CN105034380A - 一种基于数字化微喷工艺的彩色3d打印机及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，包括操作平台，操作平台上设置有操作口，操作口两侧的操作平台上设置有沿Y轴方向运动的第一移动机构，第一移动机构上设置有沿X轴方向运动的第二移动机构，第二移动机构上设置有喷头组，喷头组一侧设置有UV固化灯，喷头组由均匀排列设置的C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头连接组成，喷头组与供墨组连接，操作口下方设置有成型工作台，成型工作台与沿Z轴方向运动的第三移动机构连接并且与第一移动机构平行设置。本发明体积小，成本相对低廉，运行费用低，成型速度快，可利用材料范围广，成型过程无污染。

Description

一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机及成型方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机及成型方法。

背景技术

目前，各种各样的3D打印设备及方法不断涌现，有立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、熔融沉积成型(FDM)、三维打印成型(3DP)等。采用微滴喷射的三维打印成型是目前快速成型中最具有生命力的技术，有着广阔的应用前景。

立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)是用于工业生产的常用3D成型方法，成型精度高但设备和材料成本较高，结构复杂，成型环境要求高，不能打印彩色零件。熔融沉积成型(FDM)成本低，但效率也较低，表面质量差，稳定性差，不能打印全彩零件。分层实体制造(LOM)和三维打印成型(3DP)成型方法的成本高效率低，零件表面粗糙，尺寸精度低，通过对打印材料着色实现打印彩色零件，颜色不能完全还原零件真彩色。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机及成型方法，本发明体积小，成本相对低廉，运行费用低，成型速度快，可利用材料范围广，成型过程无污染。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，包括操作平台，所述操作平台上设置有操作口，所述操作口两侧的操作平台上设置有沿Y轴方向运动的第一移动机构，所述第一移动机构上设置有沿X轴方向运动的第二移动机构，所述第二移动机构上设置有喷头组，所述喷头组一侧设置有UV固化灯，所述喷头组由均匀排列设置的C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头连接组成，所述喷头组与供墨组连接，所述操作口下方设置有成型工作台，所述成型工作台与沿Z轴方向运动的第三移动机构连接并且与第一移动机构平行设置。

进一步的，所述第一移动机构包括两个平行设置的第一轨道以及设置在第一轨道上的两个第一滑动座，所述第一滑动座一侧与第一皮带连接，所述第一皮带与第一电机连接。

进一步的，所述第二移动机构包括固定在两个第一滑动座之间的第二轨道，所述第二轨道上设置有第二滑动座，所述第二滑动座通过第二皮带与第二电机连接，所述第二滑动座还与喷头组和UV固化灯连接。

进一步的，所述第三移动机构包括设置在成型工作台四周的四个丝杆，所述的四个丝杆底部均通过皮带轮与一皮带连接，所述皮带与第三电机张紧连接，所述丝杆通过固定轴承与底座连接。

进一步的，所述底座和操作平台表面设置有若干用于限位的光电开关，所述第二移动机构上还设置有用于测量定位喷头组的光栅尺。

进一步的，所述供墨组包括五个供墨单元和负压供墨装置，所述供墨单元由墨桶、供墨泵和二级墨盒依次管道连接组成，所述负压供墨装置由真空泵、负压腔和负压盒依次管道连接组成，所述负压盒与二级墨盒连接。

进一步的，所述喷头组还与喷头控制装置连接。

进一步的，所述C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头均为微滴喷头。

一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机的成型方法，包括以下步骤：

步骤1)获取切片信息，读取彩色三维模型文件并放置在软件工作空间内，调整角度并添加支撑，设置切片厚度，将模型切片，生成若干有彩色实体和支撑信息的切片，并转化为喷头能够识别的格式，形成从上至下层叠设置的切片位图；

步骤2)打印喷涂，喷头控制装置读取切片位图，使C喷头、M喷头、Y喷头和K喷头识别实体部分图像并用以喷射实体材料，和支撑喷头识别支撑部分图像并用以喷射支撑材料，打印时C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头通过第一移动机构和第二移动机构移动到打印位置并逐行打印图形，直至打印完该层切片位图；

步骤3)打印结束后，喷头控制装置读取下一层切片位图，当下一层切片位图存在，则第三移动机构下降一层切片位图的厚度并重复步骤2，当下一层切片位图不存在，则继续下一个步骤；

步骤4)取下打印好的材料，去除支撑材料，即可得到打印实体。

进一步的，所述步骤2中当C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头打印喷涂时，UV固化灯开启用以固化打印喷涂出的实体材料和支撑材料。

本发明的有益效果是:

本发明无需激光系统，设备体积小，成本相对低廉，运行费用低，成型速度快，可利用材料范围广，成型过程无污染，能够打印真彩色零件等优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明的成型方法示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，包括操作平台1，操作平台上设置有操作口11，操作口两侧的操作平台上设置有沿Y轴方向运动的第一移动机构2，第一移动机构上设置有沿X轴方向运动的第二移动机构3，第二移动机构上设置有喷头组9，喷头组一侧设置有UV固化灯4，喷头组由均匀排列设置的C喷头91、M喷头92、Y喷头93、K喷头94和支撑喷头95连接组成，喷头组与供墨组5连接，操作口下方设置有成型工作台6，成型工作台与沿Z轴方向运动的第三移动机构7连接并且与第一移动机构平行设置，保证喷头组沿X轴和Y轴运动时的运动平面始终与成型工作台的平面平行，这样保证成型时打印喷涂的质量。

其中，第一移动机构包括两个平行设置的第一轨道以及设置在第一轨道上的两个第一滑动座，第一滑动座一侧与第一皮带21连接，第一皮带与第一电机连接。第二移动机构包括固定在两个第一滑动座之间的第二轨道，第二轨道上设置有第二滑动座，第二滑动座通过第二皮带与第二电机连接，第二滑动座还与喷头组和UV固化灯连接。通过夹紧皮带，皮带转动带动夹紧部实现在轨道上的移动，具有制备方便，成本低，运行稳定性高，不存在卡死或运行不畅的问题存在。

第三移动机构包括设置在成型工作台四周的四个丝杆71，四个丝杆底部均通过皮带轮与一皮带73连接，皮带与第三电机74张紧连接，丝杆通过固定轴承75与底座76连接。通过低成本的配置，达到稳定的同步上升和下降，稳定性高，维修维护方便。

底座和操作平台表面设置有若干用于限位的光电开关12，第二移动机构上还设置有用于测量及精确定位喷头组位置的光栅尺13。

供墨组包括五个供墨单元和负压供墨装置，供墨单元由墨桶511、供墨泵512和二级墨盒513依次管道连接组成，负压供墨装置由真空泵521、负压腔522和负压盒523依次管道连接组成，负压盒与二级墨盒连接。其能够将实体材料和支撑材料分别连续稳定的提供给喷头组，提高打印质量。

喷头组还与喷头控制装置8连接，用以收集信息并作出判断控制喷头组打印。C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头均为微滴喷头，保证打印的成型效果。4个微滴喷头分别喷射C、M、Y、K四种不同颜色的光固化材料，将彩色截面图中支撑部分分配到微滴喷头，喷头的喷嘴由很多微孔按一定距离排列，使喷头能够同时喷射一定宽度的光固化材料。

参照图2所示，一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机的成型方法，包括以下步骤：

步骤1)获取切片信息，读取彩色三维模型文件并放置在软件工作空间内，调整角度并添加支撑，设置切片厚度，将模型切片，生成若干有彩色实体和支撑信息的切片，并转化为喷头能够识别的格式，形成从上至下层叠设置的切片位图；

步骤2)打印喷涂，喷头控制装置读取切片位图，使C喷头、M喷头、Y喷头和K喷头识别实体部分图像并用以喷射实体材料，和支撑喷头识别支撑部分图像并用以喷射支撑材料，打印时C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头通过第一移动机构和第二移动机构移动到打印位置并逐行打印图形，直至打印完该层切片位图；其中光电开关用于设置第一移动机构、第二移动机构和第三移动机构的起始位置，调整简单快捷，并且利于快速复位。

步骤3)打印结束后，喷头控制装置读取下一层切片位图，由于切片位图是从上至下层叠设置的，所以逐层打印时，只需要逐层提取切片位图信息即可，当下一层切片位图存在，即还没有打印结束，则第三移动机构下降一层切片位图的厚度并重复步骤2，当下一层切片位图不存在，说明已经打印结束，则继续下一个步骤；其中第三移动机构下降一层切片位图的厚度是为了预留出下一层切片位图的打印空间。

步骤4)取下打印好的材料，去除支撑材料，即可得到打印实体。

其中，步骤2中当C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头打印喷涂时，UV固化灯开启用以固化打印喷涂出的实体材料100和支撑材料101，保证喷涂的形状，避免液态流动破坏打印结构，实现快速固化，并且UV固化灯的光照强度可调节，以适应不同的光固化材料。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：包括操作平台，所述操作平台上设置有操作口，所述操作口两侧的操作平台上设置有沿Y轴方向运动的第一移动机构，所述第一移动机构上设置有沿X轴方向运动的第二移动机构，所述第二移动机构上设置有喷头组，所述喷头组一侧设置有UV固化灯，所述喷头组由均匀排列设置的C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头连接组成，所述喷头组与供墨组连接，所述操作口下方设置有成型工作台，所述成型工作台与沿Z轴方向运动的第三移动机构连接并且与第一移动机构平行设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述第一移动机构包括两个平行设置的第一轨道以及设置在第一轨道上的两个第一滑动座，所述第一滑动座一侧与第一皮带连接，所述第一皮带与第一电机连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述第二移动机构包括固定在两个第一滑动座之间的第二轨道，所述第二轨道上设置有第二滑动座，所述第二滑动座通过第二皮带与第二电机连接，所述第二滑动座还与喷头组和UV固化灯连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述第三移动机构包括设置在成型工作台四周的四个丝杆，所述的四个丝杆底部均通过皮带轮与一皮带连接，所述皮带与第三电机张紧连接，所述丝杆通过固定轴承与底座连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述底座和操作平台表面设置有若干用于限位的光电开关，所述第二移动机构上还设置有用于测量定位喷头组的光栅尺。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述供墨组包括五个供墨单元和负压供墨装置，所述供墨单元由墨桶、供墨泵和二级墨盒依次管道连接组成，所述负压供墨装置由真空泵、负压腔和负压盒依次管道连接组成，所述负压盒与二级墨盒连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述喷头组还与喷头控制装置连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机，其特征在于：所述C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头均为微滴喷头。

9.一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)获取切片信息，读取彩色三维模型文件并放置在软件工作空间内，调整角度并添加支撑，设置切片厚度，将模型切片，生成若干有彩色实体和支撑信息的切片，并转化为喷头能够识别的格式，形成从上至下层叠设置的切片位图；

步骤2)打印喷涂，喷头控制装置读取切片位图，使C喷头、M喷头、Y喷头和K喷头识别实体部分图像并用以喷射实体材料，和支撑喷头识别支撑部分图像并用以喷射支撑材料，打印时C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头通过第一移动机构和第二移动机构移动到打印位置并逐行打印图形，直至打印完该层切片位图；

步骤3)打印结束后，喷头控制装置读取下一层切片位图，当下一层切片位图存在，则第三移动机构下降一层切片位图的厚度并重复步骤2，当下一层切片位图不存在，则继续下一个步骤；

步骤4)取下打印好的材料，去除支撑材料，即可得到打印实体。

10.根据权利要求9所述的一种基于数字化微喷工艺的彩色3D打印机的成型方法，其特征在于：所述步骤2中当C喷头、M喷头、Y喷头、K喷头和支撑喷头打印喷涂时，UV固化灯开启用以固化打印喷涂出的实体材料和支撑材料。