CN105711097A - 热割式3d方法及打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热割式3D方法及打印机，包括以下步骤：一、在电脑中，将三维物体沿水平面从上到下分割成多片；二、得到每片片料的二维轮廓；三、将最底层的片料加热，切割出当前片料的二维轮廓；四、将上一层片料加热，覆盖在下一层片料顶部，切割出当前片料的二维轮廓；五、依次重复步骤四，得到预设的三维物体。打印机包括送料装置、加热装置、堆叠装置和切割装置，所述加热装置包括一用于加热片料的装置，堆叠装置使已加热的片料堆叠在一起；所述的切割装置包括一沿着X、Y、Z轴移动的热切割刀。由于片料在一个水平层中，物料是互相连接为整体，因此采用本发明方法加工的3D产品强度更高。本发明的方法和装置加工3D产品的效率能够大幅提高。

Description

热割式3D方法及打印机

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别是一种热割式3D方法及打印机。

背景技术

3D打印机是一种将金属、陶瓷、树脂、塑料或者砂等打印原材料通过层层叠加的方式，最终使智能电子设备(如计算机或者服务器等)中的3D模型变为实物的设备。通俗的说，3D打印机是能够打印出真实的3D物体的一种设备。利用3D打印机打印出的3D物体可以具体为模具、玩具以及机器零件等等，有些3D打印机甚至可以打印出食物。基于熔融沉积的3D打印机是目前使用较为广泛的一种3D打印机，现有的基于熔融沉积的3D打印机是通过喷头在一个加工面上移动，将融化的材料点滴在面上，重复每一层加工面上的操作完成3D模型的打印。喷头在每一层加工面上行程越长则精度越高。因此，现有的3D打印不但会增加3D建模难度，而且还会使3D打印周期较长。而且采用喷头喷射的材料的方式，滴状的材料在堆叠过程中很容易造成材料粘接不可靠，存在气泡，因此现有基于熔融沉积的3D打印机生产的产品通常强度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热割式3D方法及打印机，能够提高3D打印效率，提高3D打印产品的强度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种热割式3D方法，包括以下步骤：

一、在电脑中，将三维物体沿水平面从上到下分割成多片；

二、得到每片片料的二维轮廓；

三、将最底层的片料加热，切割出当前片料的二维轮廓；

四、将上一层片料加热，覆盖在下一层片料顶部，切割出当前片料的二维轮廓；

五、依次重复步骤四，得到预设的三维物体。

优选的方案中，加热时，将片料加热至能够互相粘接的温度。

一种用于上述的热割式3D方法的打印机，包括送料装置、加热装置、堆叠装置和切割装置，

所述加热装置包括一用于加热片料的装置，

堆叠装置使已加热的片料堆叠在一起；

所述的切割装置包括一沿着X、Y、Z轴移动的热切割刀。

所述的送料装置为上下布置的送料辊筒，送料辊筒的一侧设有加热工作台，送料辊筒的一侧上方设有可升降的加热机构；

所述的加热工作台底部设有推杆和曲柄摇杆机构，以使加热工作台能够从水平状态，翻转至切割工作台上方；

或者所述的加热工作台一侧通过连接支架与转轴连接，以使加热工作台能够从水平状态，翻转至切割工作台上方；

或者所述的加热工作台一侧与往复运动的输送带通过铰销铰接，在靠近切割工作台的位置设有弧形挡圈，在弧形挡圈的下方设有顶杆机构，顶杆机构的自由端设有电磁头。

优选的方案中，所述的切割工作台底部设有升降机构。

优选的方案中，切割工作台的两侧设有鼓风机和收集箱。

优选的方案中，所述的送料装置为沿着导轨运行的真空吸盘机械手，真空吸盘机械手上设有多个可升降的真空吸盘；

导轨下方布置有加热机构和切割工作台，切割工作台两侧设有轨道，切割装置安装在轨道上。

优选的方案中，在导轨下方还设有可升降的送料台，送料台的一侧设有空气喷嘴。

优选的方案中，切割工作台的底部设有升降机构。

优选的方案中，所述的加热机构为热风加热机构。

本发明提供的一种热割式3D方法及打印机，采用了一种热切割的方法，由于在一个水平层中，物料是互相连接为整体，因此采用本发明方法加工的3D产品强度更高。且本发明的方法和装置加工3D产品的加工效率与每个水平层的轮廓复杂程度有关，当各个水平层的轮廓更容易拟合矢量的条件下，本发明的方法和装置加工3D产品的效率能够大幅提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的立体结构示意图。

图2为本发明装置的原理示意图。

图3为本发明装置的另一结构的原理示意图。

图4为本发明装置的另一结构的原理示意图。

图5为图4装置的使用状态图。

图6为本发明中切割装置的结构示意图。

图7为本发明装置的另一结构的原理示意图。

图8为本发明方法的加工流程图。

图中：Y轴电机1，收集箱2，鼓风机3，切割工作台4，热切割刀5，z轴电机6，X轴电机7，加工装置机架8，加热机构9，加热板10，加热工作台11，推杆1101，曲柄摇杆1102，转轴1103，连接支架1104，驱动装置1105，输送带1106，铰销1107，顶杆机构1108，电磁头1109，弧形挡圈1110，送料辊筒12，片料13，升降机构14，送料台15，空气喷嘴16，真空吸盘机械手17，导轨18。

具体实施方式

实施例1：

如图8中，一种热割式3D方法，其特征是包括以下步骤：

一、在电脑中，将三维物体沿水平面从上到下分割成多片；即将3D模型分成层数为X，并将信息记录在计算机中，每个水平层的轮廓以矢量图形保存。需要说明的，现有的基于熔融沉积的3D打印机均将图像最后转换为点阵图形。

二、得到每片片料的二维轮廓；即每水平层的片料的矢量轮廓数据，由于片料的厚度较薄，斜面被忽略不计，每层片料的边缘均为竖直的面，以便于加工。

三、将最底层的片料加热，切割出当前片料的二维轮廓；

四、将上一层片料加热，覆盖在下一层片料顶部，然后切割出当前片料的二维轮廓；多余的碎屑利用鼓风机3吹送至收集箱2内，以回收再利用。

五、依次重复步骤四，逐层堆叠和加工片料的轮廓形状，得到预设的三维物体。

由于存在热切割的步骤，因此堆叠的定位精度要求不高，以光电传感器进行定位足以满足加工要求。

优选的方案中，加热时，将片料加热至能够互相粘接的温度。由此结构，使各层能够可靠的粘接在一起，但是也不可温度过高，使片料变形。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1~6中，一种用于上述的热割式3D方法的打印机，包括送料装置、加热装置、堆叠装置和切割装置，

如图1~6中，所述的送料装置为上下布置的送料辊筒12，送料辊筒12的一侧设有加热工作台11，送料辊筒12的一侧上方设有可升降的加热机构9；

所述加热装置包括一用于加热片料的装置，如图1~6中，加热板10采用可升降的方式安装在加热机构9内，如图1中，加热板10采用齿轮齿条机构实现升降。采用其他方式也是可行的，例如曲柄摇杆机构，液压缸和气缸。加热板10内设有加热元件，例如电阻丝。还设有温度控制传感器。

堆叠装置使已加热的片料堆叠在一起；

所述的切割装置包括一沿着X、Y、Z轴移动的热切割刀5。本例中，如图1、8所示，在切割工作台4两侧设有轨道，加工装置机架8通过行走轮安装在轨道上，Y轴电机1驱动行走轮实现加工装置机架8沿Y轴的移动。X轴电机7安装在加工装置机架8上，驱动皮带往复运动，Z轴电机6与皮带固定连接，实现沿着皮带的运动。热切割刀5通过一个升降机构，例如螺母丝杠机构与Z轴电机6连接，从而实现热切割刀5沿着X、Y、Z轴移动，能够方便的在各个片料13上加工处水平的轮廓。

如图2中，所述的加热工作台11底部设有推杆1101和曲柄摇杆1102机构，以使加热工作台11能够从水平状态，翻转至切割工作台4上方；片料13经送料辊筒12输送至加热工作台11后，首先在加热工作台11上被加热板10加热至可以粘接的程度，然后由推杆1101和曲柄摇杆1102机构将切割工作台4上的片料覆盖至切割工作台4，与切割工作台4上原有的片料粘合在一起。并由切割装置切割出预设的轮廓。

另一优选的方案如图3中，或者所述的加热工作台11一侧通过连接支架1104与转轴1103连接，以使加热工作台11能够从水平状态，翻转至切割工作台4上方；

另一优选的方案如图4、5中，或者所述的加热工作台11一侧与往复运动的输送带1106通过铰销1107铰接，在靠近切割工作台4的位置设有弧形挡圈1110，在弧形挡圈1110的下方设有顶杆机构1108，顶杆机构1108的自由端设有电磁头1109。加热工作台11首先位于输送带1106的左侧，加热机构9的加热板10降下，将加热工作台11上的片料13加热，然后驱动装置1105驱动输送带1106上层向右运动，如图6中，当运行至弧形挡圈1110的位置，输送带1106停止，顶杆机构1108的电磁头1109将加热工作台11的底部吸住，并持续上行，实现加热工作台11以铰销1107为圆心的翻面，以将加热后的片料覆盖在之前切割装置加工过的片料上。随后顶杆机构1108下行，电磁头1109带动加热工作台11落在输送带1106上，复位后开始下一次的动作。

优选的方案如图2~5、7中，所述的切割工作台4底部设有升降机构14。由此结构，以免逐步成型的3D物体对设备的运行造成干涉。尤其是对堆叠装置和切割装置的干涉。

优选的方案如图1中，切割工作台4的两侧设有鼓风机3和收集箱2。由此结构，将加工后产生的碎屑收集，以便回收再利用。本例的结构适用于体积较小的3D模型的加工。例如边长500mm以下的3D模型。

实施例3：

在实施例1的基础上，另一可选的方案如图7中，一种用于上述的热割式3D方法的打印机，包括送料装置、加热装置、堆叠装置和切割装置，

所述加热装置包括一用于加热片料的装置，

堆叠装置使已加热的片料堆叠在一起；

所述的切割装置包括一沿着X、Y、Z轴移动的热切割刀5。

优选的方案如图6、7中，所述的送料装置为沿着导轨18运行的真空吸盘机械手17，真空吸盘机械手17上设有多个可升降的真空吸盘；真空吸盘采用氟橡胶的材质，用于将片料13可靠的吸住。

导轨18下方布置有加热机构和切割工作台4，切割工作台4两侧设有轨道，切割装置安装在轨道上。切割装置的结构与实施例2中相同。

优选的方案中，在导轨18下方还设有可升降的送料台15，送料台15的一侧设有空气喷嘴16。可升降的送料台15用于使最顶层的片料13始终保持在真空吸盘机械手17的吸取范围之内。设置的空气喷嘴16能够避免真空吸盘机械手17一次吸取多片的片料13。

优选的方案中，切割工作台4的底部设有升降机构14。由此结构，以免逐步成型的3D物体对设备的运行造成干涉。尤其是对真空吸盘机械手17和切割装置的干涉。

优选的方案中，所述的加热机构为热风加热机构。采用该结构，能够将片料13均匀的加热，而且便于从下方对片料进行加热，从而无需翻面机构。降低了设备的复杂程度。

使用时，真空吸盘机械手17从送料台15上吸取一片片料13，真空吸盘机械手17沿导轨18行走至加热机构9的上方，加热机构9吹出热风将片料13的底部加热，真空吸盘机械手17沿导轨18继续行走至切割工作台4的上方，真空吸盘机械手17的真空吸盘充入气体，使片料13落到切割工作台4，切割装置中的热切割刀5对当前片料13的轮廓进行切割加工，切割工作台4的两侧设有鼓风机3和收集箱2。由此结构，将加工后产生的碎屑收集，以便回收再利用。本例尤其适合制作大尺寸的3D模型。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热割式3D方法，其特征是包括以下步骤：

一、在电脑中，将三维物体沿水平面从上到下分割成多片；

二、得到每片片料的二维轮廓；

三、将最底层的片料加热，切割出当前片料的二维轮廓；

四、将上一层片料加热，覆盖在下一层片料顶部，切割出当前片料的二维轮廓；

五、依次重复步骤四，得到预设的三维物体。

2.根据权利要求1所述的热割式3D方法，其特征是：加热时，将片料加热至能够互相粘接的温度。

3.一种用于权利要求1~2任一项所述的热割式3D方法的打印机，其特征是：包括送料装置、加热装置、堆叠装置和切割装置，

所述加热装置包括一用于加热片料的装置，

堆叠装置使已加热的片料堆叠在一起；

所述的切割装置包括一沿着X、Y、Z轴移动的热切割刀（5）。

4.根据权利要求3所述的热割式3D打印机，其特征是：所述的送料装置为上下布置的送料辊筒（12），送料辊筒（12）的一侧设有加热工作台（11），送料辊筒（12）的一侧上方设有可升降的加热机构（9）；

所述的加热工作台（11）底部设有推杆（1101）和曲柄摇杆（1102）机构，以使加热工作台（11）能够从水平状态，翻转至切割工作台（4）上方；

或者所述的加热工作台（11）一侧通过连接支架（1104）与转轴（1103）连接，以使加热工作台（11）能够从水平状态，翻转至切割工作台（4）上方；

或者所述的加热工作台（11）一侧与往复运动的输送带（1106）通过铰销（1107）铰接，在靠近切割工作台（4）的位置设有弧形挡圈（1110），在弧形挡圈（1110）的下方设有顶杆机构（1108），顶杆机构（1108）的自由端设有电磁头（1109）。

5.根据权利要求4所述的热割式3D打印机，其特征是：所述的切割工作台（4）底部设有升降机构（14）。

6.根据权利要求4所述的热割式3D打印机，其特征是：切割工作台（4）的两侧设有鼓风机（3）和收集箱（2）。

7.根据权利要求3所述的热割式3D打印机，其特征是：所述的送料装置为沿着导轨（18）运行的真空吸盘机械手（17），真空吸盘机械手（17）上设有多个可升降的真空吸盘；

导轨（18）下方布置有加热机构和切割工作台（4），切割工作台（4）两侧设有轨道，切割装置安装在轨道上。

8.根据权利要求7所述的热割式3D打印机，其特征是：在导轨（18）下方还设有可升降的送料台（15），送料台（15）的一侧设有空气喷嘴（16）。

9.根据权利要求7所述的热割式3D打印机，其特征是：切割工作台（4）的底部设有升降机构（14）。

10.根据权利要求7所述的热割式3D打印机，其特征是：所述的加热机构为热风加热机构。