CN104339652A - 三维彩色高速打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维彩色高速打印机，包括移动打印喷头、分色供墨盒、工作槽、计算机及外围电路，所说的工作槽由沿横向依次并排设置的供粉槽、成型槽和溢流槽组成，在供粉槽内设有可升降的供粉板，在成型槽内设有可升降的制作平台，在工作槽上沿平设有两根横向托架导轨，在两横向托架导轨上架装有可沿横向托架导轨做横向移动的纵向墨辊装置，在两根横向托架导轨上还架装有可做横向移动的纵向导轨，移动打印喷头可移动地设置在纵向导轨上，分色供墨盒的出料口经供墨管与移动打印喷头的进料口连接。本发明的结构简单、操作方便、适用面宽、环保性能好，能够输出色彩鲜明的彩色模型，可实现省时快速的自动化操作以及方便易用的打印流程。

Description

三维彩色高速打印机

技术领域

本发明内容属于快速成型设备技术领域，涉及一种三维彩色高速打印机。

背景技术

三维打印技术是快速成型技术的重要分支，它与常规的快速成型技术有诸多共性之处，也是将零件或模具结构的CAD模型转化成STL文件格式，通过数字化分层处理，得到零件的截面轮廓系列，然后通过喷印方式，逐层构造各个截面(其厚度等于对应的分层厚度)。但它与常规的快速原型技术(例如SLA、SLS、FDM、LOM等)不同的是：三维打印技术的工作原理非常类似办公用或家用喷墨打印技术，而从阵列化的喷嘴中喷射出材料的是粘接剂或功能材料(一般为塑料)。此外，对某些三维打印技术，可能还需要构造支撑结构。

从目前的调研结果来看，本领域迄今对于三维彩色喷墨打印机的研发仍然还缺乏切实可行的方法和设备，国内只是样机阶段，并未进入到实际的产业化阶段。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构简单、操作方便、适用面宽、可进入到实际产业化阶段的三维彩色高速打印机。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的三维彩色高速打印机包括移动打印喷头、带供墨泵的分色供墨盒、工作槽、计算机及外围电路，其中：所说的工作槽由沿横向等高依次并排设置的供粉槽、成型槽和溢流槽组成，在供粉槽内设置有由供给活塞驱动的可升降的供粉板，在成型槽内设置有由活塞驱动的可升降的制作平台，在工作槽上沿两侧平设有两根横向托架导轨，在两根横向托架导轨位于供粉槽上方的位置处架装连接有一副可沿横向托架导轨做横向移动的纵向墨辊装置，在两根横向托架导轨位于成型槽上方的位置处架装连接有一副可沿横向托架导轨做横向移动的纵向导轨，移动打印喷头设置在纵向导轨上并可沿该导轨做纵向移动，分色供墨盒的出料口经供墨管与移动打印喷头的进料口连接。

本发明的技术解决方案还包括：在横向托架导轨位于溢流槽外侧的位置处设置有一个带喷头清洗槽零位校台，零位校台的出液口通过回收管通至一个污液收集桶中。

本发明的技术解决方案还包括：两根横向托架导轨分别通过两头设置的固定座固定在工作槽上沿两侧。

本发明的基本工作步骤如下所述：

1、建立三维物体(产品)的计算机实体模型,对其进行切片分层,取出每层的成型信息；

2、通过供给活塞将供粉槽内堆设有粉末的供粉板升到某一高度，同时通过成型槽活塞将成型槽内的制作平台亦调升到相应高度，利用墨辊装置的横向运动将粉末在成型槽内的制作平台上铺开，形成第一个层厚(或最底层厚)的粉末层；

3、电脑主板控制移动打印喷头按照实体模型第一层的成型信息做设定的打印运动，并按照成型信息有选择性地把水溶性液体喷射到铺平的第一个层厚(或最底层厚)的粉末层上,该水溶性液体迅速与粉末进行水化反应,将此截面区域的粉末粘合在一起，形成与第一层成型信息形状一样的、有一定强度的层片；未被喷射的粉末则作为下一层片的支撑；

4、通过成型槽活塞将制作平台降低一个层厚，并利用墨辊装置在第一层片上铺开一层新的粉末；

5、电脑主板控制移动打印喷头按照实体模型第二层的成型信息做设定的打印运动，并按照成型信息有选择性地把有色水溶性液体喷射到新铺平的粉末层上,该水溶性液体迅速与粉末反应,形成与第二层成型信息形状一样的、有一定强度的层片，同时通过反应将第二层与第一层粘结成一个整体；未被喷射的粉末又作为下一层片的支撑；

6、依次按照每层的成型信息制作出每一层的层片,同时与上一层片粘结成一个整体，这样层层粘结叠加，最终“打印”制造出在计算机中设计的三维物体(产品)；

7、去除多余的未被粘结的粉末(多余的粉末会掉到溢流槽中，然后流入一个容器，以备下次制作时重新使用)，取出制作的三维物体。

本发明的创新之处在于,随着该三维彩色打印机的推出，三维彩色模型的打印工作将会变得十分快速，且成本相当低廉，可以在日常工作中随意打印，从而让每个人都可以运用彩色三维打印功能。作为市场上目前价位最低的三维彩色高速打印成型机，该设备能够输出色彩鲜明的彩色模型，实现了省时快速的自动化操作以及方便易用的打印流程。其有益效果综合如下：

1、可制作更多模型

●让操作者体验到世界上最快的打印速度；

●只需几小时即输出模型，无需几天时间；

●通过部件堆叠和嵌套方式可同时成型多个模型；

2、更充分交流意见

●三维模型和产品原型的目的本来就是为了进行意见交流，而色彩所达到的意见交流效果是最佳的，色彩可以引人注目地展现出工程产品设计方案，还能生动地展示建筑设计方案，甚至可以将动画角色变成实体；

●无需油漆即可制作真实感很强的彩色模型；

●能够对产品设计的外观、手感和风格做出更好的评估；

●通过创新性地运用文本、箭头以及材质贴图，可在模型上做出重点标示；

3、节省更多时间

●彩色三维立体打印成型机能够自动执行绝大多数的操作，而且对其它操作也进行了简化；

●操作者用于设置操作和取下模型的触摸时间减少了40%；

●可以实现自动化设置和自我监测；

●自动执行粉末材料装载和回收；

4、适合办公室使用

可理想地在标准办公室环境内进行日常使用。它几乎完全解决了典型快速原型制作系统现有的全部危险、废物、噪声和弃置问题，且占用面积非常之小。

5、清洁

●采用喷墨三维打印机上目前适用的最先进粉末控制系统；

●粉末的装载、清除和回收全部闭路执行；

●持续保持负压，将空气中漂浮的颗粒包围在打印机的封套内；

●零废液排放，无需处理；

6、安全

●安全性可比拟常用2D喷墨打印机；

●采用环保无危险性的成型材料，模型上无需连接其它三维打印机所使用的实体支撑结构装置。因此无需使用危险的切割刀具或有毒化学品来去除这些支撑物。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的结构示意图。

附图中各数字标号的名称分别是：1－分色供墨盒，2－墨辊装置，3－墨辊支架滚轮，4－供粉槽，5－供给活塞，6－成型槽，7－溢流槽,8－移动打印喷头,9－纵向导轨，10－机头横向托架导轨，11－零位校台，12－固定座，13－污液收集桶，14－活塞。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。

参见附图，本发明所述的三维彩色高速打印机由移动打印喷头8、带供墨泵的分色供墨盒1、工作槽、计算机及外围电路等部分组成。工作槽由沿横向等高依次并排设置的供粉槽4、成型槽6和溢流槽7组成，在供粉槽4内设置有由供给活塞5驱动的可升降的供粉板，在成型槽6内设置有由活塞14驱动的可升降的制作平台，在工作槽上沿两侧平设有两根横向托架导轨10。两根横向托架导轨10分别通过两头设置的固定座12固定在工作槽上沿两侧。在两根横向托架导轨10位于供粉槽4上方的位置处架装连接有一副可沿横向托架导轨10做横向移动的纵向墨辊装置2，在两根横向托架导轨10位于成型槽6上方的位置处架装连接有一副可沿横向托架导轨10做横向移动的纵向导轨9。移动打印喷头8设置在纵向导轨9上并可沿该导轨做纵向移动，分色供墨盒1的出料口经供墨管与移动打印喷头8的进料口连接。在横向托架导轨10位于溢流槽7外侧的位置处设置有一个带喷头清洗槽零位校台11，零位校台11的出液口通过回收管通至一个污液收集桶13中。

本发明所述三维彩色高速打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，逐层创建各部件。与二维打印机在打印头下送纸不同，三维彩色高速打印机是在一层粉末的上方使移动打印喷头8工作，移动打印喷头8沿纵向轨道做往复运行。打印由数据处理软件传送的横截面数据，系统要求将粉末精确且均匀地分布在制作平台上。三维彩色高速打印机通过逐层升高的平台来完成这项工作。墨辊装置2将供给活塞5送出的粉末在成型槽6内的制作平台上铺开，并特意在每层多铺大约30%的粉末，以确保制作平台的整个层面都被粉末密实地覆盖。多余的粉末会掉到溢流槽7中，然后流入一个容器，以备下次制作时重新使用。粉末层铺开之后，分色供墨盒1将墨沿管道送入移动打印喷头8，移动打印喷头8会将部件的第一层(或最底层)横截面区域打印在平坦的粉末层上，再将粉末粘合在一起；然后，活塞14会将成型槽6内的制作平台降低一个层厚，并在顶层铺开一层新的粉末；移动打印喷头8将下一横截面的数据应用到新粉末层上，该层就会粘合到上一层；对于该部件的各层，打印机将反复进行这一过程。该三维彩色高速打印机过程可精确地创建三维数据所展示的实体模型，此过程所需的时间根据部件的高度而定。通常，三维彩色高速打印机的垂直制作速率为每小时25～50毫米。

三维打印成型过程完成后，成型槽6中部件的周围会分布着一些松散的粉末，这些粉末用于支撑该部件。材料经过一段时间定型后，用户即可将部件从成型槽6中取出，然后将未使用的松散粉末送回供给板，以待重新使用；之后用户可以利用强迫通风将多余粉末吹离成型的部件，此过程只需不到10分钟。三维打印技术在打印成型过程中不需要使用实体或附加支持，并且所有未使用的材料都可再利用。移动打印喷头8每打印一个层面后，都必须回归零位校台11正坐标一次，并在该工位清洗喷头，污液被收集到污液收集桶13内。

Claims (3)

1.一种三维彩色高速打印机，包括移动打印喷头(8)、带供墨泵的分色供墨盒(1)、工作槽、计算机及外围电路，其特征在于：所说的工作槽由沿横向等高依次并排设置的供粉槽(4)、成型槽(6)和溢流槽(7)组成，在供粉槽(4)内设置有由供给活塞(5)驱动的可升降的供粉板，在成型槽(6)内设置有由活塞(14)驱动的可升降的制作平台，在工作槽上沿两侧平设有两根横向托架导轨(10)，在两根横向托架导轨(10)位于供粉槽(4)上方的位置处架装连接有一副可沿横向托架导轨(10)做横向移动的纵向墨辊装置(2)，在两根横向托架导轨(10)位于成型槽(6)上方的位置处架装连接有一副可沿横向托架导轨(10)做横向移动的纵向导轨(9)，移动打印喷头(8)设置在纵向导轨(9)上并可沿该导轨做纵向移动，分色供墨盒(1)的出料口经供墨管与移动打印喷头(8)的进料口连接。

2.根据权利要求1所述的三维彩色高速打印机，其特征在于：在横向托架导轨(10)位于溢流槽(7)外侧的位置处设置有一个带喷头清洗槽零位校台(11)，零位校台(11)的出液口通过回收管通至一个污液收集桶(13)中。

3.根据权利要求1所述的三维彩色高速打印机，其特征在于：两根横向托架导轨(10)分别通过两头设置的固定座(12)固定在工作槽上沿两侧。