CN105620053A - 一种彩色3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色3D打印机，包括打印机构和喷色机构，还包括支撑材料送料机构，所述打印机构包括打印头和工作缸体，所述支撑材料送料机构在打印过程中根据打印对象的实时支撑需求将颗粒支撑材料送到所述工作缸体中，堆积成相应的支撑高度以对打印对象进行支撑，所述喷色机构在打印对象的逐层打印过程中对打印对象的表面实时地进行喷色。本发明可实现在3D打印过程中实时地对打印对象的表面进行喷色处理，大大提高处理效率，并显著节省打印耗材。

Description

一种彩色3D打印机

技术领域

本发明涉及一种彩色3D打印机。

背景技术

目前市场上FDM(熔融沉积制造工艺)3D打印机近两年日益剧增，受到了行业的极大关注，但是在打印需要支撑结构的模型时，支撑结构是与打印对象一起打印出来的，支撑结构在打印过程中对打印对象进行支撑，在打印完之后，再将打印对象上多余的部分(即用于支撑的部分)去除。因此，这种支撑打印方式需要浪费大量的时间和打印耗材，尤其现在彩色3D打印机已经开始进入主流，如果继续使用传统的支撑方式，由于在打印过程中打印对象的表面受到支撑部分的阻碍，就无法实现实时对打印对象的表面进行喷色处理。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种彩色3D打印机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种彩色3D打印机，包括打印机构和喷色机构，还包括支撑材料送料机构，所述打印机构包括打印头和工作缸体，所述支撑材料送料机构在打印过程中根据打印对象的实时支撑需求将颗粒支撑材料送到所述工作缸体中，堆积成相应的支撑高度以对打印对象进行支撑，所述喷色机构在打印对象的逐层打印过程中对打印对象的表面实时地进行喷色。

进一步地：

还包括设置在所述工作缸体上的缸体震动机构，所述缸体震动机构用于震动所述工作缸体以使得所述颗粒支撑材料所堆积的支撑物顶面在所述工作缸体内保持水平。

还包括设置在所述工作缸体上的支撑材料位置感应器，所述支撑材料位置感应器用于检测所述工作缸体中的所述颗粒支撑材料的堆积高度是否达到设定高度，当达到设定高度时，所述支撑材料送料机构停止向所述工作缸体中送料。

所述工作缸体内设置有升降工作台，所述升降工作台与所述工作缸体为活塞式配合关系，所述升降工作台连接工作台升降机，所述打印对象和所述颗粒支撑材料均支撑在所述升降工作台上，所述升降工作台在打印过程中由工作台升降机驱动进行升降运动，以配合所述打印机构的打印头的高度位置实现对打印对象的逐层打印。

所述打印机构的打印头在高度方向上位置固定，在打印对象的逐层打印过程中，所述升降工作台逐层下降，使得打印对象的打印层与所述打印头保持设定距离。

在所述支撑材料送料机构向所述工作缸体内送料并使所述颗粒支撑材料达到相应的支撑高度的过程中，所述打印机构暂停打印对象下一层的打印，按此方式实现打印对象各层的打印并在打印对象需要搭建支撑的高度上的实现支撑。

所述喷色机构包括喷色头、涂料固化单元、喷色头定位驱动单元、涂料混合单元和多个涂料供应单元；

所述喷色头包括与所述涂料供应单元数量相同的多个喷口，所述喷口与所述涂料供应单元一一对应地设置；

所述喷色头定位驱动单元用于驱动所述喷色头沿打印对象的层的外观面进行移动；

所述涂料混合单元可将不同涂料分别提供给所述喷色头或将涂料混合后提供给所述喷色头；

所述喷色头用于通过所述多个喷口将来自所述涂料混合单元的涂料喷涂于打印对象的层的外观面；

所述涂料固化单元用于固化喷涂于打印对象的层的外观面上的涂料。

本发明的有益效果：

本发明的彩色3D打印机设置有支撑材料送料机构，打印机构包括工作缸体，在打印过程中，支撑材料送料机构根据打印对象的实时支撑需求将颗粒支撑材料送到工作缸体中，堆积成相应的支撑高度以对打印对象进行支撑，而喷色机构在打印对象的逐层打印过程中对打印对象的表面实时地进行喷色，由此，本发明彻底避免了传统的打印支撑方式需要去除在打印对象上额外打印的支撑体才能对打印对象表面进行喷色的问题，将打印过程、填充颗粒支撑材料的支撑过程以及喷色过程相结合，实现在3D打印过程中，实时地对打印对象的表面进行喷色处理，大大提高了处理效率，并显著节省了打印耗材。

附图说明

图1为本发明彩色3D打印机一种实施例的结构示意图；

图2为打印机构采用单轴双头结构的实施例的结构示意图；

图3为打印机构采用双轴双头结构的实施例的结构示意图；

图4为一种实施例中的喷色机构的示意图；

附图标记说明：

1—支撑材料送料机构

2—工作缸体

3—支撑材料位置感应器

4—颗粒支撑材料

5—升降工作台

6—缸体震动机构

7—工作缸体固定座

8—工作台升降机

9—打印头

10—打印对象

11—打印对象的待打印部分

12—打印对象的已打印部分

13—打印机机架

14—Y轴移动系统

15—涂料系统

16—电气控制系统

17—X单轴移动系统

18a、18b—X轴双轴移动系统

19—喷色头。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1至图4，在一种实施例中，一种彩色3D打印机，包括打印机构和喷色机构，还包括支撑材料送料机构1，所述打印机构包括打印头9和工作缸体2，所述支撑材料送料机构1在打印过程中根据打印对象10的实时支撑需求将颗粒支撑材料4送到所述工作缸体2中，堆积成相应的支撑高度以对打印对象10进行支撑。如图1所示，打印对象10包括已打印部分12和需要支撑的待打印部分11，而通过颗粒支撑材料4的支撑，就可以顺利地逐层打印出待打印部分11，且所述喷色机构在打印对象10的逐层打印过程中对打印对象10的表面实时地进行喷色。在典型的实施例中，该彩色3D打印机为采用熔融沉积快速成型(FDM)的3D打印机，其是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细打印头9的喷头挤喷出，沉积在打印工作台面板或者前一层已固化的材料上形成3D打印对象10的一层层，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。

在优选的实施例中，彩色3D打印机还包括设置在所述工作缸体2上的缸体震动机构6，所述缸体震动机构6用于震动所述工作缸体2以使得所述颗粒支撑材料4所堆积的支撑物顶面在所述工作缸体2内保持水平。另外工作缸体2可以固定在工作缸体固定座7上。工作缸体固定座7可以采用弹性机构。

在优选的实施例中，彩色3D打印机还包括设置在所述工作缸体2上的支撑材料位置感应器3，所述支撑材料位置感应器3用于检测所述工作缸体2中的所述颗粒支撑材料4的堆积高度是否达到设定高度，当达到设定高度时，所述支撑材料送料机构1停止向所述工作缸体2中送料。

在优选的实施例中，所述工作缸体2内设置有升降工作台5，所述升降工作台5与所述工作缸体2为活塞式配合关系，所述升降工作台5连接工作台升降机8，所述打印对象10和所述颗粒支撑材料4均支撑在所述升降工作台5上，所述升降工作台5在打印过程中由工作台升降机8驱动进行升降运动，以配合所述打印机构的打印头9的高度位置实现对打印对象10的逐层打印。较佳地，所述打印机构的打印头9在高度方向上位置固定，在打印对象10的逐层打印过程中，所述升降工作台5逐层下降，使得打印对象10的打印层与所述打印头9保持设定距离。

在优选的实施例中，在所述支撑材料送料机构1向所述工作缸体2内送料并使所述颗粒支撑材料4达到相应的支撑高度的过程中，所述打印机构暂停打印对象10下一层的打印，按此方式实现打印对象10各层的打印并在打印对象10需要搭建支撑的高度上的实现支撑。

以下结合图1至图4进一步说明具体实施例及其优点。

彩色3D打印机利用计算机在图形文件里读取到的打印物体的表面颜色，发出指令给涂料供应单元150、涂料混合单元140和喷色头19在打印好的物体表面逐层喷上对应的颜色，再通过涂料固化单元120如烘干灯实现涂料的烘干固化。上色可以是只有表面上色，或者是通过材料的渗透颜色进行上色，上色过程伴随着打印对象的3D打印过程，计算机根据打印对象的模型对其进行切片分层，得到每一层的成型数据和喷色数据，并将得到的数据关联到打印头、喷色头19、涂料供应单元150、喷色头定位驱动单元130，先由打印头完成xx层的物体打印，后驱动喷色头对该层进行表面喷色，以实现物体的彩色3D打印；

颗粒填充3D打印支撑技术是在打印需要支撑结构的模型时，支撑实现装置与3D打印系统一体化，在打印过程中逐层打印，工作台逐层下降，当打印到模型需要搭支撑的高度或满足设定的偏移量高度时(高度A的位置)，打印机暂停打印，支撑颗粒材料由支撑材料送料机构送料至工作缸体内，当支撑颗粒材料向工作缸体加料的同时，缸体震动机构工作，使得颗粒材料顶面在工作缸体内始终保持呈平面上升，当支撑材料进料的高度达到设定高度时，位置感应器工作，供料机构和震动机构停止工作，打印机继续打印，这样保证了需要支撑结构的模型在悬空位置打印时有颗粒支撑材料作为支撑，完成快速支撑的作用。如此类推，在第二个，第三个等需要支撑结构的高度集中填送支撑材料，通过使用颗粒状填充材料起到支撑作用，打印完成后，颗粒填充物可以自动回收，反复利用，最终完成整个模型打印过程。

打印材料可以是单一材料，也可以是复合材料。单一材料可采用表面上色方式，复合材料可采用渗透技术上色。

如图2所示，在一种实施例中，打印机构和喷色机构采用单轴双头结构，打印头9和喷色头19一体化安装在打印机机架13上的同一个X单轴移动系统17上，从而驱动打印头9和喷色头19在X轴方向移动，Y轴移动系统14可以驱动打印头9和喷色头19在Y轴方向移动。打印机机架13上还设置有涂料系统15和电气控制系统16。打印物体XX层时由打印头工作，完成该层打印后由喷色头再进行该层喷色，喷色完成后继续下一层的打印，如此循环工作，直至完成物体的全部打印和喷色；颗粒填充3D打印支撑技术系统与Z轴传动系统为一体式，可以同时实现支撑颗粒的填充功能以及Z轴传动功能。

如图3所示，在另一种实施例中，打印机构和喷色机构采用双轴双头结构，打印头9和喷色头19分别安装在打印机机架13上的X轴双轴移动系统18a、18b上，从而驱动打印头9和喷色头19在X轴方向移动，Y轴移动系统14可以驱动打印头9和喷色头19在Y轴方向移动。在工作过程中打印头与喷色头在Y轴方向保持一定的距离，以较少打印头高温对喷色头的影响，其他工作原理同上。

以下进一步介绍一种实施例中的喷色机构。

如图4所示，本实施例的喷色机构包括：喷色头19、涂料固化单元120、喷色头定位驱动单元130、涂料混合单元140和多个涂料供应单元150。

喷色头19包括与涂料供应单元150数量相同的多个喷口，喷口与涂料供应单元150一一对应地设置，每个喷口分别用于喷涂一个涂料供应单元150供应的涂料，每个涂料供应单元150用于向一个喷口输送涂料。喷色头定位驱动单元130用于驱动喷色头19沿层001的外观面进行移动，从而定位喷色头19对层001的各个外观面进行喷色。所说的外观面是指3D产品能够被看到的位置，一般而言是每层层的外周位置。喷色头定位驱动单元130可独立于打印头的驱动单元，但优选部分或全部复用打印头的驱动单元。涂料混合单元140可以将不同涂料分别提供给所述喷色头或将涂料混合后提供给所述喷色头19。喷色头19用于通过所述多个喷口将来自所述涂料混合单元150的涂料喷涂于打印对象的层的外观面。所述涂料固化单元120用于固化喷涂于打印对象的层的外观面上的涂料。涂料固化单元120可根据涂料的种类进行选择，例如：如果所用的涂料为UV光固漆，则可选择紫外灯作为涂料固化单元120；而如果所用的涂料为热固油墨，则可采用加热装置作为涂料固化单元，例如红外灯。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种彩色3D打印机，包括打印机构和喷色机构，其特征在于,还包括支撑材料送料机构，所述打印机构包括打印头和工作缸体，所述支撑材料送料机构在打印过程中根据打印对象的实时支撑需求将颗粒支撑材料送到所述工作缸体中，堆积成相应的支撑高度以对打印对象进行支撑，所述喷色机构在打印对象的逐层打印过程中对打印对象的表面实时地进行喷色。

2.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于,还包括设置在所述工作缸体上的缸体震动机构，所述缸体震动机构用于震动所述工作缸体以使得所述颗粒支撑材料所堆积的支撑物顶面在所述工作缸体内保持水平。

3.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于,还包括设置在所述工作缸体上的支撑材料位置感应器，所述支撑材料位置感应器用于检测所述工作缸体中的所述颗粒支撑材料的堆积高度是否达到设定高度，当达到设定高度时，所述支撑材料送料机构停止向所述工作缸体中送料。

4.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于,所述工作缸体内设置有升降工作台，所述升降工作台与所述工作缸体为活塞式配合关系，所述升降工作台连接工作台升降机，所述打印对象和所述颗粒支撑材料均支撑在所述升降工作台上，所述升降工作台在打印过程中由工作台升降机驱动进行升降运动，以配合所述打印机构的打印头的高度位置实现对打印对象的逐层打印。

5.如权利要求4所述的彩色3D打印机，其特征在于,所述打印机构的打印头在高度方向上位置固定，在打印对象的逐层打印过程中，所述升降工作台逐层下降，使得打印对象的打印层与所述打印头保持设定距离。

6.如权利要求1至5任一项所述的彩色3D打印机，其特征在于,在所述支撑材料送料机构向所述工作缸体内送料并使所述颗粒支撑材料达到相应的支撑高度的过程中，所述打印机构暂停打印对象下一层的打印，按此方式实现打印对象各层的打印并在打印对象需要搭建支撑的高度上的实现支撑。

7.如权利要求1至6任一项所述的彩色3D打印机，其特征在于,所述喷色机构包括喷色头、涂料固化单元、喷色头定位驱动单元、涂料混合单元和多个涂料供应单元；

所述喷色头包括与所述涂料供应单元数量相同的多个喷口，所述喷口与所述涂料供应单元一一对应地设置；

所述喷色头定位驱动单元用于驱动所述喷色头沿打印对象的层的外观面进行移动；

所述涂料混合单元可将不同涂料分别提供给所述喷色头或将涂料混合后提供给所述喷色头；

所述喷色头用于通过所述多个喷口将来自所述涂料混合单元的涂料喷涂于打印对象的层的外观面；

所述涂料固化单元用于固化喷涂于打印对象的层的外观面上的涂料。