CN105149585B - 一种可在线监测产品质量的3d彩色打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机，包括底座、立柱、打印喷头、打印行走机构、工作台、扫描装置和控制处理器；打印行走机构与打印喷头连接，驱动打印喷头在XY平面内移动；工作台设于打印喷头下方，第一驱动机构与工作台连接，并驱动其沿Z轴方向移动，底座上设有环形滑道，工作台在底座上的投影在环形滑道内轮廓围成的区域内，扫描装置安装于滑道上，第二驱动机构与扫描装置传动连接，且驱动其沿滑道滑动；打印喷头包括基板、搅拌盒、搅拌装置、加热块、送料管、挤出管、温度传感器、辅助加热层、保温层、温控器、支路气管、环形气管和气泵。本发明能够打印彩色模型，准确度高，同时可监测打印物的模型质量和色彩质量。

Description

一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机。

背景技术

三维打印是一种快速成型技术，即以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

现有技术的三维打印机，挤出喷嘴处降温效果不好，使得打印出的模型容易变形，因此，会影响质量；现有技术的三维彩色打印，打印颜色单一。且均布不能在线监测打印物的质量，包括模型质量和色彩质量。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机，能够打印彩色物体，冷却效果好使得打印模型准确度高，打印过程中即可对打印物的质量进行检测。

为了说明方便，设置Z轴方向为竖直方向，XY平面为水平面，X轴与Y轴垂直。

本发明提出的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机，包括底座、立柱、打印喷头、打印行走机构、工作台、扫描装置和控制处理器；

立柱设置在底座上，打印行走机构设置在立柱的顶端，打印行走机构与打印喷头连接，驱动打印喷头在XY平面内移动；

工作台设于打印喷头下方，第一驱动机构与工作台连接，并驱动其沿Z轴方向移动，底座顶面上设有环形滑道，工作台在底座顶面上的投影在环形滑道内轮廓围成的区域内，扫描装置安装于滑道上，第二驱动机构与扫描装置连接，且驱动其沿滑道滑动；

打印喷头包括基板、搅拌盒、搅拌装置、加热块、送料管、挤出管、温度传感器、辅助加热层、保温层、温控器、支路气管、环形气管和气泵，搅拌盒安装在基板上，且位于基板下方，搅拌装置包括搅拌轴、搅拌叶和搅拌电机，搅拌轴第一端位于基板上方，且与搅拌电机连接，搅拌电机驱动搅拌轴旋转，搅拌轴第二端伸入搅拌盒内，搅拌叶设于搅拌轴第二端；三个送料管均由搅拌盒外伸入搅拌盒内，加热块设置在搅拌盒内，用于熔融从送料管内送入的物料；挤出管第一端与搅拌盒底部连接，并与搅拌盒内部连通，挤出管位于搅拌盒下方，且第二端与工作台相对，搅拌盒和挤出管外侧均设有保温层，挤出管上且位于其保温层内侧设有温度传感器，挤出管的内壁上设有辅助加热层，温度传感器和辅助加热层均与温控器连接，环形气管固定于挤出管保温层外侧，支路气管第一端穿过基板，且位于基板上方，气泵位于基板上，且与支路气管第一端连接，支路气管第二端与环形气管连接，支路气管与环形气管连通，环形气管面向工作台的一侧设有若干吹气孔；

打印行走机构、扫描装置、第一驱动机构和第二驱动机构均与控制处理器连接。

优选地，扫描装置包括导向柱、第五驱动机构和扫描仪，导向柱竖直设置，且第一端可滑动地安装在滑道内，第二驱动机构与导向柱连接，并驱动其沿滑道滑动，扫描仪安装在导向柱上，第五驱动机构与扫描仪连接，且驱动其沿Z轴方向移动。

优选地，打印行走机构包括支撑横梁、滑动横梁、第三驱动机构和第四驱动机构，支撑横梁固定在立柱顶端，滑动横梁可滑动地安装在支撑横梁上，第三驱动机构与滑动横梁连接，且驱动其沿X轴方向移动，打印喷头可滑动地安装在滑动横梁上，第四驱动机构与打印喷头连接，且驱动其沿Y轴方向移动。

优选地，扫描装置包括照明单元，照明单元与扫描仪固定连接。

优选地，第一驱动机构为气缸，且设置在底座上。

优选地，吹气孔的直径小于1mm,相邻吹气孔的间距等于吹气孔的直径。

优选地，支路气管设有多个，支路气管沿环形气管的中心线呈圆周布置，且分布均匀。

本发明中提供的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机，设置打印喷头包括基板、搅拌盒、搅拌装置、加热块、送料管、挤出管、温度传感器、辅助加热层、保温层、温控器、支路气管、环形气管和气泵，通过送料管向搅拌盒内输送红绿蓝三种颜色的物料，在搅拌盒内加热熔融并搅拌均匀，混合均匀的物料通过挤出管向工作台挤出，通过打印喷头相对工作台的三维运动，实现快速彩色三维打印；在工作台周围设置滑槽，扫描装置沿滑槽滑动，对打印物进行环形拍摄，拍摄出彩色的模型，通过控制处理器对扫描出的模型与标准模型进行对比，监测打印物的质量；通过在挤出管的周围设置环形气管，对打印出的物料进行均匀降温，提高打印物的质量。

附图说明

图1为本发明提出的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机的结构示意图。

图2为本发明提出的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机中的打印喷头的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明提出的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机的结构示意图；图2为本发明提出的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机中的打印喷头的结构示意图。

参照图1，本发明提出的一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机，包括底座1、立柱2、打印喷头3、打印行走机构4、工作台5、扫描装置6和控制处理器；

立柱2设置在底座1上，打印行走机构4设置在立柱2的顶端，打印行走机构4与打印喷头3连接，驱动打印喷头3在XY平面内移动，打印行走机构4包括支撑横梁26、滑动横梁27、第三驱动机构28和第四驱动机构29，支撑横梁26固定在立柱2顶端，滑动横梁27可滑动地安装在支撑横梁26上，第三驱动机构28与滑动横梁27连接，且驱动其沿X轴方向移动，打印喷头3滑动安装在滑动横梁27上，第四驱动机构29与打印喷头3连接，且驱动其沿Y轴方向移动。

工作台5设于打印喷头3下方，第一驱动机构7与工作台5连接，并驱动其沿Z轴方向移动，第一驱动机构7可选为气缸，且设置在底座1上。

打印喷头3在XY平面内运动，工作台5在竖直方向运动，打印喷头3向工作台5喷射打印。

底座1上设有环形滑道9，工作台5在底座1上的投影在环形滑道9内轮廓围成的区域内，扫描装置6安装于滑道9上，第二驱动机构10与扫描装置6传动连接，且驱动其沿滑道9滑动，扫描装置6环形运动，对打印物进行周向扫描拍摄，扫描拍摄在竖直方向可以设置成固定的，也可设置成可在竖直方向移动的形式，本实施例中，扫描装置6可在竖直方向移动，具体地，扫描装置6包括导向柱32、第五驱动机构33和扫描仪34，导向柱32竖直设置，且第一端滑动安装在滑道9内，扫描仪34可滑动地安装在导向柱32上，第五驱动机构33与扫描仪34连接，且驱动其沿Z轴方向移动，扫描装置6包括照明单元30，照明单元30与扫描仪34固定连接，照明单元30的设置，使得扫描仪34在扫描拍摄三维模型更加清晰。

参照图2，打印喷头3包括基板11、搅拌盒12、搅拌装置13、加热块14、送料管15、挤出管16、温度传感器17、辅助加热层18、保温层、温控器19、支路气管20、环形气管21和气泵31，搅拌盒12安装在基板11上，且位于基板11下方，搅拌装置13包括搅拌轴23、搅拌叶24和搅拌电机25，搅拌轴23第一端位于基板11上方，且与搅拌电机25连接，搅拌电机25驱动搅拌轴23旋转，搅拌轴23第二端伸入搅拌盒12内，搅拌叶24设于搅拌轴23第二端；三个送料管15均由搅拌盒12外伸入搅拌盒12内，加热块14设置在搅拌盒12内，用于熔融从送料管15内送入的物料；挤出管16第一端与搅拌盒12底部连接，并与搅拌盒12内部连通，挤出管16位于搅拌盒12下方，且第二端与工作台5相对，搅拌盒12和挤出管16外侧均设有保温层，挤出管16上且位于其保温层内侧设有温度传感器17，挤出管16的内壁上设有辅助加热层18，温度传感器17和辅助加热层18均与温控器19连接，环形气管21固定于挤出管16保温层外侧，支路气管20第一端穿过基板11，且位于基板11上方，气泵31位于基板11上，且与支路气管20第一端连接，支路气管20第二端与环形气管21连接，支路气管20与环形气管21连通，支路气管20设有多个，支路气管20沿环形气管21的中心线呈圆周布置，且分布均匀，环形气管21面向工作台5的一侧设有若干吹气孔22，吹气孔22的直径小于1mm,相邻吹气孔22的间距等于吹气孔22的直径，使吹气更加均匀。

通过三个送料管15分别向搅拌盒12送入红、绿、蓝三种颜色的物料，物料在搅拌盒12内被加热块14而熔融，通过搅拌装置13的搅拌作用，使三种颜色的物料混合均匀，通过控制三种颜色物料的两来控制挤出管16挤出物料的颜色，从而实现彩色打印，在挤出管16内部设置辅助加热层18，通过温度传感器17测量挤出管16内物料的温度，温控器19分别与温度传感器17和辅助加热层18连接，用于调节挤出管16内物料的温度，在挤出管16保温层的外侧固定环形气管21，并在其面向工作台5的面上设置若干吹气孔22，气泵31通过支路气管20向环形气管21通气，再通过吹气孔22吹向挤出管16第二端处，对打印物进行冷却，这种方式的冷却，冷却速度快，冷却均匀。

打印行走机构4、扫描装置6、第一驱动机构7和第二驱动机构10均与控制处理器连接，控制处理器获取扫描仪34扫描的模型，控制处理器计算出已打印的标准模型，控制处理器将扫描仪34扫描的模型与标准模型进行对比计算，根据实际需要设定模型标准尺寸准确度和模型标准颜色相似度，控制处理器计算尺寸准确度和颜色相似度，并比较标准尺寸准确度与尺寸准确度的值大小，以及模型标准颜色与颜色相似度的值大小，若尺寸准确度的值和颜色相似度的均分别大于标准尺寸准确度的值和标准颜色相似度的值，则打印物质量合格，反之，打印物质量合格不合格，尺寸准确度的值可通过打印物的扫描模型和标准模型的相同位置的最大尺寸差的绝对值确定，颜色相似度的值可通过颜色的RGB值的最大偏差确定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可在线监测产品质量的3D彩色打印机，其特征在于，包括底座(1)、立柱(2)、打印喷头(3)、打印行走机构(4)、工作台(5)、扫描装置(6)和控制处理器；

立柱(2)设置在底座(1)上，打印行走机构(4)设置在立柱(2)的顶端，打印行走机构(4)与打印喷头(3)连接，驱动打印喷头(3)在XY平面内移动；

工作台(5)设于打印喷头(3)下方，第一驱动机构(7)与工作台(5)连接，并驱动其沿Z轴方向移动，底座(1)顶面上设有环形滑道(9)，工作台(5)在底座(1)顶面上的投影在环形滑道(9)内轮廓围成的区域内，扫描装置(6)安装于滑道(9)上，第二驱动机构(10)与扫描装置(6)连接，且驱动其沿滑道(9)滑动；

打印喷头(3)包括基板(11)、搅拌盒(12)、搅拌装置(13)、加热块(14)、送料管(15)、挤出管(16)、温度传感器(17)、辅助加热层(18)、保温层、温控器(19)、支路气管(20)、环形气管(21)和气泵(31)，搅拌盒(12)安装在基板(11)上，且位于基板(11)下方，搅拌装置(13)包括搅拌轴(23)、搅拌叶(24)和搅拌电机(25)，搅拌轴(23)第一端位于基板(11)上方，且与搅拌电机(25)连接，搅拌电机(25)驱动搅拌轴(23)旋转，搅拌轴(23)第二端伸入搅拌盒(12)内，搅拌叶(24)设于搅拌轴(23)第二端；三个送料管(15)均由搅拌盒(12)外伸入搅拌盒(12)内，加热块(14)设置在搅拌盒(12)内，用于熔融从送料管(15)内送入的物料；挤出管(16)第一端与搅拌盒(12)底部连接，并与搅拌盒(12)内部连通，挤出管(16)位于搅拌盒(12)下方，且第二端与工作台(5)相对，搅拌盒(12)和挤出管(16)外侧均设有保温层，挤出管(16)上且位于其保温层内侧设有温度传感器(17)，挤出管(16)的内壁上设有辅助加热层(18)，温度传感器(17)和辅助加热层(18)均与温控器(19)连接，环形气管(21)固定于挤出管(16)保温层外侧，支路气管(20)第一端穿过基板(11)，且位于基板(11)上方，气泵(31)位于基板(11)上，且与支路气管(20)第一端连接，支路气管(20)第二端与环形气管(21)连接，支路气管(20)与环形气管(21)连通，环形气管(21)面向工作台(5)的一侧设有若干吹气孔(22)；

打印行走机构(4)、扫描装置(6)、第一驱动机构(7)和第二驱动机构(10)均与控制处理器连接；

扫描装置(6)包括导向柱(32)、第五驱动机构(33)和扫描仪(34)，导向柱(32)竖直设置，且第一端可滑动地安装在滑道(9)内，第二驱动机构(10)与导向柱(32)连接，并驱动其沿滑道(9)滑动，扫描仪(34)安装在导向柱(32)上，第五驱动机构(33)与扫描仪(34)连接，且驱动其沿Z轴方向移动。

2.根据权利要求1所述的可在线监测产品质量的3D彩色打印机，其特征在于，打印行走机构(4)包括支撑横梁(26)、滑动横梁(27)、第三驱动机构(28)和第四驱动机构(29)，支撑横梁(26)固定在立柱(2)顶端，滑动横梁(27)可滑动地安装在支撑横梁(26)上，第三驱动机构(28)与滑动横梁(27)连接，且驱动其沿X轴方向移动，打印喷头(3)可滑动地安装在滑动横梁(27)上，第四驱动机构(29)与打印喷头(3)连接，且驱动其沿Y轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的可在线监测产品质量的3D彩色打印机，其特征在于，扫描装置(6)包括照明单元(30)，照明单元(30)与扫描仪(34)固定连接。

4.根据权利要求1所述的可在线监测产品质量的3D彩色打印机，其特征在于，第一驱动机构(7)为气缸，且设置在底座(1)上。

5.根据权利要求1所述的可在线监测产品质量的3D彩色打印机，其特征在于，吹气孔(22)的直径小于1mm,相邻吹气孔(22)的间距等于吹气孔(22)的直径。

6.根据权利要求1所述的可在线监测产品质量的3D彩色打印机，其特征在于，支路气管(20)设有多个，支路气管(20)沿环形气管(21)的中心线呈圆周布置，且分布均匀。