CN105216317A - 三维打印机构和待补部件的修补方法 - Google Patents

三维打印机构和待补部件的修补方法 Download PDF

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Abstract

一种三维打印机构和待补部件的修补方法。三维打印机构包括：三维运动组件；用于打印目标物体的打印组件，安装在三维运动组件上，三维运动组件用于带动打印组件进行三维运动；测距组件，固定安装在打印组件上、并随打印组件一起进行三维运动，且测距组件用于测量打印组件与打印组件的打印位置之间的距离；控制处理单元，连接测距组件、三维运动组件和打印组件。本发明实施例提供的三维打印机构，通过在打印组件上固定安装测距组件，实现了在上下方向上的动态打印，以使其可应用于医疗等行业，其实用性显著。

Description

三维打印机构和待补部件的修补方法
技术领域
本申请涉及但不限于三维打印设备技术领域，尤指一种三维打印机构和一种待补部件的修补方法。
背景技术
三维打印技术是快速成形技术的一种，三维打印机以数字模型文件为基础，通过喷嘴与目标物接触逐层喷射料材的方式在基座的打印基准面上构建目标物体(即：打印目标物体)。采用该技术可以实现快速、高效、精确的展现数字模型，而且其制造周期短，也不会浪费料材。
然而，相关的三维打印机只能进行静态打印，即：对于构建模型，必须在基座的基准面上进行打印，且基座的基准面不能上下移动(以向上逐层打印为例，打印过程中基座向上移动，则会使模型顶住喷嘴，基座向下移动，则喷嘴与模型分离；均无法完成模型上继续喷涂料材)；对于部件修补，待补位置也必须放置于基座的基准面上，且待补位置也不能进行上下方向的移动(原理同上，不再赘述)；也就是说相关的三维打印机并不能进行动态的三维打印，其应用范围较窄，实用性较差。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施方式提供了一种三维打印机构，能够实现上下方向上的动态打印，以使其可应用于医疗等行业，其实用性显著。
本发明实施例提供了一种三维打印机构，包括：三维运动组件；打印组件，其设置为打印目标物体，安装在所述三维运动组件上，所述三维运动组件用于带动所述打印组件进行三维运动；测距组件，固定安装在所述打印组件上、并随所述打印组件一起进行三维运动，且所述测距组件设置为测量所述打印组件与所述打印组件的打印位置之间的距离；控制处理单元，连接所述测距组件、所述三维运动组件和所述打印组件；其中，所述控制处理单元根据所述测距组件测量的所述打印组件与所述打印组件的打印位置之间的距离、来控制所述三维运动组件带动所述打印组件进行移动，以完成所述目标物体的打印。
可选地，所述测距组件为测距仪、传感器或光学测量系统。
可选地，所述测距仪为激光测距仪或超声波测距仪。
可选地，所述打印组件包括：打印喷头，安装在所述三维运动组件上，所述三维运动组件带动所述打印喷头进行三维运动；和供料组件，与所述打印喷头相连接，所述供料组件通过所述打印喷头进行挤料材或喷料材；其中，所述测距组件固定在所述打印喷头上、设置为测量所述打印喷头与所述打印喷头的打印位置之间的距离。
可选地，所述供料组件包括：供气泵；和安装在所述打印喷头上的打印料筒，一端连通所述供气泵、另一端连通所述打印喷头。
可选地，所述三维运动组件为电机、传送带和传动杆的组合结构。
可选地，所述电机、所述传送带和所述传动杆均包括三个。
可选地，所述电机为步进电机，所述传动带为皮带。
可选地，所述三维打印机构还包括：具有基座的安装架，所述三维运动组件、所述打印组件均安装在所述安装架上，且所述打印组件和所述测距组件位于所述基座的正上方。
可选地，所述三维打印机构为三维打印机。
本发明实施例还提供了一种待补部件的修补方法，所述方法利用上述任一实施例所述的三维打印机构来进行，包括：
在控制处理单元中建立对应待补位置完整态的信息模型；
将待补部件置于支撑面上、同时限位待补部件的横向移动；
采用三维打印机构对待补部件的待补位置进行修补，且保证修补过程中随待补部件纵向移动，三维运动组件根据测距组件测量的打印组件与打印组件的打印位置之间的距离来调整打印组件的位置，使打印组件与打印位置之间的距离保持为打印距离，以实现打印组件打印料材于待补部件的待补位置处的打印位置上。
可选地，所述信息模型为数字模型。
可选地，所述待补部件置于三维打印机构的基座上。
可选地，所述待补部件为骨骼，待补部件的纵向移动为骨骼随动脉跳动、呼吸而产生的纵向上的微动。
本发明实施例提供的三维打印机构，测距组件固定安装在打印组件上、并与打印组件一起进行三维运动，同时测距组件实时测量打印组件与打印组件的打印位置之间的距离，配合三维运动组件对打印组件的位置实时调整，使打印组件和打印位置之间满足打印的距离要求，实现动态打印，不会局限于打印基准面必须要求在上下方向上静止的情况。
在三维打印机构应用于修补环境时，通过先构建待补部件完整状态下的轮廓数字模型，使控制处理单元驱动三维运动组件带动打印组件按该数字模型运动，并在该部件的待补位置进行修补来使该部件的轮廓最终与数字模型的轮廓相同，从而完成对待补部件的修补。在这个过程中，若待补部件在上下方向上移动，测距组件会根据检测到的距离驱动三维运动组件带动打印组件进行随动，使打印组件与待补位置处的打印位置之间的距离始终满足打印距离要求，从而完成在上下方向上的动态打印，这样就实现了待补部件的待补位置处的修补，特别适用于骨骼修复医疗领域(可直接修补骨骼，骨骼随动脉跳动、呼吸等会出现上下移位，但基本不会出现左右移位的问题)，其应用范围更广。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明一个实施例所述的三维打印机构的结构示意图；
图2为本发明一个实施例所述的待补部件的修补方法的流程图。
其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1激光测距仪，21打印喷头，22供气泵，23打印料筒，31传动杆，32步进电机，33皮带，4基座。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。下面结合附图描述本发明一些实施例所述的三维打印机构。
本发明实施例提供的三维打印机构，如图1所示，包括：三维运动组件；用于打印目标物体的打印组件，安装在三维运动组件上，三维运动组件用于带动打印组件进行三维运动；测距组件，(可拆或非可拆地)固定安装在打印组件上、并随打印组件一起进行三维运动，且测距组件用于测量打印组件与打印组件的打印位置之间的距离；控制处理单元(未示出)，连接测距组件、三维运动组件和打印组件。
其中，控制处理单元根据测距组件测量的打印组件与打印组件的打印位置之间的距离(反馈成的信息进行处理，对应发出处理信息)、来控制三维运动组件带动打印组件进行移动，使打印组件与打印位置之间的距离满足打印要求，以最终完成目标物体的打印。
其中，测距仪可以为激光测距仪1，也可以是超声波测距仪等，均可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，但应属于本申请的保护范围内。
较好地，激光测距仪竖直朝下设置，并包括相配合使用的激光发射器和激光接收器。
如图1所示，打印组件包括：打印喷头21，安装在三维运动组件上，三维运动组件带动打印喷头21进行三维运动；和供料组件，与打印喷头21相连接，供料组件通过打印喷头21进行挤料材或喷料材。
其中，测距组件固定在打印喷头21上、用于测量打印喷头21与打印喷头21的打印位置之间的距离。
较好地，打印喷头21也竖直朝下设置。
优选地，测距仪通过测量其与打印喷头21的打印位置之间的距离来反映打印喷头21与打印喷头21的打印位置之间的距离。
进一步地，如图1所示，供料组件包括：供气泵22；和安装在打印喷头21上的打印料筒23，一端连通供气泵22、另一端连通打印喷头21。
料材承装于打印料筒23内，供气泵22供气将打印料筒23内的料材自打印喷头21喷出或挤出。
优选地，如图1所示，供气泵22通过气管与打印料筒23相连通。
本发明的一个实施例中，如图1所示，三维运动组件为电机、传送带和传动杆31的组合结构。
其中，如图1所示，电机、传送带和传动杆31均包括三个；且较好地，电机为步进电机32，传动带为皮带33(优选为同步皮带)。
另外，如图1所示，三维打印机构还包括：具有基座4的安装架，三维运动组件、打印组件均安装在安装架上，且打印组件和测距组件位于基座4的正上方；即基座4的打印基准面为待打印模型或待补部件的打印支撑面。
较好地，基座4的打印基准面可以为平面，也可以为曲面等，均可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，但应属于本申请的保护范围内。
具体地，三维打印机构为三维打印机。
本发明实施例还提供了一种待补部件的修补方法，采用上述任一实施例提供的三维打印机构来修补待补部件，如图2所示，包括：
步骤102，在控制处理单元中建立对应待补位置完整态的信息模型；
步骤104，将待补部件置于支撑面上、同时限位待补部件的横向移动；
步骤106，采用三维打印机构对待补部件的待补位置进行修补，且保证修补过程中随待补部件纵向移动，三维运动组件根据测距组件测量的打印组件与打印组件的打印位置之间的距离来调整打印组件的位置，使打印组件与打印位置之间的距离保持为打印距离，以实现打印组件打印料材于待补部件的待补位置处的打印位置上。
本发明实施例提供的待补部件的修补方法，实现了待补部件修补过程中在纵向上(即：上下方向)的动态打印修补，使打印机可应用于具有震动等的部件修补、构建产品模型等场合。
其中，信息模型可为数字模型。
较好地，待补部件(可以是如：石膏件、塑料件等)置于三维打印机构的基座上。当然，也可以是置于其他支撑面上，支撑面因外界环境而震动的情况下仍很好地可完成修补。
本发明的一个具体实施例中，待补部件为骨骼，待补部件的纵向移动为骨骼随动脉跳动、呼吸而产生的纵向上的微动，此方法实现了临床医学上直接通过三维打印设备修补骨骼的目的。
综上所述，本发明实施例提供的三维打印机构，测距组件固定安装在打印组件上、并与打印组件一起进行三维运动，同时测距组件实时测量打印组件与打印组件的打印位置之间的距离，配合三维运动组件对打印组件的位置实时调整，使打印组件和打印位置之间满足打印的距离要求，实现动态打印，不会局限于打印基准面必须要求在上下方向上静止的情况。
特别是在三维打印机构应用于修补环境时，通过先构建待修补部件完整状态下的轮廓数字模型，使控制处理单元驱动三维运动组件带动打印组件按该数字模型运动，并在该部件的待补位置进行修补来使该部件的轮廓最终与数字模型的轮廓相同，从而完成对待补部件的修补。在这个过程中，若待补部件在上下方向上移动，测距组件会根据检测到的距离驱动三维运动组件带动打印组件进行随动，使打印组件与待补位置处的打印位置之间的距离始终满足打印距离要求，从而完成在上下方向上的动态打印，这样就实现了待补部件的待补位置处的修补，特别适用于骨骼修复医疗领域(可直接修补骨骼，骨骼随动脉跳动、呼吸等会出现上下移位，但基本不会出现左右移位的问题)，其应用范围更广。
在本发明的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，固定可以是可拆卸式的固定，也可以是非可拆卸式的固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种三维打印机构，包括：
三维运动组件；
打印组件，其设置为打印目标物体，安装在所述三维运动组件上，所述三维运动组件设置为带动所述打印组件进行三维运动；
测距组件，固定安装在所述打印组件上、并随所述打印组件一起进行三维运动，且所述测距组件设置为测量所述打印组件与所述打印组件的打印位置之间的距离；
控制处理单元，连接所述测距组件、所述三维运动组件和所述打印组件；
其中，所述控制处理单元根据所述测距组件测量的所述打印组件与所述打印组件的打印位置之间的距离来控制所述三维运动组件带动所述打印组件进行的三维运动，以完成所述目标物体的打印。
2.根据权利要求1所述的三维打印机构，其中，所述测距组件为测距仪、传感器或光学测量系统。
3.根据权利要求1所述的三维打印机构，其中，所述打印组件包括：
打印喷头(21)，安装在所述三维运动组件上，所述三维运动组件带动所述打印喷头(21)进行三维运动；和
供料组件，与所述打印喷头(21)相连接，所述供料组件通过所述打印喷头(21)进行挤料材或喷料材；
其中，所述测距组件固定在所述打印喷头(21)上、设置为测量所述打印喷头(21)与所述打印喷头(21)的打印位置之间的距离。
4.根据权利要求3所述的三维打印机构，其中，所述供料组件包括：
供气泵(22)；和
安装在所述打印喷头(21)上的打印料筒(23)，一端连通所述供气泵(22)、另一端连通所述打印喷头(21)。
5.根据权利要求4所述的三维打印机构，其中，所述三维运动组件为电机、传送带和传动杆(31)的组合结构。
6.根据权利要求5所述的三维打印机构，其中，所述电机、所述传送带和所述传动杆(31)均包括三个。
7.根据权利要求5所述的三维打印机构，其中，所述电机为步进电机(32)，所述传动带为皮带(33)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的三维打印机构，还包括：
具有基座(4)的安装架，所述三维运动组件、所述打印组件均安装在所述安装架上，且所述打印组件和所述测距组件位于所述基座(4)的正上方。
9.根据权利要求8所述的三维打印机构，其中，所述三维打印机构为三维打印机。
10.一种待补部件的修补方法，其特征在于，所述方法利用上述权利要求1至9中任一项所述的三维打印机构来进行，所述方法包括：
在控制处理单元中建立对应待补位置完整态的信息模型；
将待补部件置于支撑面上、同时限位待补部件的横向移动；
采用三维打印机构对待补部件的待补位置进行修补，且保证修补过程中随待补部件纵向移动，三维运动组件根据测距组件测量的打印组件与打印组件的打印位置之间的距离来调整打印组件的位置，使打印组件与打印位置之间的距离保持为打印距离，以实现打印组件打印料材于待补部件的待补位置处的打印位置上。
11.根据权利要求10所述的待补部件的修补方法，其中，所述信息模型为数字模型。
12.根据权利要求10或11所述的待补部件的修补方法，其中，所述待补部件置于三维打印机构的基座(4)上。
13.根据权利要求10或11所述的待补部件的修补方法，其中，所述待补部件为骨骼，待补部件的纵向移动为骨骼随动脉跳动、呼吸而产生的纵向上的微动。
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