CN104441656B - 三维打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维打印机及其打印方法，包括机架、承载三维打印实体的成型座、可移动地安装在所述机架上的主打印头和用于向所述主打印头供应可熔融成型材料的供料机构，主打印头为向成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，三维打印机还包括有沿主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射成型辅助材料的辅助打印头。成型辅助材料可以是应力强化材料、降温材料或保温材料。本发明由于在主打印头之外还设置了辅助打印头，该辅助打印头能够沿主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射成型辅助材料，从而减小了三维模型的变形，防止了打印过程主打印头移动中出现的拉丝现象，改善了成型效果。

Description

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典型代表，FDM成型(即Fused DepositionModeling,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，从而产生立体造型产品。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，规律地布置在成型座上，从而实现三维成型。

随着社会的进步与发展，三维打印技术快速发展并已逐渐进入社会生活的各个领域，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成型材料盒内，而成型材料盒安装在三维打印机的料盒安装架上，通过出料口向三维打印头提供成型材料。

由于从打印头出来的丝状材料出料结构简单，在打印头内大约是200摄氏度左右的高温，在喷出打印头时候，丝状材料的温度降低到与环境温度一致；在布置到成型座(打印托板)上时，由于丝状材料的温度与成型座的温度又存在差异，使丝状材料不能很好地附着在成型座上。其中，在打印开始，由于从打印头出来的是高温熔融状态的类似流动的丝料，可能会存在局部温度过高，导致存在不能很好断丝，出现拉丝情况；而且在后续的打印过程中，生成的三维模型的最底层一般会有2层0.2mm左右的底层，由于存在胶丝内外温度差异影响，使后续打印出来的整个3D模型不能平整地一层一层堆叠起来。容易造成打印出来的3D模型存在变形，成型效果不够稳定。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够改善成型效果的三维打印机。

本发明的另一个目的在于提供一种能够改善成型效果的三维打印方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：设计一种三维打印机，包括机架、承载三维打印实体的成型座、可移动地安装在所述机架上的主打印头和用于向所述主打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述主打印头为向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，所述三维打印机还包括有沿所述主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射成型辅助材料的辅助打印头。

由上述方案可见，本发明的三维打印机由于在主打印头之外还设置了辅助打印头，该辅助打印头能够沿主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射成型辅助材料，从而减小了三维模型的变形，防止了打印过程主打印头移动中出现的拉丝现象，改善了成型效果。

在一种优选实施方式中，所述辅助打印头与所述主打印头相互分离，并且可移动地安装在所述机架上。

在另一种优选实施方式中，所述辅助打印头固定在所述主打印头上。采用此结构的优点在于，可实现辅助打印头与机架上的主打印头同步移动，更方便可靠地喷射成型辅助材料，以保证其成型效果。

根据本发明的三维打印机，所述成型辅助材料可以是可与已打印成型材料相融合以增强其应力的强化材料，也可以是用于降低已打印成型材料温度的降温材料或降温气体，还可以是用于使已打印成型材料温度保持稳定的保温材料。

优选地，所述供料机构包括料盒安装架和安装在所述料盒安装架内的至少一个成型材料盒，所述成型材料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，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。

优选地，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，所述主打印头可左右移动地设置于所述第一滑架，所述辅助打印头可左右移动地设置于所述第二滑架。采用此结构的优点在于，可实现辅助打印头与机架上的主打印头用同一套传动装置，结构更简单也更方便可靠。

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、承载三维打印实体的成型座、可移动地安装在所述机架上的主打印头和用于向所述主打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述主打印头为向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，所述三维打印机还包括有沿所述主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射成型辅助材料的辅助打印头；所述打印方法包括以下步骤：

1)在计算机内制作或扫描出需要打印的三维实体的立体模型，并对所述立体模型进行切片分层，得到所需的三维打印数据，并将所述三维打印数据提供给所述三维打印机的控制单元；

2)由所述控制单元控制所述供料机构向所述主打印头供应所述成型材料，并根据所述三维打印数据控制所述主打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料；

3)由所述控制单元控制所述辅助打印头向所述成型座上已打印的成型材料喷射成型辅助材料；

4)所述成型材料持续地逐层叠加，固化后形成所需的三维实体。

根据本发明的三维打印方法，所述成型辅助材料可以是可与已打印成型材料相融合以增强其应力的强化材料，也可以是用于降低已打印成型材料温度的降温材料或降温气体，还可以是用于使已打印成型材料温度保持稳定的保温材料。

由上述方案可见，本发明的三维打印方法由于在主打印头之外还设置了辅助打印头，该辅助打印头能够沿主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射成型辅助材料，从而减小了三维模型的变形，防止了打印过程主打印头移动中出现的拉丝现象，改善了成型效果。

附图说明

图1是本发明三维打印机的第一种实施例的结构示意图。

图2是本发明三维打印机的第二种实施例的结构示意图。

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。

三维打印机的第一实施例

如图1所示，本实施例的三维打印机包括机架、供料机构、成型座1、主打印头2、辅助打印头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主打印头滑架7和辅助打印头滑架8。主打印头2与辅助打印头3相互分离，主打印头2可左右移动地设置于主打印头滑架7，辅助打印头3可左右移动地设置于辅助打印头滑架8。

所述供料机构包括料盒安装架9和安装在料盒安装架9内的成型材料盒10以及成型辅助材料盒15，成型材料盒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，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。成型材料13通过出料口被提供至主打印头2，成型材料13在主打印头2内熔融，熔融后的成型材料经由主打印头2的喷嘴14向成型座1逐层喷射。成型辅助材料盒15将成型辅助材料的线材供应给辅助打印头3，辅助打印头3通过其喷嘴沿主打印头2的打印路径向已打印成型材料喷射可熔融成型辅助材料，其中，所述成型辅助材料是可与已打印成型材料相融合以增强其应力的强化材料，或者是用于降低已打印成型材料温度的降温材料或降温气体，还可以是用于使已打印成型材料温度保持稳定的保温材料。

在本实施例中，成型材料盒10以装有固态丝状成型材料的成型材料盒为例进行说明，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成型材料盒的结构有所不同。成型辅助材料也可为粉末状、液态等形态，甚至可以为气态，例如用于降温的空气等。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。

三维打印机的第二实施例

如图2所示，本实施例的三维打印机同样包括机架、供料机构、成型座1、主打印头2、辅助打印头3以及未示出的控制单元，与第一实施例的区别主要在于，本实施例的辅助打印头3固定在主打印头2上。其中，主打印头2具有喷射可熔融成型材料的喷嘴，辅助打印头3具有喷射可熔融成型辅助材料的喷嘴。采用此结构的优点在于，可实现辅助打印头与机架上的主打印头同步移动，更方便可靠地喷射成型辅助材料，以保证其成型效果。

三维打印方法的实施例

本实施例的三维打印方法采用了上述实施例的三维打印机进行打印，具体包括以下步骤：

1)在计算机内制作或扫描出需要打印的三维实体的立体模型，并对所述立体模型进行切片分层，得到所需的三维打印数据，并将所述三维打印数据提供给所述三维打印机的控制单元；

2)由控制单元控制三维打印机的供料机构向主打印头供应成型材料，并根据所述三维打印数据控制主打印头2向成型座1逐层喷射熔融后的成型材料；

3)由控制单元控制辅助打印头3向成型座1上已打印的成型材料喷射成型辅助材料,成型辅助材料可以是可与已打印成型材料相融合以增强其应力的强化材料，也可以是用于降低已打印成型材料温度的降温材料或降温气体，还可以是用于使已打印成型材料温度保持稳定的保温材料；

4)所述成型材料持续地逐层叠加，固化后形成所需的三维实体11。

在上述打印方法中，可以将辅助打印头3可移动地安装在三维打印机机架的辅助打印头滑架8上，也可以将辅助打印头3固定在主打印头2上。

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 (1)

1.三维打印机的打印方法，所述三维打印机包括机架、承载三维打印实体的成型座、可移动地安装在所述机架上的主打印头和用于向所述主打印头供应可熔融成型材料的供料机构，所述主打印头为向所述成型座逐层喷射熔融成型材料的熔融式打印头，所述三维打印机还包括有沿所述主打印头的打印路径向已打印成型材料喷射用于改善成型效果的成型辅助材料的辅助打印头，其特征在于，所述打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作或扫描出需要打印的三维实体的立体模型，并对所述立体模型进行切片分层，得到所需的三维打印数据，并将所述三维打印数据提供给所述三维打印机的控制单元；

2）由所述控制单元控制所述供料机构向所述主打印头供应所述成型材料，并根据所述三维打印数据控制所述主打印头向所述成型座逐层喷射熔融后的成型材料；

3）由所述控制单元控制所述辅助打印头向所述成型座上已打印的成型材料喷射用于改善成型效果的成型辅助材料，其中，所述成型辅助材料是可与已打印成型材料相融合以增强其应力的强化材料，或者是用于降低已打印成型材料温度的降温材料或降温气体，或者是用于使已打印成型材料温度保持稳定的保温材料；

4）所述成型材料持续地逐层叠加，固化后形成所需的三维实体。