CN105666870A - 实现面打印的3d打印机喷头装置及其打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了实现面打印的3D打印机喷头装置及其打印方法，包括底板和多个喷头；多个喷头相互紧密依靠均布在底板上，喷头顶部设有原料入料口和乳胶入料口，原料入料口与原料罐相连，乳胶入料口与乳胶罐相连；喷头底部设有喷嘴，相邻喷头的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径。通过对打印物体进行扫描、切片、投影，在有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出。本发明实现了面打印，提高了打印速度，通过在外部设置乳胶支撑，可以实现空心打印，降低了原料的消耗。

Description

实现面打印的3D打印机喷头装置及其打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印机领域，尤其涉及实现面打印的3D打印机喷头装置及其打印方法。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊塑料、蜡材、粉末状金属等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。
传统的3D打印机只有单喷头或者双喷头执行的点式打印。传统的3D打印机打印过程中需要在打印物体中间添加喷头的细拉丝起支撑作用以便于上层打印的顺利进行。这样单喷头在整个面上滑动打印浪费时间而且打印的东西(如：QQ公仔)都是近乎实心的；这种传统3D打印机主要存在以下两个问题：
1、打印时间长，因为是一个喷头或者双喷头以点为单位在工作，大大的降低了打印的效率。
2、材料耗费多，因为传统的3D打印机的喷头只有一个原料入口为了塑型帮助上层的打印在上下有空隙处用细线拉丝起支撑的作用。一个喷头在拉丝作支撑的过程中无疑又延长了许多打印时间。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供实现面打印的3D打印机喷头装置及其打印方法。
为实现上述目的，本发明公开了一种实现面打印的3D打印机喷头装置，包括底板和多个喷头；
多个所述喷头相互紧密依靠均布在所述底板上，所述喷头顶部设有原料入料口和乳胶入料口，所述原料入料口与原料罐相连，所述乳胶入料口与乳胶罐相连；所述喷头底部设有喷嘴，相邻喷头的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径。
本发明还公开了一种使用喷头装置的3D打印机的打印方法，包括以下步骤：
步骤一、将需要打印的物体通过扫描立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数；
步骤二、切片软件对成像的3D图像进行水平切片；
步骤三、将第一张切片垂直于打印机的打印底板进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像；
步骤四、对第一张切片进行打印时，有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据步骤一中存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出；
步骤五、切片软件的第一个切片打印完成，抬起喷头；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。
作为本发明的进一步改进，在步骤一和步骤二之间还包括：
步骤六、对成像的3D图像进行缩放和修补。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中，在切片软件中形成的3D立体图像是一个封闭的图像，所述外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二中，切片软件对成像的3D图像进行切片的切片厚度为0.2mm～0.3mm。
作为本发明的进一步改进，所述步骤四中，所述乳胶选用水溶性乳胶。
作为本发明的进一步改进，所述步骤四中，依据步骤一中存储的外轮廓参数控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出的实现方法为：
在步骤一中3D打印机处理器通过对存储的外轮廓参数的分析和处理，判断出不同切片下投影图像外部所需打印的乳胶的宽度，并通过指令发送给投影区域外部的喷头；在进行相应切片的打印过程中，根据相应指令，确定所需乳胶宽度内的喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出，进行乳胶打印。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开的实现面打印的3D打印机喷头装置及其打印方法，每个喷头顶部设有原料入料口和乳胶入料口，原料入料口与原料罐相连，乳胶入料口与乳胶罐相连；喷头底部设有喷嘴，相邻喷头的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径；上述结构的设置可以实现3D面打印；同时保证了在3D面打印过程中相邻喷嘴滴下的液滴之间无间隙，实现了面打印的紧密连接；
本发明在有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出；保证相邻两层切片的乳胶能够相互粘结；上述结构可以实现3D打印机的面打印，保证了打印和支撑的同时进行，提高了打印速度；同时，由于只需要对切片图像的外部实现支撑，内部不进行支撑，这样做的目的是为了更完美的立体呈现、减轻打印物品的重量、改变以往内部材料支撑的弊端实现空心打印；
使用水溶性乳胶作为支撑材料，水溶性乳胶有支撑和轻微粘贴的作用；在打印完成之后可以用轻微的力气剥掉外面较厚的凝胶支撑物，附着在打印物体边角处的凝胶只需泡在自来水中即可溶解，所以无需施加太大的力即可去除微细部分的支撑材料。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的实现面打印的3D打印机喷头装置的结构图；
图2为图1中喷头的结构图；
图3为本发明一种实施例公开的3D打印机的打印方法流程图。
图中：1、底板；2、喷头；2-1、原料入料口；2-2、乳胶入料口
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
本发明提供一种实现面打印的3D打印机喷头装置，包括底板和多个喷头；
多个喷头相互紧密依靠均布在底板上，喷头顶部设有原料入料口和乳胶入料口，原料入料口与原料罐相连，乳胶入料口与乳胶罐相连；喷头底部设有喷嘴，相邻喷头的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径。
本发明还公开了一种使用喷头装置的3D打印机的打印方法，包括以下步骤：
步骤一、将需要打印的物体通过扫描立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数；
步骤二、切片软件对成像的3D图像进行水平切片；
步骤三、将第一张切片垂直于打印机的打印底板进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像；
步骤四、对第一张切片进行打印时，有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据步骤一中存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出；
步骤五、切片软件的第一个切片打印完成，抬起喷头；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。
进一步，在步骤一和步骤二之间还包括：
步骤六、对成像的3D图像进行缩放和修补。
进一步，步骤一中，在切片软件中形成的3D立体图像是一个封闭的图像，外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度。
进一步，步骤二中，切片软件对成像的3D图像进行切片的切片厚度为0.2mm～0.3mm。
进一步，步骤四中，乳胶选用水溶性乳胶。
进一步，步骤四中，依据步骤一中存储的外轮廓参数控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出的实现方法为：
在步骤一中3D打印机处理器通过对存储的外轮廓参数的分析和处理，判断出不同切片下投影图像外部所需打印的乳胶的宽度，并通过指令发送给投影区域外部的喷头；在进行相应切片的打印过程中，根据相应指令，确定所需乳胶宽度内的喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出，进行乳胶打印。
进一步，在步骤四中，乳胶选用水溶性乳胶，优选Agilista凝胶材料；喷头在其对应的底板区域内进行打印。
本发明实现面打印的3D打印机喷头装置，每个喷头上设有原料入料口和乳胶入料口，打印喷头根据所工作的切片像素判断打印机出的是原料还是乳胶支撑，不同的切片有可能同一个喷头要面对不同的材料选择；即同一个喷头可以实现原料和乳胶的自动转换挤出。传统的3D打印机喷头是挤出的原料每一层转换的时候回残余底料。在本发明所述的3D面打印的喷头装置中，喷头从上至下伸缩降落的每一针的计量会全部挤出使喷头中不再有任何原料驻留，有利于下一个切片材料的变换。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
实施例1：如图1、图2所示，本发明所述的一种实现面打印的3D打印机喷头装置，包括底板1和多个喷头2；
多个喷头2相互紧密依靠均布在底板1上，喷头2顶部设有原料入料口2-1和乳胶入料口2-2，原料入料口2-1与原料罐相连，乳胶入料口2-2与乳胶罐相连；喷头2底部设有喷嘴，相邻喷头2的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径。上述结构的设置可以实现3D面打印；同时，相邻喷头上喷嘴的距离小于原料或乳胶液滴滴下的直径，这保证了在3D面打印过程中相邻喷嘴滴下的液滴之间无间隙，实现了面打印的紧密连接。
底板的面积根据实际生产的需求进行设计，优选底板1的长为20-30cm，宽为20-30cm；喷头2的外部尺寸和喷嘴在喷头上设置的位置以及喷嘴的形状都可以根据实际的需求进行调整；其喷嘴和喷头设计的前提是保证滴出的液滴之间能相互粘结。
实施例2：如图3所示，本发明的一种使用上述喷头装置的3D打印机的打印方法，包括以下步骤：
将需要打印的物体通过扫描立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数，外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度。
通过软件对成像的3D图像进行缩放和修补。
切片软件对成像的3D图像进行水平切片，切片软件对成像的3D图像进行切片的切片厚度为0.2mm～0.3mm。
将第一张切片垂直于打印机的打印底板进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像。
对第一张切片进行打印时，有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据步骤一中存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出；乳胶选用水溶性乳胶，优选Agilista凝胶材料；喷头在其对应的底板区域内进行打印。
依据存储的外轮廓参数控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出的实现方法为：
步骤一3D打印机处理器通过对存储的外轮廓参数的分析和处理，判断出不同切片下投影图像外部所需打印的乳胶的宽度，并通过指令发送给投影区域外部的喷头；在进行相应切片的打印过程中，根据相应指令，确定所需乳胶宽度内的喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出，进行乳胶打印。
切片软件的第一个切片打印完成，抬起柱状影射的喷头；1s后待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，进行下一张切片的投影、打印等循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。
本发明公开的实现面打印的3D打印机喷头装置及其打印方法，每个喷头顶部设有原料入料口和乳胶入料口，原料入料口与原料罐相连，乳胶入料口与乳胶罐相连；喷头底部设有喷嘴，相邻喷头的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径；上述结构的设置可以实现3D面打印；同时保证了在3D面打印过程中相邻喷嘴滴下的液滴之间无间隙，实现了面打印的紧密连接；本发明在有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出；保证相邻两层切片的乳胶能够相互粘结；上述结构可以实现3D打印机的面打印，保证了打印和支撑的同时进行，提高了打印速度；同时，由于只需要对切片图像的外部实现支撑，内部不进行支撑，这样做的目的是为了更完美的立体呈现、减轻打印物品的重量、改变以往内部材料支撑的弊端实现空心打印；使用水溶性乳胶作为支撑材料，水溶性乳胶有支撑和轻微粘贴的作用；在打印完成之后可以用轻微的力气剥掉外面较厚的凝胶支撑物，附着在打印物体边角处的凝胶只需泡在自来水中即可溶解，所以无需施加太大的力即可去除微细部分的支撑材料。本发明实现面打印的3D打印机喷头装置，每个喷头上设有原料入料口和乳胶入料口，打印喷头根据所工作的切片像素判断打印机出的是原料还是乳胶支撑，不同的切片有可能同一个喷头要面对不同的材料选择；即同一个喷头可以实现原料和乳胶的自动转换挤出。传统的3D打印机喷头是挤出的原料每一层转换的时候回残余底料。在本发明所述的3D面打印的喷头装置中，喷头从上至下伸缩降落的每一针的计量会全部挤出使喷头中不再有任何原料驻留，有利于下一个切片材料的变换。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现面打印的3D打印机喷头装置，其特征在于，包括底板和多个喷头；
多个所述喷头相互紧密依靠均布在所述底板上，所述喷头顶部设有原料入料口和乳胶入料口，所述原料入料口与原料罐相连，所述乳胶入料口与乳胶罐相连；所述喷头底部设有喷嘴，相邻喷头的喷嘴之间的间隙小于从喷嘴处挤出液滴的直径。
2.一种使用权利要求1所述喷头装置的3D打印机的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将需要打印的物体通过扫描立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数；
步骤二、切片软件对成像的3D图像进行水平切片；
步骤三、将第一张切片垂直于打印机的打印底板进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像；
步骤四、对第一张切片进行打印时，有像素的底板区域内，控制原料罐向喷嘴处进行原料挤出；在投影图像外侧没有像素的底板区域内，依据步骤一中存储的外轮廓参数选择对应喷头，控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出；
步骤五、切片软件的第一个切片打印完成，抬起喷头；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。
3.如权利要求2所述的一种3D打印机的打印方法，其特征在于，在步骤一和步骤二之间还包括：
步骤六、对成像的3D图像进行缩放和修补。
4.如权利要求2所述的一种3D打印机的打印方法，其特征在于，所述步骤一中，在切片软件中形成的3D立体图像是一个封闭的图像，所述外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度。
5.如权利要求2所述的一种3D打印机的打印方法，其特征在于，所述步骤二中，切片软件对成像的3D图像进行切片的切片厚度为0.2mm～0.3mm。
6.如权利要求2所述的一种3D打印机的打印方法，其特征在于，所述步骤四中，所述乳胶选用水溶性乳胶。
7.如权利要求2所述的一种3D打印机的打印方法，其特征在于，所述步骤四中，依据步骤一中存储的外轮廓参数控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出的实现方法为：
在步骤一中，3D打印机的处理器通过对存储的外轮廓参数的分析和处理，判断出不同切片下投影图像外部所需打印的乳胶的宽度，并通过指令发送给投影区域外部的喷头；在进行相应切片的打印过程中，根据相应指令，确定所需乳胶宽度内的喷头，并控制乳胶罐向喷嘴处进行乳胶挤出，进行乳胶打印。
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