CN105965889A - 一种3d打印装置及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印装置及其打印方法，所述装置包括底座、打印机构、刮刀机构、曝光机构和控制机构，其中，所述底座内安装有用于盛放打印溶液的液槽，所述打印机构包括模组和滑动安装在模组上的打印平台；所述刮刀机构包括设置在液槽两侧的导轨，以及滑动安装在导轨上的刮刀；所述曝光机构包括投影仪，以及带动投影仪在液槽上方移动的移动组件，曝光时，所述投影仪曝光口直射打印平台；所述控制机构分别与打印机构、刮刀机构和曝光机构电连接，用于控制各机构的动作。本发明所述的3D打印装置及其打印方法，可打印大型3D物品，且具有打印精度高、速度快操作简单等特点。

Description

一种 3D 打印装置及其打印方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印装置及其打印方法，属于打印设备技术领域。

背景技术

3D打印装置又称三维打印机，是一种采用累积（增材）制造技术（即快速成形技术）的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。目前，3D打印装置较为常见的是采用SLA立体印刷（又称立体光刻、光造型），根据工作方式不同主要可以分为两种：1、工作平台在液面下，曝光机构位于工作平台上方；2、工作平台在液面上，曝光机构位于工作平台下方。其中，前者的具体工作过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，在一定剂量的光波照射下会在设定区域内固化，成型开始时，工作平台在液面下，聚焦后的激光在液面上按计算机的指令照射。当一层照射完成后被照射的地方就同时固化（面成型技术是整个截面同时固化），未被照射的地方仍然是液态树脂。然后升降架带动平台再下降一层高度，上面又布满一层树脂，以便进行第二层照射，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到3D物品制作完成。这种结构的3D打印装置固化时，因为固化层上表面没有任何阻挡，很容易因为固化层表面张力出现中间凸起的现象，进而影响3D物品的打印质量。

此外，目前常见的3D打印装置都是小型的，打印尺寸一般是100~600*100~600*200~450mm。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种3D打印装置及其打印方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印装置及其打印方法，可打印大型3D物品，且具有打印精度高、速度快操作简单等特点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种3D打印装置，包括底座、打印机构、刮刀机构、曝光机构和控制机构，其中，所述底座内安装有用于盛放打印溶液的液槽，所述打印机构包括模组和滑动安装在模组上的打印平台，打印平台可沿着模组在液槽内上下移动；所述刮刀机构包括设置在液槽两侧的导轨，以及滑动安装在导轨上的刮刀；所述曝光机构包括投影仪，以及带动投影仪在液槽上方移动的移动组件，曝光时，所述投影仪曝光口直射打印平台；所述控制机构分别与打印机构、刮刀机构和曝光机构电连接，用于控制各机构的动作。

作为优选，所述模组上设有一纵向丝杠，所述打印平台包括与丝扛相连的滑块，以及通过连接杆与滑块相连的打印平台本体，所述丝杠与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠转动，使打印平台沿模组上下滑动，进而使打印平台本体在液槽内上下移动。

作为优选，所述打印平台本体四周设有若干个通孔，当打印平台本体上打印的3D物品较小时，通孔的设置可以使打印溶液快速流过通孔，溢到打印平台本体上方。

作为优选，所述刮刀机构包括设置在液槽两侧的第一导轨，刮刀的两端分别通过滑块与2个第一导轨内的丝杠联动连接，通过丝杠的转动，带动刮刀在液槽口水平移动，用于消除打印平台本体上的固化层表面张力。

作为优选，所述刮刀进一步与抽气组件相连，刮刀下表边与液槽的打印溶液液面留有间距，在刮刀移动过程中，抽气组件开始抽气，可消除打印溶液表面的气泡。

作为优选，所述刮刀下表边与液槽的打印溶液液面留有0.5~10mm的间距。根据液体的表面张力不同，间距也不同。

作为优选，所述曝光机构的移动组件包括设置在底座两侧的第二导轨，滑动安装在第二导轨上的第三导轨，所述投影仪滑动安装在第三导轨上，曝光时，其曝光口直射打印平台本体，所述第二导轨、第三导轨内均设有丝杠和驱动丝杠的电机，第三导轨的两端分别通过滑块与两侧的第二导轨丝杠联动连接，投影仪通过滑动板与第三导轨内的丝杠联动连接，通过各个丝杠的转动，带动投影仪在打印平台本体上方自由移动，且可定位的任何位置进行曝光。

作为优选，所述3D打印装置还包括一补液机构，所述补液机构包括补液槽，压力组件和液位传感器，所述补液槽底部与液槽相连通，所述压力组件包括压力板，以及带动压力板在补液槽内部上下移动的驱动部，所述液位传感器安装在液槽内，用于检测液槽内的液位，当液槽内的打印溶液下降到一定高度时，驱动部带动压力板向下运动，将补液槽的打印溶液压向液槽内。

作为优选，所述压力组件的驱动部包括垂直设置在补液槽侧边的立柱，以及设置在立柱内的丝杠，所述丝杠通过滑块与压力板联动连接，通过丝杆的转动带动压力板在补液槽内上下移动。

上述3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：在液槽内注入打印溶液，此时，打印平台主体位于液面下方，投影仪位于打印平台主体外；

步骤2、通过控制机构使刮刀沿着液面平稳移动，刮去液面上的气泡，保证液面平整，同时除去打印面的杂质；

步骤3、通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印3D物品的曝光要求，投影仪通过移动组件移动到设定位置，然后投影仪开始曝光，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，投影仪回到初始位置；

步骤4、打印平台向下移动一个固化层的高度，刮刀再次沿着液面平稳移动，消除固化层表面张力，曝光机构重复步骤3的工作，进行下一层的曝光固化；

步骤5、3D打印装置重复步骤3和步骤4的工作，直至3D物品打印结束。

作为优选，上述3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：在液槽和补液槽内注入打印溶液，此时，打印平台主体位于液面下方，打印平台主体与液面留有1个固化层的间距，投影仪位于打印平台主体外；

步骤2、通过控制机构使刮刀沿着液面平稳移动，刮去液面上的气泡，保证液面平整，同时除去打印面的杂质；

步骤3、通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印3D物品的曝光要求，投影仪通过移动组件移动到设定位置，然后投影仪开始曝光，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，投影仪回到初始位置；

步骤4、打印平台向下移动一个固化层的高度，刮刀再次沿着液面平稳移动，消除固化层表面张力，曝光机构重复步骤3的工作，进行下一层的曝光固化；

步骤5、安装在液槽内的液位传感器实时监测液槽内的液面高度，当低于设定高度时，控制单元控制压力组件动作，将补液槽内的打印溶液压向液槽内，直至液槽内的液位达到设定高度；

步骤6、3D打印装置重复步骤3、4和5的工作，直至3D物品打印结束。

与现有技术相比，采用上述结构的3D打印装置及其打印方法具有如下几个优点：

1、投影仪通过移动组件可在液槽上方自由移动，实现大面积曝光，进而使本发明所述的3D打印装置可以完成大体积物品的打印；

2、采用刮刀来回移动消除固化层的表面张力、气泡和杂质，可以大幅度提高3D打印物品的精度；

3、采用导轨带动投影仪移动，可实现投影仪快速曝光，进而提高打印效率。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的3D打印装置俯视图（初始位置）；

图2为本实施例的3D打印装置立体结构图（非初始位置）；

图3为本实施例的3D打印装置打印机构立体结构图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种3D打印装置，包括底座1、打印机构2、刮刀机构3、曝光机构4、补液机构5和控制机构，其中，所述底座1内安装有用于盛放打印溶液的液槽6，所述打印机构2包括模组21和滑动安装在模组21上的打印平台22，在本实施例中，所述模组21上设有一纵向丝杠211，所述打印平台包括与丝扛211相连的滑块221，以及通过连接杆222与滑块221相连的打印平台本体223，丝杠211底部与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠211转动，使打印平台22沿模组21上下滑动，进而使打印平台本体223可以在液槽6内上下移动。所述打印平台本体223四周设有若干个通孔224，当打印平台本体223上打印的3D物品较小时，通孔的设置可以使打印溶液快速流过通孔224，溢到打印平台本体223上方。

所述刮刀机构3包括设置在液槽6两侧的第一导轨31，以及滑动安装在第一导轨31上的刮刀32；所述第一导轨31内设有丝杠和驱动丝杆转动的丝杠电机，所述刮刀32的两端分别通过滑块与2个第一导轨31内的丝杠联动连接，通过丝杠的转动，带动刮刀32在液槽口水平移动，刮刀32下表边与液槽6内的打印溶液液面留有间距，根据液体的表面张力不同，间距也不同，所述间距一般为0.5~10mm。刮刀32的移动可消除打印平台本体上的固化层表面张力。为进一步保证打印精度，所述刮刀32还与抽气组件相连，在刮刀32移动过程中，抽气组件开始抽气，可消除打印溶液表面的气泡和杂质。

所述曝光机构4包括投影仪41，以及带动投影仪41在液槽6上方移动的移动组件，在本实施例中，所述移动组件包括设置在底座1两侧的第二导轨42，滑动安装在第二导轨42上的第三导轨43，所述投影仪41滑动安装在第三导轨43上，曝光时，其曝光口直射打印平台本体223，所述第二导轨42、第三导轨43内均设有丝杠和驱动丝杠的电机，第三导轨43的两端分别通过滑块与两侧的第二导轨42丝杠联动连接，投影仪41通过滑动板44与第三导轨43内的丝杠联动连接，通过各个丝杠的转动，带动投影仪41在打印平台本体223上方自由移动，且可定位的任何位置进行曝光。

所述补液机构5包括补液槽51，压力组件52和液位传感器，所述补液槽51底部与液槽6相连通，所述压力组件52包括压力板521，以及带动压力板521在补液槽51内部上下移动的驱动部，所述驱动部包括垂直设置在补液槽51侧边的立柱522，以及设置在立柱522内的丝杠523，所述丝杠523通过滑块524与压力板521联动连接，通过丝杆523的转动带动压力板521在补液槽51内上下移动。所述液位传感器安装在液槽6内，用于检测液槽6内的液位，当液槽6内的打印溶液下降到一定高度时，驱动部带动压力板521向下运动，将补液槽51的打印溶液压向液槽6内。

所述控制机构分别与打印机构2的丝杠电机、刮刀机构3第一导轨丝杆电机、抽气组件、曝光机构4的第二导轨42、第三导轨43内的丝杆电机、投影仪41、补液机构5中的立柱丝杆电机、液位传感器等电连接，用于控制各机构的动作。控制机构可安装在底座的多个地方。

上述3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：在液槽6和补液槽51内注入打印溶液，此时，打印平台主体223位于液面下方，打印平台主体223与液面一般留有1个固化层的厚度，投影仪41位于打印平台主体223外；

步骤2、通过控制机构使刮刀32沿着液面平稳移动，刮去液面上的气泡，保证液面平整，同时除去打印面的杂质；

步骤3、通过控制机构使曝光机构4开始工作，根据待打印3D物品的曝光要求，投影仪41通过第二导轨42、第三导轨43移动到设定位置，然后投影仪开始曝光，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，投影仪41回到初始位置；

步骤4、打印平台22向下移动一个固化层的高度，刮刀32再次沿着液面平稳移动，消除固化层表面张力，曝光机构4重复步骤3的工作，进行下一层的曝光固化；

步骤5、安装在液槽6内的液位传感器实时监测液槽内的液面高度，当低于设定高度时，控制机构控制压力组件52动作，将补液槽51内的打印溶液压向液槽6内，直至液槽6内的液位达到设定高度；

步骤6、3D打印装置重复步骤3、4和5的工作，直至3D物品打印结束。

本实施例所述的3D打印装置及其打印方法采用刮刀32来回移动消除固化层的表面张力、气泡和杂质，可以大幅度提高3D打印物品的精度；投影仪41通过第二导轨42、第三导轨43可在液槽6上方自由移动，实现大面积曝光，进而使本发明所述的3D打印装置可以完成大体积物品的打印；此外，采用导轨带动投影仪41移动，可实现投影仪快速曝光，进而提高打印效率。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种3D打印装置，其特征在于：包括底座、打印机构、刮刀机构、曝光机构和控制机构，其中，所述底座内安装有用于盛放打印溶液的液槽，所述打印机构包括模组和滑动安装在模组上的打印平台，打印平台可沿着模组在液槽内上下移动；所述刮刀机构包括设置在液槽两侧的导轨，以及滑动安装在导轨上的刮刀；所述曝光机构包括投影仪，以及带动投影仪在液槽上方移动的移动组件，曝光时，所述投影仪曝光口直射打印平台；所述控制机构分别与打印机构、刮刀机构和曝光机构电连接，用于控制各机构的动作。

2.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述模组上设有一纵向丝杠，所述打印平台包括与丝扛相连的滑块，以及通过连接杆与滑块相连的打印平台本体，所述丝杠与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠转动，使打印平台沿模组上下滑动；所述刮刀机构包括设置在液槽两侧的第一导轨，刮刀的两端分别通过滑块与2个第一导轨内的丝杠联动连接，通过丝杠的转动，带动刮刀在液槽口水平移动。

3.如权利要求2所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述打印平台本体四周设有若干个通孔。

4.如权利要求2所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述刮刀进一步与抽气组件相连，刮刀下表边与液槽的打印溶液液面留有间距。

5.如权利要求4所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述刮刀下表边与液槽的打印溶液液面留有0.5~10mm的间距。

6.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述曝光机构的移动组件包括设置在底座两侧的第二导轨，滑动安装在第二导轨上的第三导轨，所述投影仪滑动安装在第三导轨上，曝光时，其曝光口直射打印平台本体，所述第二导轨、第三导轨内均设有丝杠和驱动丝杠的电机，第三导轨的两端分别通过滑块与两侧的第二导轨丝杠联动连接，投影仪通过滑动板与第三导轨内的丝杠联动连接，通过各个丝杠的转动，带动投影仪在打印平台本体上方自由移动，且可定位的任何位置进行曝光。

7.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述3D打印装置还包括一补液机构，所述补液机构包括补液槽，压力组件和液位传感器，所述补液槽底部与液槽相连通，所述压力组件包括压力板，以及带动压力板在补液槽内部上下移动的驱动部，所述液位传感器安装在液槽内，用于检测液槽内的液位，当液槽内的打印溶液下降到一定高度时，驱动部带动压力板向下运动，将补液槽的打印溶液压向液槽内。

8.如权利要求7所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述压力组件的驱动部包括垂直设置在补液槽侧边的立柱，以及设置在立柱内的丝杠，所述丝杠通过滑块与压力板联动连接，通过丝杆的转动带动压力板在补液槽内上下移动。

9.一种3D打印装置的打印方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在液槽内注入打印溶液，此时，打印平台主体位于液面下方，投影仪位于打印平台主体外；

步骤2、通过控制机构使刮刀沿着液面平稳移动，刮去液面上的气泡，保证液面平整，同时除去打印面的杂质；

步骤3、通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印3D物品的曝光要求，投影仪通过移动组件移动到设定位置，然后投影仪开始曝光，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，投影仪回到初始位置；

步骤4、打印平台向下移动一个固化层的高度，刮刀再次沿着液面平稳移动，消除固化层表面张力，曝光机构重复步骤3的工作，进行下一层的曝光固化；

步骤5、3D打印装置重复步骤3和步骤4的工作，直至3D物品打印结束。

10.如权利要求9所述的一种3D打印装置的打印方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在液槽和补液槽内注入打印溶液，此时，打印平台主体位于液面下方，打印平台主体与液面留有1个固化层的间距，投影仪位于打印平台主体外；

步骤2、通过控制机构使刮刀沿着液面平稳移动，刮去液面上的气泡，保证液面平整，同时除去打印面的杂质；

步骤3、通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印3D物品的曝光要求，投影仪通过移动组件移动到设定位置，然后投影仪开始曝光，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，投影仪回到初始位置；

步骤4、打印平台向下移动一个固化层的高度，刮刀再次沿着液面平稳移动，消除固化层表面张力，曝光机构重复步骤3的工作，进行下一层的曝光固化；

步骤5、安装在液槽内的液位传感器实时监测液槽内的液面高度，当低于设定高度时，控制单元控制压力组件动作，将补液槽内的打印溶液压向液槽内，直至液槽内的液位达到设定高度；

步骤6、3D打印装置重复步骤3、4和5的工作，直至3D物品打印结束。