所述喷墨模块包括喷墨喷头(4)和供墨装置(6)，所述3D打印模块包括材料挤出喷头(5)和供料装置(7)，喷墨喷头(4)和材料挤出喷头(5)并排安装到喷头工作小车(1)上。

4.一种基于权利要求1所述的喷墨3D打印设备实现喷墨3D打印的方法，其特征在于，包括：

实体分层打印步骤：读取打印数据，按照打印数据进行热塑材料的实体分层打印，并控制实体分层打印过程中打印物体的移动；

喷墨染色处理步骤：在对当前层模型实体进行热塑材料的实体打印完成后，对当前层模型实体进行喷墨染色处理，并控制喷墨过程中打印物体的移动。

5.根据权利要求4所述喷墨3D打印的方法，其特征在于：所述实体分层打印步骤具体包括：

步骤A1、建立三维模型，将三维模型按照设定的层厚模拟分割成不同的层面；

步骤A2、读取层面的实体数据，按照读取的实体数据逐点打印一层模型实体；

步骤A3、判断是否完成当前层模型实体打印，未完成打印时，继续步骤A2直至完成当前层的模型实体打印。

6.根据权利要求5所述的喷墨彩色3D打印方法，其特征在于：所述步骤A2中模型实体选用白色或透明或半透明的实体打印材料。

7.根据权利要求5所述喷墨3D打印的方法，其特征在于：所述喷墨染色处理步骤具体包括：

步骤B1、完成所述步骤A3当前层模型实体打印后，读取当前层颜色数据，并在当前层的实体表面及边缘上进行逐点喷墨；

步骤B2、判断当前层喷墨是否完成，未完成喷墨时，继续对当前层进行喷墨直至完成当前层喷墨；完成喷墨时，则重复进行所述实体分层打印中所述步骤A2、所述步骤A3的实体打印过程；

步骤B3、重复所述步骤A2，所述步骤A3，所述步骤B1和所述步骤B2直至全部打印和喷墨完成。