CN104309128A - 一种3d打印装置及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印装置及其打印方法，其中，所述3D打印装置包括底座，设置在底座内的曝光机构、控制机构，以及设置在底座上的打印机构，其中，所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台，以及位于模组底端的斜拔组件；所述斜拔组件包括固定安装在底座上端的安装支架，以及通过连接件与安装支架活动连接的支撑框，支撑框上安装有树脂框，支撑框与连接件相对的侧边底部进一步设有一拉杆，拉杆与驱动电机相连，所述曝光机构包括投影仪，投影仪的投影镜头位于树脂框的下方，采用从下而上曝光，使固化层中间不会因为表面张力而凸起，保证其平整性；采用斜拔组件，可以大幅度提高树脂框透明底板上薄膜的使用寿命。

Description

一种3D打印装置及其打印方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印装置及其打印方法，属于打印设备技术领域。

背景技术

3D打印装置又称三维打印机，是一种采用累积制造技术（即快速成形技术）的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。目前，3D打印装置较为常见的是采用SLA立体印刷（又称立体光刻、光造型），具体工作方式主要分为以下两种：

1、      液槽中盛满液态光固化树脂，在一定剂量的光波照射下会在设定区域内固化，成型开始时，工作平台在液面下，聚焦后的激光在液面上按计算机的指令照射。当一层照射完成后被照射的地方就同时固化（面成型技术是整个截面同时固化），未被照射的地方仍然是液态树脂。然后升降架带动平台再下降一层高度，上面又布满一层树脂，以便进行第二层照射，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到3D物品制作完成。这种结构的3D打印装置固化时，因为固化层上表面没有任何阻挡，很容易因为固化层表面张力出现中间凸起的现象，进而影响3D物品的打印质量；

2、      液槽中盛满液态光固化树脂，在一定剂量的光波照射下会在设定区域内固化，成型开始时，工作平台在液面上，其下表面与液槽底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，聚焦后的激光在液面下按计算机的指令照射，当一层照射完成后被照射的地方就同时固化（面成型技术是整个截面同时固化），未被照射的地方仍然是液态树脂。然后平移工作平台（从照射平台移到换位平台，其中，换位平台低于照射平台），使紧贴于液槽底部的固化层完全脱离，然后升降架带动工作平台再上升一层高度，上面又布满一层树脂，以便进行第二层照射，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到3D物品制作完成。这种结构的3D打印装置固化时，因为固化层与液槽底部透明底板的张力很大，打印平台无法垂直拉起，进而需要两个具有一定高度落差的平台进行平移，导致液槽平面面积较大，既占用空间又浪费液态光固化树脂，而且重复平移，使照射平台的透明底板上表面的膜因为摩擦力很容易损坏，寿命较短，一般只能打印8000-10000个层次就必须更换，既增加了更换工序又大幅度增加了打印成本。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种3D打印装置及其打印方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印装置及其打印方法，具有打印质量好、使用寿命长、体积小且操作简单等特点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种3D打印装置，包括底座，设置在底座内的曝光机构、控制机构，以及设置在底座上的打印机构，其中，所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台，以及位于模组底端的斜拔组件；所述斜拔组件包括固定安装在底座上端的安装支架，以及通过连接件与安装支架活动连接的中空支撑框，所述支撑框上安装有用于盛放打印溶液的树脂框，所述树脂框的底部为透明底板，所述支撑框与连接件相对的侧边底部进一步设有一拉杆，拉杆与驱动电机相连，通过拉杆的上升或下降可以使支撑框沿着连接件转动；所述曝光机构包括投影仪，投影仪的投影镜头位于树脂框的下方，且正对树脂框的透明底板。

作为优选，所述模组上设有一纵向丝杠，打印平台与丝杠相连，丝杠底部与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠转动，进而使打印平台在模组上上下滑动。

作为优选，所述斜拔组件的连接件为转轴或者合页。

作为优选，所述支撑框的两侧设有导向槽，树脂框的底部设有对应的导向筋，通过导向槽和导向筋的配合，使树脂框可以沿导向槽滑入或滑出支撑框。

作为优选，所述拉杆的底端设有一限位传感器，拉杆的中间部位设有一限位挡板，拉杆顶端与支撑框固定连接，下端穿过安装支架的限位孔，限位挡板位于限位孔的下方，当拉杆底部到达限位传感器时，驱动电机停止工作，阻止支撑框的进一步下转，当限位挡板上表面接触到限位孔下表面边缘时，驱动电机也停止工作，阻止支撑框的进一步上转。

作为优选，所述投影仪采用DLP投影仪。

作为优选，上述控制机构包括用于控制整个3D打印装置各个机构动作的中央控制单元，和安装在底座外壳上的数个控制按钮。

作为优选，所述3D打印装置进一步包括一可升降的外罩机构，所述外罩机构包括外罩，支撑外罩的支撑杆和驱动外罩升降的伸缩杆，支撑杆和伸缩杆分别安装在模组的两侧，其中，支撑杆通过滑块与模组上对应的滑动导轨相连，使支撑杆可以沿着模块导轨自由移动，伸缩杆的底部设有伸缩杆驱动电机，控制机构通过伸缩杆驱动电机控制伸缩杆的上升或下降。

作为优选，所述外罩采用橘黄色亚克力玻璃外罩。

上述3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：首先，通过底座外壳上的控制按钮，驱动伸缩杆，使外罩沿伸缩杆上升，在树脂框内倒入打印溶液，同时开启曝光机构进入预热状态；

步骤2：通过控制按钮，使外罩下降，外罩底部与底座相接触，进而使整个打印过程在外罩内完成，防止光、风、灰尘等影响打印质量；

步骤3、通过控制按钮使曝光机构和打印机构开始工作，打印平台下降至树脂框底部，此时，打印平台下表面与树脂框底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，投影仪通过透明底板向打印平台投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上；

步骤4：投影结束后，斜拔机构的拉杆开始动作，将支撑框向下拉的同时，树脂框也随之下降，固化层在下拉一侧开始脱离透明底板，空气缓慢进入，当拉杆底部到达限位传感器时，驱动电机停止工作，此时打印平台的整个固化层与透明底板完全脱离，打印平台缓慢上升，拉杆在驱动电机的作用下也缓慢上升，当支撑框和树脂框恢复到水平位置时，驱动电机停止工作，此时，限位挡板上表面与限位孔下表面相接触；

步骤5：打印平台再次下降，此时，打印平台已固化的打印溶液（即固化层）下表面与树脂框底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，重复步骤3和4，直至3D物品打印完成；

步骤6：3D物品打印结束后，通过控制按钮使外罩上升，取出3D物品，打印过程结束。

与现有技术相比，采用上述结构的3D打印装置具有如下几个优点：

1、采用从下而上曝光，打印平台固化时下表面与树脂框底紧密贴合，使固化层中间不会因为表面张力而凸起，保证其平整性，进而保证打印质量；

2、采用斜拔组件，通过一侧缓慢下拉，使固化层与树脂框底部完全脱离，不需要平移增加树脂框的平面面积，而且也不会因为平移产生摩擦力，可以大幅度提高树脂框透明底板上薄膜的使用寿命，一般一个树脂框可以打印40-50万次。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的3D打印装置立体结构图；

图2为本实施例的3D打印装置立体结构图（去除外罩）；

图3为图2的3D打印装置内部结构示意图（右视）；

图4为图2的3D打印装置内部结构示意图（正视）；

图5为斜拔组件结构示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种3D打印装置，包括底座1，设置在底座1内的曝光机构、控制机构，以及设置在底座上的打印机构3，其中，所述打印机构3包括模组31、滑动安装在模组31上的打印平台32，以及位于模组31底端的斜拔组件33；所述模组31上设有一纵向丝杠34，打印平台32与丝杠34相连，丝杠34底部与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠34转动，进而使打印平台32在模组31上上下滑动。所述曝光机构包括投影仪2，所述投影仪2采用DLP投影仪。

上述控制机构包括用于控制整个3D打印装置各个机构动作的中央控制单元，和安装在底座外壳上的数个控制按钮4。

在本实施例中，所述3D打印装置进一步包括一可升降的外罩机构5，所述外罩机构5包括外罩51，支撑外罩的支撑杆52和驱动外罩升降的伸缩杆53，支撑杆52和伸缩杆53分别安装在模组31的两侧，其中，支撑杆52通过滑块54与模组31上对应的滑动导轨35相连，使支撑杆52可以沿着模块导轨35自由移动，伸缩杆53的底部设有伸缩杆驱动电机，控制机构通过伸缩杆驱动电机控制伸缩杆的上升或下降。所述外罩51使用橘黄色亚克力玻璃外罩，形状为正方形，简单大气，而且，塑料件外壳装配使用拼接结构，可以简易安装。

如图5所示，所述斜拔组件33包括固定安装在底座上端的安装支架331，以及通过连接件与安装支架331活动连接的支撑框332，所述支撑框332上安装有用于盛放打印溶液的树脂框333，其中，支撑框332为中空结构，所述树脂框333的底部为透明底板，透明底板可以采用上表面涂覆有薄膜的玻璃或者有一定硬度的塑料膜，投影仪2的投影镜头位于树脂框333的下方，且正对树脂框333的透明底板。支撑框332中间的通孔以及树脂框333的透明底板可以为圆形或方形，其最小直径或距离必须大于被打印的3D物品的最大横截面尺寸，这样才能保证投影仪2的光穿过斜拔组件33投射到打印平台32上，而不会被支撑框332和透明底板遮挡。上述连接件为转轴或者合页，在本实施例中，所述连接件为转轴334，所述支撑框332与转轴334相对的侧边底部进一步设有一拉杆335，拉杆335与驱动电机相连，通过拉杆335的上升或下降可以使支撑框沿着转轴334转动。所述拉杆335的底端设有一限位传感器，拉杆335的中间部位设有一限位挡板336，拉杆335顶端与支撑框332固定连接，下端穿过安装支架331的限位孔337，限位挡板336位于限位孔337的下方，当拉杆335底部到达限位传感器时，驱动电机停止工作，阻止支撑框332的进一步下转，当限位挡板336上表面接触到限位孔337边缘时，驱动电机也停止工作，阻止支撑框332的进一步上转。限位挡板336主要为辅助作用，驱动电机本身会根据设定的要求在支撑框332恢复到水平位置时停止转动，通过限位挡板336的设置可以进一步保证支撑框332上升到超出高度。通过限位传感器和限位挡板336的设定，可以精确保证斜拔组件33的倾斜角度，限位传感器和限位挡板336也可以设置在斜拔组件33的其他位置，只要能保证通过斜拔组件33在规定行程内转动即行。

为方便树脂框333内打印液体的添加和倒出，本发明所述的树脂框333采用抽拉式安装，所述支撑框332的两侧设有导向槽338，树脂框333的底部设有对应的导向筋339，通过导向槽338和导向筋339的配合，使树脂框333可以沿导向槽338滑入或滑出支撑框332。

上述3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：首先，通过底座1外壳上的控制按钮4，驱动伸缩杆53，使外罩51沿伸缩杆53上升，在树脂框333内倒入打印溶液，同时开启曝光机构进入预热状态；

步骤2：通过控制按钮4，使外罩51下降，外罩51底部与底座1相接触，进而使整个打印过程在外罩51内完成，防止光、风、灰尘等影响打印质量；

步骤3、通过控制按钮4使曝光机构和打印机构3开始工作，打印平台32下降至树脂框333底部，此时，打印平台32下表面与树脂框333底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，投影仪2通过透明底板向打印平台32投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台32上；

步骤4：投影结束后，斜拔机构33的拉杆335开始动作，将支撑框332向下拉的同时，树脂框333也随之下降，固化层在下拉一侧开始脱离透明底板，空气缓慢进入，当拉杆335底部到达限位传感器时，驱动电机停止工作，此时打印平台32的整个固化层与透明底板完全脱离，打印平台32缓慢上升，拉杆335在驱动电机的作用下也缓慢上升，当支撑框332和树脂框333恢复到水平位置时，,驱动电机停止工作，此时，限位挡板336上表面与限位孔337下表面相接触；

步骤5：打印平台32再次下降，此时，打印平台32已固化的打印溶液（即固化层）下表面与树脂框333底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，重复步骤3和4，直至3D物品打印完成；

步骤6：3D物品打印结束后，通过控制按钮4使外罩51上升，取出3D物品，整个打印过程结束。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种3D打印装置，其特征在于：包括底座，设置在底座内的曝光机构、控制机构，以及设置在底座上的打印机构，其中，所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台，以及位于模组底端的斜拔组件；所述斜拔组件包括固定安装在底座上端的安装支架，以及通过连接件与安装支架活动连接的中空支撑框，所述支撑框上安装有用于盛放打印溶液的树脂框，所述树脂框的底部为透明底板，所述支撑框与连接件相对的侧边底部进一步设有一拉杆，拉杆与驱动电机相连，通过拉杆的上升或下降可以使支撑框沿着连接件转动；所述曝光机构包括投影仪，投影仪的投影镜头位于树脂框的下方，且正对树脂框的透明底板。

2.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述模组上设有一纵向丝杠，打印平台与丝杠相连，丝杠底部与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠转动，进而使打印平台在模组上上下滑动。

3.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述斜拔组件的连接件为转轴或者合页。

4.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述支撑框的两侧设有导向槽，树脂框的底部设有对应的导向筋，通过导向槽和导向筋的配合，使树脂框可以沿导向槽滑入或滑出支撑框。

5.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述拉杆的底端设有一限位传感器，拉杆的中间部位设有一限位挡板，拉杆顶端与支撑框固定连接，下端穿过安装支架的限位孔，限位挡板位于限位孔的下方，当拉杆底部到达限位传感器时，驱动电机停止工作，阻止支撑框的进一步下转，当限位挡板上表面接触到限位孔下表面边缘时，驱动电机也停止工作，阻止支撑框的进一步上转。

6.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述投影仪采用DLP投影仪。

7.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述控制机构包括用于控制整个3D打印装置各个机构动作的中央控制单元，和安装在底座外壳上的数个控制按钮。

8.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述3D打印装置进一步包括一可升降的外罩机构，所述外罩机构包括外罩，支撑外罩的支撑杆和驱动外罩升降的伸缩杆，支撑杆和伸缩杆分别安装在模组的两侧，其中，支撑杆通过滑块与模组上对应的滑动导轨相连，使支撑杆可以沿着模块导轨自由移动，伸缩杆的底部设有伸缩杆驱动电机，控制机构通过伸缩杆驱动电机控制伸缩杆的上升或下降。

9.如权利要求8所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述外罩采用橘黄色亚克力玻璃外罩。

10.一种3D打印装置的打印方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：首先，通过底座外壳上的控制按钮，驱动伸缩杆，使外罩沿伸缩杆上升，在树脂框内倒入打印溶液，同时开启曝光机构进入预热状态；

步骤2：通过控制按钮，使外罩下降，外罩底部与底座相接触，进而使整个打印过程在外罩内完成，防止光、风、灰尘影响打印质量；

步骤3、通过控制按钮使曝光机构和打印机构开始工作，打印平台下降至树脂框底部，此时，打印平台下表面与树脂框底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，投影仪通过透明底板向打印平台投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上；

步骤4：投影结束后，斜拔机构的拉杆开始动作，将支撑框向下拉的同时，树脂框也随之下降，固化层在下拉一侧开始脱离透明底板，空气缓慢进入，当拉杆底部到达限位传感器时，驱动电机停止工作，此时打印平台的整个固化层与透明底板完全脱离，打印平台缓慢上升，拉杆在驱动电机的作用下也缓慢上升，当支撑框和树脂框恢复到水平位置时，驱动电机停止工作，此时，限位挡板上表面与限位孔下表面相接触；

步骤5：打印平台再次下降，此时，打印平台已固化的打印溶液下表面与树脂框底部透明底板上表面的间距为单层打印的厚度，重复步骤3和4，直至3D物品打印完成；

步骤6：3D物品打印结束后，通过控制按钮使外罩上升，取出3D物品，整个打印过程结束。