CN105172143B - 3d打印机及3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印机,包括打印室,所述打印室内部设置有打印组件和承载平台,所述打印组件设置在所述承载平台的上方,所述打印组件包括打印支架和连接在所述打印支架上的打印头组件和固化灯组件,所述打印支架沿打印方向移动,在所述打印方向上,所述打印头组件位于所述固化灯组件的前方,所述打印头组件包括打印模型主体的主打印头和打印支撑料的副打印头,所述模型主体材料为光敏树脂,所述打印室内部的打印温度低于所述支撑料的凝固温度,所述支撑料在所述打印温度中凝固。本发明还公开了一种3D打印方法。本发明所述3D打印机和3D打印方法中的支撑料容易去除。

Description

3D打印机及3D打印方法

技术领域

[0001 ]本发明涉及3D打印领域,尤其涉及一种3D打印机及一种3D打印方法。

背景技术

[0002] 3D打印是快速成型技术的一种,是一种以数字文件为基础,使用粉末或者可固化 材料,通过逐层打印的方式来制造产品的技术,与传统制造业采用的减材制造技术形成鲜 明的对比,3D打印是一种增材制造技术,是通过一层层材料的叠加形成最终的产品。

[0003] SLA打印机(采用光固化立体成型技术,stereo lithography,SLA)是最早商用的 3D打印机之一,这类打印机利用紫外光固化光敏树脂形成打印层,打印完一层后支撑平台 向下(或者向上)移动一定距离让光敏树脂层重新覆盖在前一层打印面上,然后继续进行固 化。光敏树脂材料需要从打印头挤出,而后材料再一层层地层叠起来,因此对于那些在打印 过程中某一部位不在上一打印层截面内的新层来说,提供必要的支撑是必须的。而支撑部 件撤去时很容易对打印层产生不良影响,包括打印层的变形甚至断裂。现行的大部分3D打 印技术都采用支撑料支持。支撑料的只要作用是:1、固定预打印的模型主体;2、预打印的模 型主体中悬空部分打印时,支撑料可以在下部起到支撑作用。但目前支撑料存在四大问题: 1、 支撑料从模型主体上去除的工序较为困难,需特殊溶剂、高频震荡或其他一些技术手段; 2、 支撑料去除效率低,耗费时间长;3、支撑料去除后,仍有部分残留在模型主体上且无法避 免。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种支撑料容易去除的3D打印机和一种3D 打印方法。

[0005] 为了实现上述目的,本发明实施方式采用如下技术方案:

[0006] 一方面,提供一种3D打印机,包括打印室,所述打印室内部设置有打印组件和承载 平台,所述打印组件设置在所述承载平台的上方,所述打印组件包括打印支架和连接在所 述打印支架上的打印头组件和固化灯组件,所述打印支架沿打印方向移动,在所述打印方 向上,所述打印头组件位于所述固化灯组件的前方,所述打印头组件包括打印模型主体的 主打印头和打印支撑料的副打印头,所述模型主体材料为光敏树脂,所述打印室内部的打 印温度低于所述支撑料的凝固温度,所述支撑料在所述打印温度中凝固。

[0007] 优选的,所述支撑料为水,所述打印温度低于(TC。

[0008] 优选的,所述打印组件还包括连接在所述打印支架上的压平组件,所述压平组件 置于所述打印头组件和所述固化灯组件之间。

[0009] 优选的,所述压平组件包括压平滚轮和连接所述压平滚轮与所述打印支架的支撑 架。

[0010] 优选的,所述压平滚轮的内部与所述支撑架的内部均为中空结构且相互连通,所 述压平滚轮的内部和所述支撑架的内部充注有低于所述支撑料的所述凝固温度的冷却介 质。

[0011] 优选的,所述副打印头设置有温控装置,控制所述副打印头中的所述支撑料保持 液态。

[0012] 优选的,在所述打印方向上,所述主打印头位于所述副打印头的前方。

[0013] 优选的,所述打印组件还包括一转换头,所述转换头连接所述主打印头和所述副 打印头至所述打印支架,且所述头转换所述主打印头和所述副打印头的位置。

[0014] 优选的,所述承载平台设置有低温组件,所述低温组件控制所述承载平台之承载 平面的温度低于所述支撑料的所述凝固温度。

[0015] 另一方面,还提供一种3D打印方法,采用如上述任一项所述的3D打印机进行打印, 打印步骤如下:

[0016]在所述打印室内打印光敏树脂和支撑料形成模型,所述光敏树脂在所述固化灯组 件的照射下形成所述模型主体,所述支撑料在低于所述支撑料的所述凝固温度的所述打印 温度中凝固且支撑所述模型主体;

[0017] 取出所述模型,在高于所述支撑料的所述凝固温度的环境中去除所述支撑料。

[0018] 相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:

[0019] 本发明所述3D打印机和3D打印方法,通过控制所述打印室内的所述打印温度即可 使所述支撑料在被打印出来后凝固,从而实现对所述模型主体的固定和支撑,整个过程简 单、高效,有利于提高3D打印机的打印效率。

[0020]同时,只需将所述模型自所述3D打印机中取出,放置于一个温度高于所述支撑料 的所述凝固温度的环境中,所述支撑料自会融化,所述支撑料的去除过程快速、简单,而且 不会造成对所述模型主体的破坏,保证了所述模型主体的打印质量。

[0021]进一步的,设置所述支撑料为水,相比较现有支撑料,采用水作为支撑料成本极 低,环保,且可以回收利用。此时,设置打印室内打印温度低于o°c。当然,也只需将本实施例 所述3D打印机中打印完成的模型取出放置于一个高于0°c的环境中,采用水材料的支撑料 自会融化,所述支撑料的去除过程快速、简单,而且不会造成对所述模型主体的破坏,保证 了所述模型主体的打印质量。

[0022]再者,本发明所述3D打印机还设置有压平组件,且所述压平组件之压平面处于低 于所述支撑料的所述凝固温度的低温状态,所述压平滚轮在压过支撑料时能够促进支撑料 的凝固,进一步保障了支撑料的支撑强度。

附图说明

[0023]为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施方式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方式,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,还可以如这些附图获得其他的附图。

[0024]图1是本发明提供的一种3D打印机的结构示意图。

[0025]图2是本发明提供的一种3D打印机上的压平组件的结构示意图。

[0026]图3是本发明提供的另一种3D打印机的结构示意图。

具体实施方式

[0027]下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清 楚、完整地描述。

[0028]请参阅图1,图1为本发明提供的一种3D打印机的结构示意图。本发明实施例所述 3D打印机,包括打印室1,打印室1内部设置有打印组件2和承载平台3,打印组件2设置在承 载平台3的上方,打印组件2包括打印支架21和连接在打印支架21上的打印头组件22和固化 灯组件24。为方便后文说明,定义本实施例所述3D打印机的打印方向为图1中所示的X方向, 换言之,打印组件2沿X方向进行打印动作。具体而言,打印组件2的打印支架21沿X方向移 动,在X方向上,打印头组件22位于固化灯组件24的前方。打印头组件22包括打印模型主体4 的主打印头221和打印支撑料5的副打印头222,模型主体4材料为光敏树脂,打印室1内部的 打印温度低于支撑料5的凝固温度,支撑料5在打印温度中凝固。

[0029] 本发明实施例所述3D打印机,通过主打印头221打印模型主体4,模型主体4的材料 为光敏树脂,模型主体4在固化灯组件24的照射下固化;通过副打印头222打印支撑料5,支 撑料5被打印在模型主体4相邻处或悬空处,且在低于支撑料5的凝固温度的打印温度中凝 固,用于支撑、固定模型主体4。

[0030] 本实施中所述3D打印机,通过控制打印室1内的打印温度即可使支撑料5在被打印 出来后凝固,从而实现对模型主体4的固定和支撑,整个过程简单、高效,有利于提高3D打印 机的打印效率。

[0031] 同时,只需将所述模型自所述3D打印机中取出,放置于一个温度高于支撑料5的凝 固温度的环境中,支撑料5自会融化,支撑料5的去除过程快速、简单,而且不会造成对模型 主体4的破坏,保证了模型主体4的打印质量。

[0032] 进一步的,采用水作为支撑料,相比较于现有支撑料成本大概为7〇〇〜100RMB/kg, 本实施例采用水作为支撑料的成本极低,环保,且可以回收利用。此时,设置打印室1内打印 温度低于0°c。当然,也只需将本实施例所述3D打印机中打印完成的模型取出放置于一个高 于〇°C的环境中,采用水材料的支撑料自会融化,支撑料的去除过程快速、简单,而且不会造 成对所述模型主体的破坏,保证了所述模型主体的打印质量。

[0033] 可以理解的,打印室1内的打印温度可以通过风力循环系统维持,所述风力循环系 统的冷量来源可以是外部制冷系统也可以是所述3D打印机所配套系统。

[0034] 进一步的,如图1所示,所述邪打印机的打印组件2还包括连接在打印支架21上的 压平组件23,压平组件23置于打印头组件22和固化灯组件24之间。在打印过程中,首先由打 印组件2打印出光敏树脂和支撑料,再由压平组件23将光敏树脂和支撑料压至设定厚度,最 后经固化灯组件24固化光敏树脂完成一次打印。

[0035] 请参阅图2,作为本发明的一种优选实施例,所述压平组件23包括压平滚轮231和 连接压平滚轮231与打印支架21的支撑架232。压平滚轮231通过滚动压平光敏树脂4和水5, 动作平缓,前进阻力小。进一步的,压平滚轮231的内部与支撑架232的内部均为中空结构且 相互连通,所述压平滚轮231的内部和所述支撑架232的内部充注有低于支撑料的凝固温度 的冷却介质。举例而言,所述冷却介质也可以在所述压平滚轮231的内部和所述支撑架232 的内部流动,流动方向如图2中箭头所示方向。

[0036] 由于压平滚轮231之压平面处于低于支撑料的凝固温度的低温状态,因此在压平 滚轮231压过支撑料时能够促进支撑料的凝固,进一步保障了支撑料的支撑强度。此处所述 压平面为压平滚轮23的外表面,也即压平滚轮23与光敏树脂和支撑料的接触面。

[0037]可以理解的,当所述支撑料采用水作为材料时,所述冷却介质可以为_3°C至-7°C 的气体或液体,优选-5 °C。由于压平滚轮231之压平面处于〇°C以下的低温状态,因此在压平 滚轮231压过水时能够进一步将水固化成冰,进一步保障了本实施例中采用水材料的支撑 料的支撑强度。

[0038] 进一步的,本发明实施例所述的3D打印机之副打印头222上设置有温控装置,控制 副打印头222中的支撑料保持液态,防止支撑料凝固在副打印头222的出口,形成副打印头 222输出障碍。可以理解的,当所述支撑料采用水作为材料时,温控装置用于控制副打印头 222中水的温度不低于(TC,防止水凝固在副打印头222的出口,形成副打印头222输出障碍。 [0039] 如图1所示,在打印方向上,打印组件2之主打印头221位于副打印头222的前方。进 一步的,打印组件2设置有打印控制系统,在打印组件2移动打印的过程中,所述打印控制系 统能够检测主打印头221和副打印头222的位置,并独立控制主打印头221和副打印头222的 输出动作和停止输出动作。

[0040] 请参阅图3,作为本发明的另一种优选实施例,3D打印机之打印组件2还包括一转 换头223,转换头223连接主打印头221和副打印头222至打印支架21,且转换主打印头221和 副打印头222的位置。进一步的,本实施例中打印组件2还设置有打印控制系统,在打印组件 2移动打印的过程中,所述打印控制系统能够检测打印组件2的位置,并控制转换头223转换 主打印头221和副打印头222的位置(也即根据打印组件2所处打印位置判断是需要光敏树 脂4还是水5,而后转动主打印头221或副打印头222至打印位置,另一打印头移出打印位 置),同时能够独立控制主打印头221和副打印头222的输出动作和停止输出动作。

[0041]进一步的,本发明实施例所述的3D打印机之固化灯组件24包括LED紫外光源。所述 LED紫外光源产热小、使用寿命长且体积小,在所述3D打印机中安装位置可灵活调节且对所 述打印室1内的打印温度的影响小。同时,可以在所述LED紫外光源上加装聚光装置,由此可 以更加准确地控制光线地照射位置,以便实现3D打印过程中的边打印边固化的效果。

[0042] 进一步的,本发明实施例所述的3D打印机之承载平台3设置有低温组件,所述低温 组件控制所述承载平台3之承载平面的温度低于支撑料的凝固温度。保证接触所述承载平 面的采用水材料的支撑料不融化。此处所述承载平面为承载平台3与光敏树脂和支撑料的 接触面。可以理解的,当所述支撑料采用水作为材料时,所述承载平面的温度低于0°C。

[0043] 本发明实施例还提供一种3D打印方法,采用如前文实施例所描述的3D打印机进行 打印,打印步骤如下:

[0044]在所述打印室内打印光敏树脂和支撑料形成模型,所述光敏树脂在所述固化灯组 件的照射下形成所述模型主体,所述支撑料在低于所述支撑料的所述凝固温度的所述打印 温度中凝固且支撑所述模型主体;

[0045]取出所述模型,在高于所述支撑料的所述凝固温度的环境中去除所述支撑料。 [0046] 本实施中所述3D打印方法,通过控制所述打印室内的所述打印温度即可使所述支 撑料在被打印出来后凝固,从而实现对所述模型主体的固定和支撑,整个过程简单、高效, 有利于提高打印效率。

[0047]同时,只需将所述模型自所述3D打印机中取出,放置于一个温度高于所述支撑料 的凝固温度的环境中,所述支撑料自会融化,所述支撑料的去除过程快速、简单,而且不会 造成对所述模型主体的破坏,保证了所述模型主体的打印质量。

[0048]以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员 来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 一种3D打印机,其特征在于,包括打印室,所述打印室内部设置有打印组件和承载平 台,所述打印组件设置在所述承载平台的上方,所述打印组件包括打印支架和连接在所述 打印支架上的打印头组件和固化灯组件,所述打印支架沿打印方向移动,在所述打印方向 上,所述打印头组件位于所述固化灯组件的前方,所述打印头组件包括打印模型主体的主 打印头和打印支撑料的副打印头,所述模型主体材料为光敏树脂,所述打印室内部的打印 温度低于所述支撑料的凝固温度,所述支撑料在所述打印温度中凝固,所述打印组件还包 括连接在所述打印支架上的压平组件,所述压平组件置于所述打印头组件和所述固化灯组 件之间,所述压平组件包括压平滚轮和连接所述压平滚轮与所述打印支架的支撑架,所述 压平滚轮的内部与所述支撑架的内部均为中空结构且相互连通,所述压平滚轮的内部和所 述支撑架的内部充注有低于所述支撑料的所述凝固温度的冷却介质。
2. 如权利要求1所述的3D打印机,其特征在于,所述支撑料为水,所述打印温度低于〇 °C。
3. 如权利要求1所述的3D打印机,其特征在于,所述副打印头设置有温控装置,控制所 述副打印头中的所述支撑料保持液态。
4. 如权利要求1所述的3D打印机,其特征在于,在所述打印方向上,所述主打印头位于 所述副打印头的前方。
5. 如权利要求1所述的3D打印机,其特征在于,所述打印组件还包括一转换头,所述转 换头连接所述主打印头和所述副打印头至所述打印支架,且所述转换头转换所述主打印 头和所述副打印头的位置。
6. 如权利要求1所述的3D打印机,其特征在于,所述承载平台设置有低温组件,所述低 温组件控制所述承载平台之承载平面的温度低于所述支撑料的所述凝固温度。
7. —种3D打印方法,其特征在于,采用如权利要求1-6任一项所述的3D打印机进行打 印,打印步骤如下: 在所述打印室内打印光敏树脂和支撑料形成模型,所述光敏树脂在所述固化灯组件的 照射下形成所述模型主体,所述支撑料在低于所述支撑料的所述凝固温度的所述打印温度 中凝固且支撑所述模型主体; 取出所述模型,在高于所述支撑料的所述凝固温度的环境中去除所述支撑料。
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