CN105922586B - 3d打印机以及3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了3D打印机以及3D打印方法，该3D打印机包括：一底座；一基台，设置于底座之上；一三维移动系统，设置于底座之上，三维移动系统至少包括相互连接的三套相同的滑台组件，滑台组件包括一沿滑台组件的长度方向滑动的一滑台；以及一打印组件，打印组件包括外壳、至少一喷头和至少一激光器，三套滑台组件带动打印组件相对于基台进行三维方向上的同步移动。本发明的3D打印机以及3D打印方法将熔融沉积和激光切割相结合，提高成型尺寸精度和工件表面光洁度，弥补单一的熔融沉积技术在此方面的缺陷，大大增强3D打印模型的精确度。

Description

3D打印机以及3D打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印设备领域，尤其涉及一种熔融沉积和激光切割相结合的3D打印机以及3D打印方法。
背景技术
3D打印(3DP)是即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。
熔融沉积成型法(FDM，Fused Deposition Modeling)是一种3D打印常用的工艺。其加工过程是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。
现有的采用熔融沉积成型法的3D打印技术，其缺点在于，带动喷头的运动机构由于结构或控制等关系，会产生一定的误差；材料在挤出喷头以后由于物理特性变化而发生形变，在应用于高精度要求的打印时，模型的成型尺寸和表面精细度均难以满足相关的技术要求。
激光切割广泛用于金属或非金属加工，其加工过程是利用聚焦镜头将具有一定功率的激光束汇聚在材料表面使材料瞬间融化，当激光器与加工材料按一定的轨迹做相对运动时，就形成相应的切缝，从而实现材料切割。由于激光聚焦斑点极小，线性度好，因此激光切割具有较高的加工精度。
有鉴于此，发明人提供了一种熔融沉积和激光切割相结合的3D打印机以及3D打印方法。
发明内容
本发明的目的在于提供3D打印机以及3D打印方法，克服了现有技术的困难，将熔融沉积和激光切割相结合，提高成型尺寸精度和工件表面光洁度，弥补单一的熔融沉积技术在此方面的缺陷，大大增强3D打印模型的精确度。
根据本发明的一个方面，提供一种3D打印机，包括：
一底座；
一基台，设置于所述底座之上；
一三维移动系统，设置于所述底座之上，所述三维移动系统至少包括相互连接的三套相同的滑台组件，所述滑台组件包括一沿所述滑台组件的长度方向滑动的一滑台；以及
一打印组件，所述打印组件包括外壳、至少一喷头和至少一激光器，所述三套滑台组件带动所述打印组件相对于所述基台进行三维方向上的同步移动。
优选地，所述喷头和所述激光器位于所述打印组件的外壳的同一平面上。
优选地，所述喷头和所述激光器分别位于所述打印组件的外壳的下表面的两端。
优选地，所述喷头的喷射方向和所述激光器的发射方向相平行。
优选地，所述打印组件还包括至少一风扇，设置在所述外壳的一侧。
优选地，所述风扇的风道经过所述喷头和所述激光器。
优选地，所述滑台组件还包括一外壳、至少一导向杆、一丝杆、两侧板以及一马达；
所述外壳的两端分别设有所述侧板，两所述侧板之间设有相互平行的所述导向杆和所述丝杆，所述滑台套接在所述导向杆和所述丝杆，所述马达带动所述丝杆旋转，所述丝杆带动所述滑台沿所述导向杆滑动。
优选地，所述三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件、第二滑台组件以及第三滑台组件；
所述第一滑台组件连接所述基台，所述第一滑台组件的滑动方向平行于所述基台，所述第一滑台组件包括一第一滑台；
所述第二滑台组件连接所述第一滑台，所述第二滑台组件包括一第二滑台；
所述第三滑台组件连接所述第二滑台，所述第三滑台组件包括一第三滑台，所述打印组件连接所述第三滑台。
优选地，所述三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件、第二滑台组件以及第三滑台组件；
所述第一滑台组件连接所述基台，所述第一滑台组件的滑动方向平行于所述基台，所述第一滑台组件包括一第一滑台，所述基台连接于所述第一滑台，所述基台沿所述第一滑台的滑动方向滑动；
所述第二滑台组件连接所述基台，所述第二滑台组件包括一第二滑台；
所述第三滑台组件的第一端连接所述第二滑台，所述第三滑台组件包括一第三滑台，所述打印组件连接所述第三滑台。
优选地，还包括一第四滑台组件，连接所述基台；
所述第四滑台组件的滑动方向与所述第二滑台组件的滑动方向相平行，所述第四滑台组件包括一第四滑台，所述第三滑台组件的第二端连接所述第四滑台。
优选地，所述滑台包括两个贯通导向孔和一个贯通螺纹孔，所述贯通导向孔分别套接一所述导向杆，所述贯通螺纹孔啮合于所述丝杆。
优选地，还包括至少一直角支撑件，所述直角支撑件固定于所述底座，垂直于所述底座的所述滑台组件连接所述直角支撑件。
根据本发明的另一个方面，还提供一种3D打印方法，采用上述的3D打印机，包括以下步骤：
步骤S300、所述喷头逐层沉积3D模型的打印材料，通过所述激光器对每一层沉积的打印材料的外轮廓和/或3D模型的上表面区域进行激光切割。
优选地，所述步骤S300包括以下步骤：
步骤S302、读取3D打印数据；
步骤S303、判断所述3D打印数据是否结束，若是，则执行步骤309，若否，则执行步骤304；
步骤S304、判断所述3D打印数据是否为沉积路径数据，若是，则执行步骤305，若否，则执行步骤306；
步骤S305、沿所述沉积路径移动并且沉积3D模型的打印材料，返回步骤S302；
步骤S306、判断所述3D打印数据是否为外轮廓数据，若是，则执行步骤307，若否，则执行步骤308；
步骤S307、沿所述外轮廓进行激光切割，返回步骤S302；
步骤S308、对3D模型的上表面区域进行激光切割，返回步骤S302；以及
步骤S309、加工完成。
优选地，所述步骤S302之前还包括步骤301：对所述喷头进行预热。
优选地，所述喷头在沉积3D模型的打印材料的同时，当随同所述喷头移动的所述激光器是否经过已经沉积成型的打印材料的外轮廓中的局部轮廓时，所述激光器对所述局部轮廓进行激光切割。
优选地，对外轮廓进行激光切割时，当所述激光器经过已经被激光切割过的所述局部轮廓时，所述激光器暂时停止工作。
优选地，所述步骤S300之前还包括步骤S200：3D打印数据处理；
所述步骤S200包括以下步骤：
步骤S201、3D打印模型分层；
步骤S202、规划喷头进行每一层的3D打印的路径；
步骤S203、根据预设的切割偏移参数，提取每一层的外轮廓；
步骤S204、提取3D打印模型的上表面区域；以及
步骤S205、规划激光器进行每一层的激光切割的路径。
优选地，所述步骤S200之前还包括步骤S100：设备校准；
所述步骤S100包括以下步骤：
步骤S101、所述激光器焦距校准；以及
步骤S102、所述喷头与所述激光器的偏移校准。
由于采用了以上技术，本发明的3D打印机以及3D打印方法将熔融沉积和激光切割相结合，能够在沉积的每一层外轮廓上，采用激光切割技术辅助切割掉超出精度范围的多余材料，从而提高成型尺寸精度和工件表面光洁度，弥补单一的熔融沉积技术在此方面的缺陷，大大增强3D打印模型的精确度。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
图1为本发明的第一种3D打印机的主视图；
图2为本发明的第一种3D打印机的俯视图；
图3为本发明的第一种3D打印机的一种视角的立体图；
图4为本发明的第一种3D打印机的另一种视角的立体图；
图5为本发明的第一种3D打印机的打印组件的主视图；
图6为本发明的第一种3D打印机的打印组件的仰视图；
图7为本发明的第一种3D打印机的打印组件的侧视图；
图8为本发明的第一种3D打印机的打印组件的一种视角的立体图；
图9为本发明的第一种3D打印机的打印组件的另一种视角的立体图；
图10为本发明的一种3D打印方法的流程图；
图11为本发明的一种3D打印方法中步骤S100的流程图；
图12为本发明的一种3D打印方法中步骤S200的流程图；
图13为本发明的一种3D打印方法中步骤S300的流程图；
图14A和14B为本发明的一种3D打印方法的第一种实施方式示意图；
图15至18为本发明的一种3D打印方法的第二种实施方式示意图；
图19为本发明的第二种3D打印机的主视图；
图20为本发明的第二种3D打印机的侧视图；
图21为本发明的第二种3D打印机的立体图；
图22为本发明的第二种3D打印机中的第一滑台组件的立体图；
图23为本发明的第二种3D打印机中的第一滑台组件的分解图；
图24为本发明的第二种3D打印机中的第二滑台组件的立体图；
图25为本发明的第二种3D打印机中的第二滑台组件的分解图；
图26为本发明的第二种3D打印机中的第三滑台组件的立体图；
图27为本发明的第二种3D打印机中的第三滑台组件的分解图；
图28为本发明的第二种3D打印机中的第四滑台组件的立体图；
图29为本发明的第二种3D打印机中的第四滑台组件的分解图；
图30为本发明的第三种3D打印机的立体图；以及
图31为本发明的第四种3D打印机的立体图。
附图标记
10 底座
20 基台
30 打印组件
31 喷头
32 激光器
33 外壳
34 进料口
35 连接板
36 风扇
40 第一滑台组件
41 第一滑台
42 第一基座
43 第一梯型丝杆
44 第一导向杆
45 第一侧板
46 第一贯通导向孔
47 第一马达
48 第一贯通螺纹孔
50 第二滑台组件
51 第二滑台
52 第二基座
53 第二梯型丝杆
54 第二导向杆
55 第二侧板
56 第二贯通导向孔
57 第二马达
58 第二贯通螺纹孔
60 第三滑台组件
61 第三滑台
62 第三基座
63 第三梯型丝杆
64 第三导向杆
65 第三侧板
66 第三贯通导向孔
67 第三马达
68 第三贯通螺纹孔
70 第四滑台组件
71 第四滑台
72 第四基座
73 第四梯型丝杆
74 第四导向杆
75 第四侧板
76 第四贯通导向孔
77 第四马达
78 第四贯通螺纹孔
80 直角支撑件
90 连接横板
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的结构和部件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
第一实施例
图1为本发明的第一种3D打印机的主视图。图2为本发明的第一种3D打印机的俯视图。图3为本发明的第一种3D打印机的一种视角的立体图。图4为本发明的第一种3D打印机的另一种视角的立体图。如图1至4所示，本发明的第一种3D打印机，包括：一底座10、一基台20、一三维移动系统、一打印组件30、至少一直角支撑件80以及一连接横板90。基台20连接在底座10之上。
本发明中的三维移动系统中的滑台组件的结构和尺寸均相同，但不以此为限。三维移动系统连接在底座10之上，三维移动系统至少包括相互连接的三套相同的滑台组件，滑台组件包括一沿滑台组件的长度方向滑动的一滑台。直角支撑件80固定于底座10，垂直于底座10的滑台组件连接直角支撑件80，有效防止垂直于底座10的滑台组件在打印过程中晃动。三套滑台组件带动打印组件30相对于基台20进行三维方向上的移动。三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件40、第二滑台组件50、第三滑台组件60以及第四滑台组件70(本实施例中的第二滑台组件50与第四滑台组件70相互平行)。
连接横板90的两端分别连接第二滑台组件50与第四滑台组件70的上部，增强第二滑台组件50与第四滑台组件70之间的稳定性，防止3D打印时，3D打印机发生摇晃而降低打印精确度。并且连接横板90中设有本发明的控制模块，控制模块连接三维移动系统和打印组件30，实现加工数据的读取和执行，加工过程的控制，FDM成型和激光切割过程的切换等功能。
图5为本发明的第一种3D打印机的打印组件的主视图。图6为本发明的第一种3D打印机的打印组件的仰视图。图7为本发明的第一种3D打印机的打印组件的侧视图。图8为本发明的第一种3D打印机的打印组件的一种视角的立体图。图9为本发明的第一种3D打印机的打印组件的另一种视角的立体图。如图5至9所示，本发明中的打印组件30包括喷头31、激光器32、外壳33、进料口34、连接板35以及风扇36，喷头31和激光器32位于打印组件30的外壳33的同一平面上。在其他的变化例中，打印组件30也可以包括多个喷头31和多个激光器32，不以此为限。三套滑台组件带动打印组件相对于基台进行三维方向上的同步移动，也就是说，喷头31和激光器32受到滑台组件的带动，相对于基台进行三维方向上的同步移动，进行沉积3D打印材料和/或激光切割。
本发明中的喷头31为FDM喷头，该FDM喷头作为材料的挤出机构，材料可由任意给进机构送至喷头后挤出，包括近端或远端送料，直接或间接传动等FDM常用送料方式。本发明中激光器32为材料的切割机构，可以整体或部件方式安装于FDM喷头附近，通过调校镜头，可将激光的聚焦平面汇聚于FDM打印平面上，从而对当前打印层面进行切割。
喷头31和激光器32分别位于打印组件30的外壳33的下表面的两端，但不以此为限。喷头31的喷射方向和激光器32的发射方向相平行。进料口34设置在外壳33上。外壳33通过连接板35与滑台组件螺接。风扇36设置在外壳的一侧。在一个优选的实施例中，风扇36的风道经过喷头31和激光器32，由于喷头31和激光器32在工作时都会产生大量热量，风扇36能够对打印组件30进行降温。
图10为本发明的一种3D打印方法的流程图。如图10所示，本发明的3D打印方法主要包括以下步骤：
步骤S100：设备校准。
步骤S200：3D打印数据处理。
步骤S300、喷头逐层沉积3D模型的打印材料，通过激光器对每一层沉积的打印材料的外轮廓和/或3D模型的上表面区域进行激光切割。
以下通过图11至13具体说明每个步骤的详细流程。
图11为本发明的一种3D打印方法中步骤S100的流程图。如图11所示，步骤S100包括以下步骤：
步骤S101、激光器焦距校准。激光焦距校准，是确保激光聚焦点与喷嘴处于同一平面，从而精确实现单层切割，提高纵向加工精度。
步骤S102、喷头与激光器的偏移校准。喷头与激光器的双头偏移校准，是测定FDM喷嘴与激光照射点的水平偏移距离，从而精确实现轮廓切割，提高横向加工精度。
图12为本发明的一种3D打印方法中步骤S200的流程图。如图12所示，步骤S200包括以下步骤：
步骤S201、3D打印模型分层。模型分层，是FDM技术的常规处理过程，以一定的层厚将三维模型分割成多个单层打印平面。
步骤S202、规划喷头进行每一层的3D打印的路径。FDM打印路径规划，是规划FDM喷头在单层打印平面上的行走轨迹。
步骤S203、根据预设的切割偏移参数，提取每一层的外轮廓。单层外轮廓提取，是将单层打印平面的外轮廓路径提取出来，并根据设定的切割偏移参数，生成激光切割的模型外轮廓。
步骤S204、提取3D打印模型的上表面区域。上表面区域提取，是将整个模型的上表面区域及其所在层面提取出来，以便于对模型上表面进行激光切割，以达到较好的上表面精度。
步骤S205、规划激光器进行每一层的激光切割的路径激光切割路径规划，是基于上述提取的单层外轮廓和上表面区域，生成激光器的切割行走轨迹。
步骤S300中，主要将数据处理阶段生成的加工数据输入到控制模块中，由控制模块控制执行结构进行加工，依次逐层进行“单层FDM打印-外轮廓或上表面激光切割”的循环过程，直至工件加工完成，产生具有高尺寸精度和表面光洁度的工件。
图13为本发明的一种3D打印方法中步骤S300的流程图。如图13所示，步骤S300包括以下步骤：
步骤301：对喷头进行预热。
步骤S302、读取3D打印数据；
步骤S303、判断3D打印数据是否结束，若是，则执行步骤309，若否，则执行步骤304；
步骤S304、判断3D打印数据是否为沉积路径数据，若是，则执行步骤305，若否，则执行步骤306；
步骤S305、沿沉积路径移动并且沉积3D模型的打印材料，返回步骤S302；
步骤S306、判断3D打印数据是否为外轮廓数据，若是，则执行步骤307，若否，则执行步骤308；
步骤S307、沿外轮廓进行激光切割，返回步骤S302；
步骤S308、对3D模型的上表面区域进行激光切割，返回步骤S302；以及
步骤S309、加工完成。
以下结合图14A和14B，进一步解释图13中步骤300的具体操作方式。图14A和14B为本发明的一种3D打印方法的第一种实施方式示意图。
如图14A所示，3D打印模型可以分为6层，从低到高以此堆叠的第一层81、第二层82、第三层83、第四层84、第五层85以及第六层86。以第四层84为例，第四层84的外轮廓为A。所以在喷头31完成了沉积第四层84之后，激光器32会沿着第四层84的外轮廓A进行切割(例如：打印组件从30A沿着外轮廓为A移动到30B)，切割掉超出精度范围(外轮廓A之外)的多余材料，从而提高第四层84的外轮廓的尺寸精度和工件表面光洁度。
如图14B所示，第六层86作为最高的一层，第六层86的上表面区域B被提取。喷头31完成了沉积第六层86之后，激光器32会沿着第六层86的外轮廓进行切割，切割掉超出精度范围的多余材料，然后对第六层86的上表面区域B进行激光切割，以达到较好的上表面精度。在另一个变化例中，喷头31完成了沉积第六层86之后，激光器32也可以先对上表面区域B进行激光切割，然后再沿着第六层86的外轮廓进行切割，切割掉超出精度范围的多余材料，此处不再赘述。
由于本发明中喷头31和激光器32能够相对于基台进行三维方向上的同步移动，所以喷头31和激光器32也能够在同步移动的同时两个分别进行各自的工作。例如：喷头在沉积3D模型的打印材料的同时，当随同喷头移动的激光器是否经过已经沉积成型的打印材料的外轮廓中的局部轮廓时，激光器对局部轮廓进行激光切割。
图15至18为本发明的一种3D打印方法的第二种实施方式示意图。
如图15所示，其中C为当前层的外轮廓，D为喷头31的路径。
如图16所示，由于喷头31再沿着路径D移动的时候，激光器32有可能会经过当前层的整体外轮廓C，如果这部分的整体外轮廓C附近的3D打印材料已经完成沉积等待切割，如图16中等待切割的局部外轮廓E，则喷头31和激光器32会具备同时工作的机会。虽然打印组件30是在沿着沉积材料的路径D移动的，但是只要激光器32的下方经过整体外轮廓C，并且这部分的整体外轮廓C附近的3D打印材料已经完成沉积等待切割，激光器32就可以直接对等待切割的局部外轮廓E进行激光切割。
如图17所示，在完成当前层3D打印材料沉积的过程中，可能会产生多段的激光器32完成了切割的局部外轮廓E(在图16的沉积过程中被激光器32先后切割)，则这些局部外轮廓E之间的外轮廓F依旧是等待切割的外轮廓。在当前层3D打印材料沉积完成之后，可以沿着整体外轮廓C对仍然没有被切割的外轮廓F进行切割，遇到局部外轮廓E(已经被切割了)时，激光器32暂时停止工作，直到再次遇到有被切割的外轮廓F激光器32再次启动，执行对外轮廓F的切割工作，以保证整体外轮廓C完全被切割。
图15至18中的第二种实施方式相比图14A、14B的第一种实施方式，更注重时效性，在3D打印模型相同的前提下，第二种实施方式由于能够沉积和部分切割工作同时进行，能够明显缩短整体打印的时间。并且，由于激光器32持续使用会释放大量热，不利于设备和打印材料的稳定的，所以，第二种实施方式能够使激光器32将原本持续沿整体外轮廓C一次切割的大段时间，改变为相对间歇性，多次切割工作，能够有效避免激光器32会产生的缺点，延长3D打印机的使用寿命。
第二实施例
图19为本发明的第二种3D打印机的主视图。图20为本发明的第二种3D打印机的侧视图。图21为本发明的第二种3D打印机的立体图。如图19至21所示，本发明的第二种3D打印机，包括：一底座10、一基台20、一三维移动系统、一打印组件30以及至少一直角支撑件80。基台20连接在底座10之上。本发明中的打印组件30是3D打印出料系统；或者激光雕刻机的激光器；或者3D打印出料系统与激光雕刻机的激光器的组合。本发明中的三维移动系统中的滑台组件的结构和尺寸均相同。三维移动系统连接在底座10之上，三维移动系统至少包括相互连接的三套相同的滑台组件，滑台组件包括一沿滑台组件的长度方向滑动的一滑台。直角支撑件80固定于底座10，垂直于底座10的滑台组件连接直角支撑件80，有效防止垂直于底座10的滑台组件在打印过程中晃动。三套滑台组件带动打印组件30相对于基台20进行三维方向上的移动。三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件40、第二滑台组件50、第三滑台组件60以及第四滑台组件70(本实施例中的第二滑台组件50与第四滑台组件70相互平行)。
与第一实施例相同地，第二实施例中的打印组件30包括喷头31、激光器32、外壳33、进料口34、连接板35以及风扇36，喷头31和激光器32位于打印组件30的外壳33的同一平面上。在其他的变化例中，打印组件30也可以包括多个喷头31和多个激光器32，不以此为限。三套滑台组件带动打印组件相对于基台进行三维方向上的同步移动，也就是说，喷头31和激光器32受到滑台组件的带动，相对于基台进行三维方向上的同步移动，进行沉积3D打印材料和/或激光切割。喷头31和激光器32分别位于打印组件30的外壳33的下表面的两端，但不以此为限。喷头31的喷射方向和激光器32的发射方向相平行。进料口34设置在外壳33上。外壳33通过连接板35与滑台组件螺接。风扇36设置在外壳的一侧。在一个优选的实施例中，风扇36的风道经过喷头31和激光器32，由于喷头31和激光器32在工作时都会产生大量热量，风扇36能够对打印组件30进行降温。
图22为本发明的第二种3D打印机中的第一滑台组件的立体图。图23为本发明的第二种3D打印机中的第一滑台组件的分解图。如图22和23所示，本发明中的第一滑台组件40连接基台20，第一滑台组件40的滑动方向平行于基台20，第一滑台组件40包括一第一滑台41、一第一基座42、两根第一导向杆44、一第一丝杆43、两个第一侧板45以及一第一马达47。基台20连接于第一滑台41，基台20沿第一滑台41的滑动方向滑动。第一基座42的两端分别设有侧板，两个第一侧板45之间设有相互平行的两根第一导向杆44和一第一丝杆43，第一滑台41套接在两根第一导向杆44和一第一丝杆43上，第一马达47带动第一丝杆43旋转，第一丝杆43带动第一滑台41沿第一导向杆44的长度方向滑动。第一滑台41包括两个第一贯通导向孔48和一个第一贯通螺纹孔46，第一贯通导向孔48分别套接一第一导向杆44，第一贯通螺纹孔46啮合于第一丝杆43。第一丝杆43和第一马达47分别位于一第一侧板45的两侧。第一丝杆43是梯型丝杆。
图24为本发明的第二种3D打印机中的第二滑台组件的立体图。图25为本发明的第二种3D打印机中的第二滑台组件的分解图。如图24和25所示，本发明中的第二滑台组件50连接基台20。第二滑台组件50包括一第二滑台51、一第二基座52、两根第二导向杆54、一第二丝杆53、两个第二侧板55以及一第二马达57。第二基座52的两端分别设有侧板，两个第二侧板55之间设有相互平行的两根第二导向杆54和一第二丝杆53，第二滑台51套接在两根第二导向杆54和一第二丝杆53上，第二马达57带动第二丝杆53旋转，第二丝杆53带动第二滑台51沿第二导向杆54的长度方向滑动。第二滑台51包括两个第二贯通导向孔58和一个第二贯通螺纹孔56，第二贯通导向孔58分别套接一第二导向杆54，第二贯通螺纹孔56啮合于第二丝杆53。第二丝杆53和第二马达57分别位于一第二侧板55的两侧。第二丝杆53是梯型丝杆。
图26为本发明的第二种3D打印机中的第三滑台组件的立体图。图27为本发明的第二种3D打印机中的第三滑台组件的分解图。如图26和27所示，本发明中的第三滑台组件60的第一端连接第二滑台51。第三滑台组件60包括一第三滑台61、一第三基座62、两根第三导向杆64、一第三丝杆63、两个第三侧板65以及一第三马达67。打印组件30连接第三滑台61，打印组件30随第三滑台61滑动。第三基座62的两端分别设有侧板，两个第三侧板65之间设有相互平行的两根第三导向杆64和一第三丝杆63，第三滑台61套接在两根第三导向杆64和一第三丝杆63上，第三马达67带动第三丝杆63旋转，第三丝杆63带动第三滑台61沿第三导向杆64的长度方向滑动。第三滑台61包括两个第三贯通导向孔68和一个第三贯通螺纹孔66，第三贯通导向孔68分别套接一第三导向杆64，第三贯通螺纹孔66啮合于第三丝杆63。第三丝杆63和第三马达67分别位于一第三侧板65的两侧。第三丝杆63是梯型丝杆。
图28为本发明的第二种3D打印机中的第四滑台组件的立体图。图29为本发明的第二种3D打印机中的第四滑台组件的分解图。如图28和29所示，本发明中的第四滑台组件70连接基台20。第四滑台组件70的滑动方向与第二滑台组件50的滑动方向相平行。第四滑台组件70包括一第四滑台71、一第四基座72、两根第四导向杆74、一第四丝杆73、两个第四侧板75以及一第四马达77。第三滑台组件60的第二端连接第四滑台71。第四基座72的两端分别设有侧板，两个第四侧板75之间设有相互平行的两根第四导向杆74和一第四丝杆73，第四滑台71套接在两根第四导向杆74和一第四丝杆73上，第四马达77带动第四丝杆73旋转，第四丝杆73带动第四滑台71沿第四导向杆74的长度方向滑动。第四滑台71包括两个第四贯通导向孔78和一个第四贯通螺纹孔76，第四贯通导向孔78分别套接一第四导向杆74，第四贯通螺纹孔76啮合于第四丝杆73。第四丝杆73和第四马达77分别位于一第四侧板75的两侧。第四丝杆73是梯型丝杆。第三滑台61上的打印组件30可以同时沿着第二滑台组件50和第四滑台组件70，平稳垂直地上下移动。
本发明中的第一滑台41、第二滑台51、第三滑台61以及第四滑台71的结构与尺寸均相同：
第一基座42、第二基座52、第三基座62以及第四基座72的结构与尺寸均相同。
第一丝杆43、第二丝杆53、第三丝杆63以及第四丝杆73的结构与尺寸均相同。
第一导向杆44、第二导向杆54、第三导向杆64以及第四导向杆74的结构与尺寸均相同。
第一侧板45、第二侧板55、第三侧板65、第四侧板75的结构与尺寸均相同。
第一马达47、第二马达57、第三马达67、第四马达77的型号、结构与尺寸均相同。
所以，本发明中的不同滑台组件(第一滑台组件40、第二滑台组件50、第三滑台组件60以及第四滑台组件70)的各组件的尺寸都相同，可以替换使用；并且在安装的时候也可以任意互换，大大降低了3D打印机安装的难度。
本发明的第二种3D打印机同样可以实施本发明的3D打印方法，此处不再赘述。
第三实施例
图30为本发明的第三种3D打印机的立体图。如图30所示，本发明的第三种3D打印机，包括：一底座10、一基台20、一三维移动系统、一打印组件30以及至少一直角支撑件80。基台20连接在底座10之上。本发明中的打印组件30是3D打印出料系统；或者激光雕刻机的激光器；或者3D打印出料系统与激光雕刻机的激光器的组合。本发明中的三维移动系统中的滑台组件的结构和尺寸均相同。三维移动系统连接在底座10之上，三维移动系统包括相互连接的三套相同的滑台组件，滑台组件包括一沿滑台组件的长度方向滑动的一滑台。本发明的第二种3D打印机中三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件40、第二滑台组件50以及第三滑台组件60。第一滑台组件40连接基台20，第一滑台组件40的滑动方向平行于基台20，第一滑台组件40包括一第一滑台41，基台20连接于第一滑台41，基台20沿第一滑台41的滑动方向滑动。第二滑台组件50连接基台20，第二滑台组件50包括一第二滑台。第三滑台组件60的第一端连接第二滑台，第三滑台组件60包括一第三滑台，打印组件30连接第三滑台。
第三实施例中的打印组件30与第一实施例/第二实施例中打印组件30结构和功能相同，此处不再赘述。
第三实施例是第二实施例的一种简化形式，仅仅通过三套滑台组件带动打印组件30相对于基台20进行三维方向上的移动。其他技术特征与第一实施例相同，此处不再赘述。
本发明的第三种3D打印机同样可以实施本发明的3D打印方法，此处不再赘述。
第四实施例
图31为本发明的第四种3D打印机的立体图。如图31所示，本发明的第四种3D打印机，包括：一底座10、一基台20、一三维移动系统、一打印组件30以及至少一直角支撑件80。基台20连接在底座10之上。本发明中的打印组件30是3D打印出料系统；或者激光雕刻机的激光器；或者3D打印出料系统与激光雕刻机的激光器的组合。本发明中的三维移动系统中的滑台组件的结构和尺寸均相同。三维移动系统连接在底座10之上，三维移动系统包括相互连接的三套相同的滑台组件，滑台组件包括一沿滑台组件的长度方向滑动的一滑台。本发明的第三种3D打印机中三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件40、第二滑台组件50以及第三滑台组件60。第一滑台组件40连接基台20，第一滑台组件40的滑动方向平行于基台20，第一滑台组件40包括一第一滑台41。第二滑台组件50连接第一滑台41，第二滑台组件50包括一第二滑台。第三滑台组件60连接第二滑台，第三滑台组件60包括一第三滑台，打印组件30连接第三滑台。
第四实施例中的打印组件30与第一实施例/第二实施例中打印组件30结构和功能相同，此处不再赘述。
第四实施例是第三实施例的一种变形形式，在保持基台20不动的情况下，同样通过三套滑台组件带动打印组件30相对于基台20进行三维方向上的移动。其他技术特征与第一实施例相同，此处不再赘述。
本发明的第四种3D打印机同样可以实施本发明的3D打印方法，此处不再赘述。
综上可知，本发明的3D打印机以及3D打印方法将熔融沉积和激光切割相结合，能够在沉积的每一层外轮廓上，采用激光切割技术辅助切割掉超出精度范围的多余材料，从而提高成型尺寸精度和工件表面光洁度，弥补单一的熔融沉积技术在此方面的缺陷，大大增强3D打印模型的精确度。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种3D打印机，其特征在于，包括：
一底座；
一基台，设置于所述底座之上；
一三维移动系统，设置于所述底座之上，所述三维移动系统至少包括相互连接的三套相同的滑台组件，所述滑台组件包括一沿所述滑台组件的长度方向滑动的一滑台；以及
一打印组件，所述打印组件包括外壳、至少一喷头和至少一激光器，所述三套滑台组件带动所述打印组件相对于所述基台进行三维方向上的同步移动；
所述喷头在沉积3D模型的打印材料的同时，当随同所述喷头移动的所述激光器经过已经沉积成型的打印材料的外轮廓中的局部轮廓时，所述激光器对所述局部轮廓进行激光切割；
后续对外轮廓进行激光切割时，当所述激光器经过已经被激光切割过的所述局部轮廓时，所述激光器暂时停止工作。
2.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述喷头和所述激光器位于所述打印组件的外壳的同一平面上。
3.如权利要求2所述的3D打印机，其特征在于：所述喷头和所述激光器分别位于所述打印组件的外壳的下表面的两端。
4.如权利要求3所述的3D打印机，其特征在于：所述喷头的喷射方向和所述激光器的发射方向相平行。
5.如权利要求3所述的3D打印机，其特征在于：所述打印组件还包括至少一风扇，设置在所述外壳的一侧。
6.如权利要求5所述的3D打印机，其特征在于：所述风扇的风道经过所述喷头和所述激光器。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的3D打印机，其特征在于：所述滑台组件还包括一外壳、至少一导向杆、一丝杆、两侧板以及一马达；
所述外壳的两端分别设有所述侧板，两所述侧板之间设有相互平行的所述导向杆和所述丝杆，所述滑台套接在所述导向杆和所述丝杆，所述马达带动所述丝杆旋转，所述丝杆带动所述滑台沿所述导向杆滑动。
8.如权利要求7所述的3D打印机，其特征在于：所述三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件、第二滑台组件以及第三滑台组件；
所述第一滑台组件连接所述基台，所述第一滑台组件的滑动方向平行于所述基台，所述第一滑台组件包括一第一滑台；
所述第二滑台组件连接所述第一滑台，所述第二滑台组件包括一第二滑台；
所述第三滑台组件连接所述第二滑台，所述第三滑台组件包括一第三滑台，所述打印组件连接所述第三滑台。
9.如权利要求7所述的3D打印机，其特征在于：所述三维移动系统包括滑动方向相互垂直的第一滑台组件、第二滑台组件以及第三滑台组件；
所述第一滑台组件连接所述基台，所述第一滑台组件的滑动方向平行于所述基台，所述第一滑台组件包括一第一滑台，所述基台连接于所述第一滑台，所述基台沿所述第一滑台的滑动方向滑动；
所述第二滑台组件连接所述基台，所述第二滑台组件包括一第二滑台；
所述第三滑台组件的第一端连接所述第二滑台，所述第三滑台组件包括一第三滑台，所述打印组件连接所述第三滑台。
10.如权利要求9所述的3D打印机，其特征在于：还包括一第四滑台组件，连接所述基台；
所述第四滑台组件的滑动方向与所述第二滑台组件的滑动方向相平行，所述第四滑台组件包括一第四滑台，所述第三滑台组件的第二端连接所述第四滑台。
11.如权利要求7所述的3D打印机，其特征在于：所述滑台包括两个贯通导向孔和一个贯通螺纹孔，所述贯通导向孔分别套接一所述导向杆，所述贯通螺纹孔啮合于所述丝杆。
12.如权利要求7所述的3D打印机，其特征在于：还包括至少一直角支撑件，所述直角支撑件固定于所述底座，垂直于所述底座的所述滑台组件连接所述直角支撑件。
13.一种3D打印方法，其特征在于：采用如权利要求1至12中任意一项所述的3D打印机，包括以下步骤：
步骤S300、所述喷头逐层沉积3D模型的打印材料，通过所述激光器对每一层沉积的打印材料的外轮廓和/或3D模型的上表面区域进行激光切割；
所述喷头在沉积3D模型的打印材料的同时，当随同所述喷头移动的所述激光器经过已经沉积成型的打印材料的外轮廓中的局部轮廓时，所述激光器对所述局部轮廓进行激光切割；
后续对外轮廓进行激光切割时，当所述激光器经过已经被激光切割过的所述局部轮廓时，所述激光器暂时停止工作。
14.如权利要求13所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S300包括以下步骤：
步骤S302、读取3D打印数据；
步骤S303、判断所述3D打印数据是否结束，若是，则执行步骤309，若否，则执行步骤304；
步骤S304、判断所述3D打印数据是否为沉积路径数据，若是，则执行步骤305，若否，则执行步骤306；
步骤S305、沿所述沉积路径移动并且沉积3D模型的打印材料，返回步骤S302；
步骤S306、判断所述3D打印数据是否为外轮廓数据，若是，则执行步骤307，若否，则执行步骤308；
步骤S307、沿所述外轮廓进行激光切割，返回步骤S302；
步骤S308、对3D模型的上表面区域进行激光切割，返回步骤S302；以及
步骤S309、加工完成。
15.如权利要求14所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S302之前还包括步骤301：对所述喷头进行预热。
16.如权利要求13至15中任意一项所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S300之前还包括步骤S200：3D打印数据处理；
所述步骤S200包括以下步骤：
步骤S201、3D打印模型分层；
步骤S202、规划喷头进行每一层的3D打印的路径；
步骤S203、根据预设的切割偏移参数，提取每一层的外轮廓；
步骤S204、提取3D打印模型的上表面区域；以及
步骤S205、规划激光器进行每一层的激光切割的路径。
17.如权利要求16所述的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S200之前还包括步骤S100：设备校准；
所述步骤S100包括以下步骤：
步骤S101、所述激光器焦距校准；以及
步骤S102、所述喷头与所述激光器的偏移校准。
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