CN105992689B - 双级3d打印机 - Google Patents

Abstract

一台双级3D打印机包括：一个框架；一个带喷嘴的挤出装置，喷嘴用于挤出原材料；一个位于挤出装置下方的堆垒基板装置，堆垒基板装置接收原材料以逐层打印物体；一个位于挤出装置和堆垒基板装置之间的切割装置，切割装置用于碾碎或切割在堆垒基板装置上打印的物体，其中框架与堆垒基板装置、挤出装置和切割装置的外部相连，堆垒基板装置和切割装置沿着框架垂直移动，喷嘴在平面上移动。

Description

双级3D打印机

本申请要求以下韩国专利申请的权利：韩国专利申请号10-2015-0008761，2015年1月19日提交至韩国知识产权办公室，韩国专利申请号10-2015-0020296，2015年2月10日提交至韩国知识产权办公室，韩国专利申请号10-2015-0054503，2015年4月17日提交至韩国知识产权办公室，专利申请全部公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

一个以上与双级3D打印机相关的示范性实施例，更具体地说，一台双级3D打印机包括一台挤出装置、一个堆垒基板装置和一台位于堆垒基板装置上方的切割装置，其中，挤出装置和切割装置的间距、切割装置和堆垒基板装置的间距是可变的，这样可以在逐层打印的同时进行切割或碾碎操作。

背景技术

近来，3D打印机被广泛应用于各种不同的领域，很多应用领域都考虑使用3D打印机。过去一两年中，3D打印机在韩国非常流行，韩国很多商店都有出售，如网店等。在其他国家，3D打印机的连锁反应和广泛关注度使其被认为是新工业革命打印机。

虽然3D打印机的技术发展迅速，但是想要精确地使用3D打印机将物体打印成所要求的形状仍有困难。而且3D打印机的打印速度相当慢。由于3D打印机使用原材料逐层打印，所打印的物体的层级间通常会形成阶梯状的部分，结果就需要进行额外的切割或碾碎操作以移除这些阶梯状的部分。

因此，原材料被逐层打印成物体后，一般需要单独进行切割操作，这样就会产生额外的时间和成本。因此，我们需要3D打印机在逐层打印物体的同时能够进行切割操作。

[相关技术文档]

[专利文档]韩国专利申请公开发表编号：10-2014-0036285

发明内容

一个以上示范性实施例包括一台双级3D打印机，该双级3D打印机包括一台挤出装置、一个堆垒基板装置和一台位于堆垒基板装置上方的切割装置，其中，挤出装置和切割装置的间距、切割装置和堆垒基板装置的间距是可变的，这样可以在逐层打印的同时进行切割或碾碎操作。

其他方面一部分将在下列描述中作详尽地解释，一部分在描述中显而易见，或通过运用所展示的实施例得以体现。

根据一个以上示范性实施例，一台双级3D打印机包括：一台用于挤出原材料的挤出装置；一个位于挤出装置下方、用于接收原材料的堆垒基板装置，这样物体在堆垒基板装置上逐层打印，挤出装置和堆垒基板装置之间为一台切割装置，用于碾碎或切割在堆垒基板装置上打印的物体，挤出装置和切割装置的间距、切割装置和堆垒基板装置的间距均可变动。

该3D打印机还包括一个框架，该框架位于挤出装置、切割装置和堆垒基板装置之外，并且可以垂直伸展，用于连接挤出装置、切割和装置和堆垒基板装置中的一个或多个，这样挤出装置、切割装置和堆垒基板装置可沿着框架垂直移动。

该框架包括多个垂直伸展的主导梁，多个主导梁内侧各自形成主导轨，主导向件位于挤出装置、切割装置和堆垒基板装置中的一个或多个的外部，分别连接主导轨，这样挤出装置、切割装置和堆垒基板装置可沿着主导轨垂直移动。

该框架还包括：一个外框，外框含多个排列成圆形的外导梁；一个可旋转框架，可旋转框架包括一个以上可旋转导梁，其中可旋转导梁排列在外导梁形成的圆圈内部，这样切割装置连接可旋转框架内部并且可旋转导梁可以垂直伸展，这样，切割装置可沿着可旋转导梁垂直移动，可旋转框架在外框内绕着外部导梁形成的圆圈中心旋转，因此切割装置可移动。

可旋转框架还包括一个环形连接件，环形连接件连接可旋转导梁较低的部位并且与外部导梁形成的圆圈同轴，外框包括一个圆柱形连接件，圆柱形连接件连接外部导梁较低的部位并且插入环形连接件中，环形连接件在圆柱形连接件上旋转以带动可旋转框架旋转。

堆垒基板装置包括一个高度调整装置，该装置位于堆垒基板装置下方的圆柱形连接件上，用于调整堆垒基板装置的高度。

堆垒基板装置包括：一个具有一定面积的第一钻模；一个位于第一钻模上方的基床，基床用于接收从挤出装置挤出的原材料，其中基床上可形成多个支撑孔。

该基床包括第一到第三块具有一定面积的、依次被堆垒的造板，第一到第三造板分别包括第一到第三支撑孔，这样第一到第三造板可各自与第一到第三支撑孔垂直对齐或错位以平行移动。

该3D打印机还包括一个位于第一钻模较低部位的高度调整装置，该装置用于垂直移动第一钻模。

该高度调整装置垂直长度是可变的，这样可以垂直移动第一钻模和基床。

第一主导向件可位于第一钻模的外部，连接主导轨，第一个钻模可沿着主导轨垂直移动。

挤出装置包括：一个与框架相连的第二钻模，以及第二钻模所包含的空间；一个位于第二钻模内的挤出机，其中第二钻模包括一个位于其空间内的第一导梁，第一导梁至少可朝一个方向伸展，挤出机包括一个第二导梁，第二导梁与第一导梁相连且垂直于第一导梁伸展，第二导梁沿着第一导梁以第一导梁伸展的方向移动，同时，将一个喷嘴连接于第二导梁，喷嘴沿着第二导梁以第二导梁伸展的方向移动。

第二钻模还包括第三主导向件，第三主导向件与主导轨相连，这样第二钻模可沿着主导轨移动。

切割装置包括：一个包括第二主导向件的第三钻模，以及第三钻模所包含的空间，第二主导向件位于第三钻模的外部，与主导轨相连，这样第三钻模可沿着主导轨垂直移动；一个位于第三钻模内的切割机；一个连接第三钻模和切割装置的连接装置，其中连接包装置包括一条以上支柱，支柱的结构是可变的，这样切割机可在第三钻模内移动。

第三钻模还包括一条沿着其内圆形成的内导轨，连接装置还包括一个内导向件，内导向件与内导轨相连并且沿着内导轨移动，一条以上支柱与内导向件相连，同时，切割机随着内导向件的移动在第三钻模内移动。

第三钻模的形状为具有预定曲率半径的环形，这样环形内的空间是圆形的，沿着第三钻模的内圆形成具有预定曲率半径的内导轨，内导向件的曲率半径与内导轨的曲率半径相同，这样内导向件可沿着内导轨移动。

每条支柱包括一个单链环或多个串联链环，单链环或多个串联链环可伸展到预定的长度以连接内导向件和切割机，多链环末端相互连接并在第三钻模内的平面上旋转，这样切割机可以在平面上移动。

可以准备三条支柱，将三条支柱的一端连接切割机、另一端连接内导向件使三条支柱并行连接。

连接装置包括一条第一支柱，一条第二支柱和一条第三支柱，第二支柱位于第一支柱和第三支柱之间，第一支柱包括第一链环和第二链环，第一链环和第二链环通过铰链相互旋转连接，第二支柱包括第三链环，第三支柱包括第四链环和第五链环，第四链环和第五链环通过铰链相互旋转连接。

至少一条支柱的长度是可变的，这样切割机可以在第三钻模内移动。

切割装置包括：一个环形钻模，环形钻模含一个中心轴、半径和此内的空间的；多个径向连接环形钻模外部的支架，这样环形钻模可以绕中心轴旋转；一个位于环形钻模内的切割机；一个连接环形钻模和切割机的连接装置，其中多个支架分别连接主导梁，支架包括形位于其外部的第二主导向件，第二主导向件连接主导轨，这样支架可沿着主导轨垂直移动，连接装置包括一条以上结构可变的支柱，这样切割机可在环形钻模内移动。

支架还包括位于其内部的曲线导轨，曲线导轨与环形钻模相连，且曲线导轨的曲率半径与环形钻模的曲率半径相同，这样环形钻模可沿着曲线导轨旋转。

每条支柱包括一个单链环或多个串联链环，单链环或多个串联链环可伸展到预定的长度以连接环形钻模和切割机，多个串联链环末端相互连接，并且在环形钻模内的平面上旋转，这样切割机可在平面上移动。

可以准备三条支柱，将三条支柱的一端连接切割机、另一端连接环形钻模，这样三条支柱并行连接。

连接装置包括一条第一支柱、一条第二支柱和一条第三支柱，第二支柱位于第一支柱和第三支柱中间，第一支柱包括第一链环和第二链环，第一链环和第二链环通过铰链相互旋转连接，第二支柱包括第三链环，第三支柱包括第四链环和第五链环，第四链环和第五链环通过铰链相互旋转连接。

至少一条支柱的长度是可变的，这样切割机可以在空间内移动。

切割机还包括：一个用于连接一条或多条支柱的外罩；一个用于连接外罩的切割工具，其中用于连接外罩的切割工具可绕与链环旋转的平面平行的中心轴向上或向下旋转。

切割机还包括：一个钻头，一个用于吹风的鼓风机。

框架包括多个垂直伸展的主导梁，可以有四个主导梁以排列成正方形，堆垒基板装置连接至某个垂直伸展的主导梁，切割装置连接至其他垂直伸展的主导梁，堆垒基板装置和切割装置沿着主导轨垂直移动。

附图说明

下面通过实施例和附图进行举例说明，以使上述内容易于理解。

图1和图2根据一个示范性实施例举例说明一台双级3D打印机；

图3通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机；

图4通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机；

图5至图7通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机；

图8和图13通过一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的堆垒基板装置；

图14和图16通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的堆垒基板装置；

图17至图20通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的堆垒基板装置；

图21和图24通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的堆垒基板装置；

图25和图26通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的挤出装置；

图27至图32通过一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的切割装置；

图33和图34通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的切割装置；

图35至图39通过另一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机的切割装置；

图40通过一个示范性实施例举例说明该双级3D打印机堆垒基板装置的一个支架；

图41至图48通过另一个实施例举例说明该双级3D打印机；

图49举例说明双级3D打印机将打印的一个示范性目标物体；

图50至图57通过一个示范性实施例举例说明双级3D打印机打印一个目标物体的过程。

图58通过该示范性实施例举例说明双级3D打印机打印的一个示范性物体。

具体实施方式

以下内容将结合附图说明示范性实施例的优点、特征以及其实施方法。然而，实施例形式各异，因此不得被解读为仅限于此文所描述的实施例。当然，我们提供这些实施例以求全面完整地展示双级3D打印机，并且向所属领域技术人员全面传递该发明性概念。因此，本发明概念的范围通过以下权利要求进行定义。在本专利公开中，相同参考数据始终指代相同元素。

空间位置相关的术语，如“下方”“下面”“较低的”“上方”“上面”“侧边”“侧面”等等，在下文中被应用以方便描述附图举例说明的一个零件或要素与另一零件或要素的位置关系。可以理解为这些空间位置相关的术语意在表示一个正在使用或操作中的零件除附图所示方位外的其他不同的方位。例如，如果将附图中的零件进行翻转，一个本来位于另一零件“上方”的零件则随后被描述为位于另一零件的“下方”。因此，术语“上方”可能被视为“上方”或“下方”。零件也可能有其他方位，这样的话空间位置相关的术语应相应地进行解读。

在下列说明中，技术性术语仅用于解释示范性实施例，不起限制性的作用。除非特别说明，单数形式的术语可包含复数形式。“包含”或“由。。。包含”的意思是指一个元素、步骤、流程、操作和/或一个零件，但不排除其他元素、步骤、流程、操作或零件。

除非特别说明，所有术语(包括技术性术语和科学性术语)同其在一般技术中所表示的意思相同。可以进一步理解为术语，比如一般字典中定义的术语，除非特别说明，不得被解释为理想主义或过度形式主义。

在附图中，元素或零件的厚度、尺寸或形状为方便说明和阐述将被放大、省略或如附图所示。也就是说每一元素的尺寸和面积与其实际的尺寸和面积可能不同。

另外，文中解释结构时所提及的方向都基于附图。因此，如下文未明确指出方向的参考点或位置关系，请参考附图。

图1和图2通过一个示范性实施例举例说明一台双级3D打印机。

该双级3D打印机包括：一台挤出原材料的挤出装置300；一个位于挤出装置300下方的堆垒基板装置200，堆垒基板装置200将原材料接收至其表面并逐层打印；一台位于堆垒基板装置200和挤出装置300之间的切割装置400，切割装置400用于碾碎或切割在堆垒基板装置200上打印的物体，其中挤出装置300与切割装置400的间距、切割装置400与堆垒基板装置200的间距是可变的。

挤出装置300挤出原材料，因此需要将一个原材料供应装置连接挤出装置300以提供原材料，挤出装置300包括一个喷嘴340，原材料从喷嘴挤出。原材料可以是固体材料、凝胶或适合打印一定物体的液体物料。当然，原材料不局限于此。喷嘴340挤出原材料后，原材料在堆垒基板装置200上逐层堆垒(后文将作详细描述)。此时，原材料逐层挤出的位置可通过平移挤出装置300上的喷嘴340进行调整。

堆垒基板装置200位于挤出装置300的下方，其形状类似于一个架子，这样，挤出装置300挤出来的原材料在堆垒基板装置200上逐层排列以打印成物体。

切割装置400位于挤出装置300和堆垒基板装置200之间。切割装置400在挤出装置300和堆垒基板装置200之间移动的同时切割或碾碎在堆垒基板装置200上打印的物体。

切割装置400位于挤出装置300和堆垒基板装置200之间。切割装置400在挤出装置300和堆垒基板装置200之间移动的同时切割或碾碎在堆垒基板装置200上打印的物体。

挤出装置300和切割装置400的间距、切割装置400和堆垒基板装置200的间距是可变的。也就是说，从挤出装置300挤出的原材料在堆垒基板装置200上逐层排列，挤出装置300和堆垒基板装置200之间的距离被调整，切割装置400在挤出装置300和堆垒基板装置200之间移动的同时切割或碾碎物体。通过这种方式，挤出和排列原材料的同时可以对打印物体进行切割或碾碎操作。

如上文所述，该示范性实施例中的3D打印机具有双级结构。也就是说，挤出装置300、切割装置400和堆垒基板装置200依次向下排列，切割装置400对在堆垒基板装置200上堆垒原材料而逐层打印的物体进行切割或碾碎。因此，堆垒操作和切割操作可同时进行。

挤出装置300、堆垒基板装置200和切割装置400通过一个框架100连接并得到支撑。下文将根据框架100说明示范性实施例。

框架100位于堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400的外面，连接堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400中的一个或多个并可以垂直伸展。因此，堆垒基板装置200、挤出装置300、切割装置400可沿着切割装置400垂直移动，同时，在框架100内，堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400可正确地放置以挤出原材料、逐层打印并进行切割操作。

例如，根据一个示范性实施例，堆垒基板装置200和切割装置400可沿着框架100垂直移动。具体来说，如图1和图2所示，挤出装置300固定在框架100较上的位置并挤出原材料，原材料在堆垒基板装置200上排列以逐层打印物体。此时，堆垒基板装置200垂直移动并将物体打印成目标形状。另外，切割装置400在垂直移动的同时切割和碾碎物体部分。

此时，当位于较上位置的挤出装置300的垂直位置被固定的时候，喷嘴340开始移动。喷嘴340平面移动的时候在某个特定位置的平面上挤出原材料。另外，堆垒基板装置200在垂直移动的同时接收原材料，这样物体可以轻松地打印成目标形状。特别地，挤出原材料的喷嘴340具有固定的高度并进行平面移动，堆垒基板装置200进行垂直移动。因此，3D打印机的结构是简单的。

上述实施例中，堆垒基板装置200和切割装置400沿着框架100垂直移动。然而，本发明概念不局限于此。

例如，根据另一个示范性实施例，所有挤出装置300、切割装置400和堆垒基板装置200与框架100相连(如图3所示)并垂直移动。在另一个示范性实施例中，只有切割装置400与框架100相连并垂直移动，堆垒基板装置200可通过单独的高度调整装置进行垂直移动。

.具体来说，根据该示范性实施例，框架100的设置如下：框架100包括多个垂直伸展的主导梁110，主导梁110内部分别形成多个垂直伸展的主导轨112。与主导轨112分别相连的主导向件位于堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400中的一个或多个的外部。因此，堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400可沿着主导轨112垂直移动。

例如，如图1和图2所示，四个主导梁110位于四个方向。然而，这只是案例所示，主导梁110的数量也可以多于四个或少于四个。主导梁110根据预定的排列方式相互并行排列。

框架100内所有主导梁110与挤出装置300、切割装置400和堆垒基板装置200相连这一设置只是一个非限制案例。在一个示范性实施例中，如图4所示，四个主导梁110A和110B排列在四个位置。四个主导梁中一对相互面对面(第一主导梁110A)的110A和110B连接堆垒基板装置400，另一对相互面对面(第一主导梁110B)连接切割装置400。也就是说，主导梁110可以有选择性地连接挤出装置300、切割装置400和堆垒基板装置200中的一个或多个。

主导梁110上形成的主导轨112分别垂直伸展。另外，连接主导轨112的主导向件位于挤出装置300、堆垒基板装置200和切割装置400中的一个或多个的外面，这样挤出装置300、堆垒基板装置200和切割装置400可沿着主导轨112垂直移动。主导轨112和主导向件并不局限于特别的结构，这是因为主导轨112和主导向件相互连接且允许导向移动。例如，主导向件可位于堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400的外面，堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400中的一个、两个或全部的主导向件可连接至主导轨112。

另外，还可以用一个驱动装置和一个控制装置移动和停止堆垒基板装置200和切割装置400。基于上文所述结构，堆垒基板装置200、挤出装置300和切割装置400可以轻松地沿着主导梁110垂直移动。

如图5到图7所示，根据另一个实施例，下文将阐述框架100的示范性结构。

例如，框架100包括：一个外框架120，外框架包括多个以圆形排列的外导梁122；一个可旋转框架130，可旋转框架包括多个位于外导梁122所形成的圆圈内的可旋转导梁132。切割装置400连接旋转框架130内部，每一个可旋转导梁132垂直伸展，这样切割装置400可沿着可旋转框架130垂直移动。位于外框架120内部的可旋转框架130可绕外导梁122所形成的圆圈中心旋转。在这种方式中，切割装置400的位置是可变动的。

根据该示范性实施例，框架100由外框架120和位于外框架120内部的可旋转框架130组成。

图7举例说明外框架120。外框架120包括以圆形排列的外导梁122，外导梁122沿着圆周排列，同时，外框架120可垂直伸展。

图6举例说明可旋转框架130。可旋转框架130包括排列在外导梁122形成的圆圈内部的可旋转导梁132。可旋转导梁132垂直伸展，并沿着由外导梁122形成的圆圈中心旋转。在一个非局限性案例中，多个可旋转框架130与外导梁122形成的环形同轴排列。

辅导轨134可在可旋转导梁132内部垂直伸展。主导轨134的功能与上述主导轨112的功能相似。也就是说，切割装置400的第二主导向件141连接辅导轨134，这样切割装置400可垂直移动。

更具体地说，可旋转框架130包括一个环形连接零件136，环形连接件136连接可旋转导梁132较低的部位并与外导梁122形成的圆圈同轴。可旋转框架130的形状见图5至图7。可旋转导梁132的较低的部位连接环形连接件136。

另外，外框架120包括一个圆柱形连接件124，圆柱形连接件连接外导梁122较低的部位并插入环形连接件136之中。圆柱形连接件124的外径与环形连接件136的内径相呼应。外导梁122较低的部位连接一个具有预定面积的钻模，而该钻模的上方可放置圆柱连接件124，由此可见外导梁122与圆柱形连接件124并未直接相连。

可旋转框架130通过在圆柱形连接件124上旋转环形连接件136而进行旋转。在本实施例中，可以用一个驱动件来旋转可旋转框架130，比如马达。

堆垒基板装置200位于圆柱形连接件124的上方，一个高度可调整装置202位于堆垒基板装置200的较低的部位以调整堆垒基板装置200的垂直位置。例如，高度调整装置202的垂直长度可变为垂直移动堆垒基板装置200。后文将在阐述堆垒基板装置220的过程中详细描述这种结构。

切割装置400连接到可旋转框架130的内部。具体来说，切割装置400连接可旋转导梁132并沿着可旋转导梁132垂直移动。另外，切割装置400在可旋转框架130旋转的平面上移动。因此，切割装置400可以适当切割或碾碎所打印的物体。

如图8至图24所示，下文将详细描述堆垒基板装置200。

堆垒基板装置200包括：一个具有预定面积的第一钻模210，一个位于第一钻模210上方的基床220，基床220用于接收挤出装置300挤出的原材料。基床220上形成多个支撑孔222。

图8至图9举例说明与框架100相连的堆垒基板装置200。堆垒基板装置200的第一钻模210为平板形状而且具有预定的面积。根据一个示范性实施例，第一主导向件212位于第一钻模210的侧面并且连接框架100。

基床220位于第一钻模210之上并接收挤出装置300挤出的原材料。基床220的结构和面积适合逐层打印物体。支撑孔222形成于基床220上而且支撑孔222的直径和深度可以接收足够的原材料。

支撑孔222形成于基床220上，原材料打印物体时，所打印的物体可以安全地固定在基床220上。也就是说，挤出的原材料首先填充支撑孔222然后继续打印成物体。因此，所打印的物体的较低的部位插入支撑孔222中使打印的物体得到支撑。这样，物体可以在无需额外复杂的结构或装置的前提下得到支撑，尽管在切割装置400切割物体的时候会受到一股外力，由于得到支撑，物体仍然可以稳定地固定在基床上。

第一钻模210可垂直移动。

根据一个示范性实施例，如图8至图13所示，第一主导向件212位于第一钻模210的侧面并连接框架100上的主导轨134，这样，第一钻模210和堆垒基板装置200可沿着主导轨134进行垂直移动。

在另一个示范性实施例中，如图14至图20所示，第一钻模210通过位于其较低部位的高度调整装置202进行垂直移动。

在这个实施例中，第一钻模210通过调整高度调整装置202的长度(如箭头U所示)进行垂直移动。根据一个示范性实施例，如图14至图16所示，第一主导向件212位于第一钻模210的侧面并连接主导轨134。

根据另一个示范性实施例，如图17至图20所示，第一钻模210的侧面未放置第一主导向件212，第一钻模210的侧面未连接主导轨134。甚至在这个实施例中，第一钻模210通过调整高度调整装置202的长度(如箭头U所示)进行垂直移动。示范性实施例中的这些结构可应用于图5至图7所示的示范性实施例中。如图20所示，外框架120和可旋转框架130通过圆柱形连接件124和环形连接件135相互连接。在这个实施例中，高度调整装置202位于圆柱形连接件124之上。因为堆垒基板装置200的侧面未与框架100连接，因此与切割装置400相连的可旋转框架130可单独旋转。

高度调整装置202较低的部位连接框架100，高度调整装置202较上的部位连接第一钻模210较低的表面部位。由于高度调整装置202的垂直长度是可变的，因此第一钻模210和基床220可垂直移动。也就是说，由于具有塔形结构的高度调整装置202位于第一钻模210较低的部位，第一钻模210的高度可通过调整高度调整装置202的高度进行调整。

图21至图24根据一个示范性实施例举例说明双级3D打印机的堆垒基板装置200上的基床220。

基床220包括第一到第三造板230、240和250，这三块造板面积预定且依次被堆垒，第一到第三造板230、240和250分别包括第一到第三支撑孔234、244和254。第一到第三造板230、240和250与第一到第三个支撑孔垂直对齐或错位进行横向移动。

如图21至图24所示，基床220包括具有预定面积的由第一到第三造板230、240和250所堆垒的堆板。第一到第三造板230、240和250各自有预定的面积和厚度并且相互堆垒。第一到第三孔234、244和254分别形成于第一到第三造板230、240和250之上，第一到第三支撑孔234、244和254以相同的方式排列。

第一到第三造板230、240和250与第一到第三支撑孔垂直对齐或错位相互横向移动。也就是说，第一到第三支撑孔234、244和254互相对齐以形成穿透孔或相互错位以在垂直方向锁住第一到第三支撑孔234、244和254中的某个支撑孔。

首先，如图21所示，当原材料从挤出装置300挤出来后，第一和第二造板230和240的上第一和第二支撑孔234和244相互对齐。然后，原材料填充第一和第二支撑孔234和244，然后在第一和第二支撑孔234和244的上方排列。随着原材料在第一和第二支撑孔234和244中硬化，原材料通过第一和第二支撑孔234和244得到支撑。此时，第三支撑孔254与第一和第二支撑孔234和244不对齐。

然后，如果第一造板230如图22箭头G所示方向移动，第一和第二支撑孔234和244发生位移，在第一和第二支撑孔234和244中硬化的原材料被切割。也就是说，如图22所示，在第一和第二支撑孔234和244中硬化的原材料在第一支撑孔234中被切割至位置S1、在第二支撑孔244中被切割至位置S2。

接下来，如果第二造板240或第三造板250移动至与第二和第三支撑孔244和254相互对齐(如图23所示)，这样，位于第二支撑孔244中的位置S2如图24箭头H所示的方向落入第三支撑孔254。因此，支撑部分可轻易地从打印物体中移除，所打印的物体可以轻松地从第一到第三支撑孔234、244和254中分离。

图25和图26根据一个示范性实施例举例说明双级3D打印机的挤出装置300。参照图25和图26，下文将详细介绍挤出装置300。

根据该示范性实施例，挤出装置300包括：一个连接框架100的第二钻模310，以及第二钻模310内的空间316；一个位于空间316内的挤出机320。第二钻模310包括位于空间316内的第一导梁312和314并且可至少沿一个方向伸展。挤出机320包括：连接第一导梁312和314的第二导梁330，第二导梁沿第一导梁312和314垂直伸展，第二导梁330沿着第一导梁312和314以第一导梁312和314伸展的方向移动；还包括连接第二导梁330的喷嘴340且喷嘴340可沿着第二导梁330伸展的方向移动。

第二钻模310与框架100相连。例如，如图1和图2所示，第二钻模310可固定在框架100较上的部位。在另一个实施例中，如图3所示，第二钻模310包括连接主导轨112的第二主导向件302，这样第二钻模310可沿着连接终端1120垂直移动。

空间316形成于第二钻模310内部且具有预定的面积，挤出装置320(包括喷嘴340)位于空间316内，挤出装置320通过喷嘴340挤出原材料并且在空间316内移动。

第一导梁312和314位于空间316之内。第一导梁312和314可跨过空间316沿一个方向伸展。第一导梁312和314的数量可为一个或多个。例如，如图25和图26所示，一个以上第一导梁312和314在空间316的每一侧部区域相互并行伸展。

挤出装置320包括第二导梁330和喷嘴340。第二导梁330连接第一导梁312和314并垂直于第一导梁312和314沿着一个方向移动。第二导梁330沿着第一导梁312和314以第一导梁312和314伸展的方向移动。在这个实施例中，连接件322和324以移动的方式将第二导梁330连接至第一导梁312和314。.

喷嘴340连接第二导梁330并沿着第二导梁330以第二导梁330伸展的方向移动。喷嘴340通过挤出孔342挤出原材料。

由于上述结构，喷嘴340和第二导梁330沿着第一导梁312和314伸展的方向移动，喷嘴340也沿着第二导梁330伸展的方向移动。也就是说，喷嘴340可移动至平面上任意位置，因此，原材料可以通过喷嘴340挤出至所要求的位置。

下面详细介绍切割装置400。

图27和图32通过一个示范性实施例举例说明双级3D打印机的切割装置400。

根据该示范性实施例，切割装置400包括：一个第三钻模410，第三钻模410包括第二主导向件414，第二主导向件位于第三钻模410的外部，与主导轨112相连并沿着主导轨112垂直移动，第三钻模410中形成空间416；一个位于空间416之内的切割机470；一个连接装置420连接第三钻模410和切割机470。连接装置420包括一个以上可变支柱，用于移动空间416内的切割机470。

第三钻模410包括位于第三钻模410外部的第二主导向件414。第二主导向件414连接主导轨112，指导第三钻模410进行垂直移动。第三钻模410内的空间416具有预定的面积，切割机470和连接装置420位于空间416内。

因此，如图27所示，第三钻模410的形状为圆环形。然而，第三钻模410的形状不局限于此。第三钻模410也可以有其他形状，如椭圆形或多边形等。

切割机470和连接装置420位于空间416之内。切割机470用于切割或碾碎所打印的物体，连接装置420用于连接切割机470和第三钻模410。

连接装置420包括一个以上支柱，支柱将切割机470连接至第三钻模410。

第三钻模410包括一个内导轨412。内导轨412有一个沿着第三钻模内环伸展的槽形，足够指导内导向件430移动(见下文详细描述)。

连接装置420还包括连接内导轨412的内导向件430，内导向件430可沿着内导轨412移动。支柱连接内导向件430，切割机470在空间416内根据内导向件430的移动而移动。

如上所述，内导向件430连接内导轨412并沿着内导轨412在空间416内移动。例如，内导向件430连接内导轨412并沿着内导轨412旋转。也就是说，内导向件430可沿着第三钻模410的内圆旋转。支柱的一端连接内导向件430，另一端连接切割机470。因此，切割机470在空间416旋转的同时进行移动。例如，根据第三钻模410的形状和连接装置420的支柱的数量，切割机470的移动是有限的。

如图29至图32所示，内导向件430可沿着内导轨412移动。例如，第三钻模410形状为一个具有预定曲率半径的圆环形，这样空间416的形状为圆形。在这个实施例中，沿着圆环形第三钻模410的内圆形成的内导轨412具有预定的曲率半径，这样内导向件430的曲率半径与内导轨的曲率半径相同，因此内导向件430可沿着内导轨412移动。例如，内导向件430形状为圆形，或带有曲线部分的圆形，或其他形状可变的结构。当然，内导向件430的形状不局限于此。

每条支柱包括一个以上具有预定长度的链环，链环连接内导向件430和切割机470。链环的末端相互连接，链环在空间416内的一个平面上旋转，这样切割机470可以在平面上移动。

如图27至图32所示，第一支柱包括一个以上具有预定长度的链环，且在平面上以旋转的方式连接，这样切割机470可以在平面上旋转或移动。例如，使用一条包括一个以上可旋转链环的支柱使切割机470在平面上移动。在另一个实施例中，多条支柱(每条支柱包括一个以上链环)可以通过相互关联的方式操作以改变切割机470的位置。

切割机470通过链环的旋转移动而移动，内导向件430沿着内导轨412移动。因此，切割装置400进行切割操作时，其可移动的平面范围是宽广的。

例如，可以准备三条支柱，将三条支柱的一端连接切割机470、另一端连接内导向件430使三条支柱并行连接。

也就是说，三条以上的支柱可在内导向件430和切割机470之间并行连接，这样可以增加切割机470的操作效率，提高精确度。

例如，如图31和图32所示，连接装置420包括一条第一支柱440、一条第二支柱450和一条第三支柱460。第二支柱450位于第一支柱440和第三支柱460之间。第一支柱440包括第一链环442和第二链环444，第一链环442和第二链环444通过铰链相互旋转连接。第二支柱450包括第三链环452。第三支柱460包括第四链环462和第五链环464，第四链环462和第五链环464通过铰链相互旋转连接。

在这个实施例中，驱动装置分别位于用于旋转链环的链环旋转连接点处。如果链环通过驱动装置旋转，则切割机470作相应移动。我们可以通过切割机470的移动选择是否将驱动装置放置于链环的旋转连接点之中。

切割机470包括一个连接支柱的外罩472和一个连接外罩472的切割工具474。切割工具474以这种方式连接外罩472，使切割工具474可沿着一个与链环旋转平面并行的中心轴向上或向下移动。

如图33至图35所示，切割机470包括一个连接支柱的外罩472和执行切割和碾碎操作的切割工具474，切割工具474垂直旋转与外罩472相连。因此，切割和碾碎的操作范围很广。

例如，切割机470通过支柱链环的旋转在平面上移动至目标位置，切割工具474可以垂直旋转以有选择性地在目标位置进行切割或碾碎操作。

切割工具474包括一个用于切割的钻头476和用于吹风的鼓风机478。如图33和图35所示，钻头476旋转切割和碾碎，鼓风机478向切割位置吹风。因此，废料或毛刺在切割和碾碎过程中可轻松地去除。

图35至图39通过另一个示范性实施例举例说明双级3D打印机的切割装置400。

连接装置420不局限于上述结构。例如，连接装置420的结构可以是多链环支柱形成的多接点结构。例如，如图34所示，连接装置420所有支柱的结构为多链环多接点结构。

在另一个实施例中，连接装置420至少有一条支柱的长度是可变的。例如，如图36所示，连接装置420的一条支柱的长度是可变的。

在另一个实施例中，连接装置420可以是一条由多个可旋转链环串联组成的支柱。例如，如图37所示，一条支柱包括多个可旋转串联链环。

上述实施例仅作举例说明之用。也就是说，连接装置420可以有多种多样的结构。

图38和图39通过另一个示范性实施例举例说明切割装置400。图40举例说明在其他示范性实施例中使用的支架490。

根据另一个示范性实施例，切割装置400包括：一个环形钻模480，环形钻模包括一个中心轴和一个预定的半径，环形钻模480内形成空间482；多个支架490径向连接环形钻模480的外部，这样环形钻模480可以绕其中心轴旋转。

切割机470位于空间482之内，连接装置420连接环形钻模480和切割机470。

和第三钻模410一样，环形钻模480的形状为具有一个中心轴和一个预定半径的圆环形状。环形钻模480通过支架490连接框架100，而不是直接连接框架100。具体来说，支架490连接框架100，环形钻模480连接支架490。，

支架490分别连接框架100的主导梁110。支架490包括位于其外部的第二主导向件492，第二主导向件连接框架100的主导轨112，这样，支架490可沿着主导轨112垂直移动。

支架490径向连接环形钻模480的外部，这样环形钻模480可绕其中心轴旋转。也就是说，在环形钻模480旋转的同时通过支架490径向连接环形钻模480的外部以环形钻模480得到支撑。

为此，支架490包括位于支架490内部、连接环形钻模480的曲线导轨494。曲线导轨494的曲率半径与环形钻模480的曲率半径相同，这样环形钻模480可沿着曲线导轨494旋转。也就是说，例如，具有预定曲率半径的槽位于支架490内以构成曲线导轨494，将部分环形钻模480置于曲线导轨494之上以连接环形钻模480和曲线导轨494。因此，在环形钻模480连接曲线导轨494时，环形钻模480可如图39箭头R所示方向旋转。

堆垒基板装置200、挤出装置300、切割装置400和框架100的形状和排列不局限于上文所述形状和排列。如图41至图48所示，切割装置400的第三钻模410的形状不同于上述环形形状，可以为多边形或椭圆形等。堆垒基板装置200和挤出装置300类似。同样地，框架100的形状和设置也是多变的。例如，如果堆垒基板装置200和切割装置400是长方形的，则框架100位于与长方形侧边相应的位置。在这种实施例中，长方形或类似形状的物体可以轻松打印出来，而且3D打印机的空间可有以选择性地使用。

另外，切割机470和切割装置400的连接装置420的结构是多变的。例如，如图41和图48所示，可以使用多点式连接类型的连接装置420，这样连接装置420的移动轨迹可以是三维也可以是二维的。进一步说，除了使用铰链使连接装置420多方式移动外，还可以使用其他旋转机制，例如可旋转接点。因此，切割装置400可以切割和碾碎多个部分。另外，多个切割机470和连接装置420可以在预定的范围内进行切割和碾碎操作。

下文将根据一个示范性实施例并参照附图举例说明使用双级结构3D打印物体的方法。

图49根据一个示范性实施例举例说明使用双级3D打印机打印一个示范性物体。图50至图57根据该示范性实施例举例说明打印过程。图58通过该示范性实施例举例说明所打印的示范性物体。

在该示范性实施例中，图49展示的是使用双级3D打印机打印的目标物体W。

首先，如图50所示，将堆垒基板装置200和切割装置400放在初始位置，这时，堆垒基板装置200紧贴挤出装置300，原材料被挤出至堆垒基板装置200上的基床220上。

此时，如前文所述，原材料首先填充基床220上的支撑孔222，这样随后打印的物体可以获得支撑并且通过支撑孔222进行固定。因此，如前文所述所打印的物体如图58所示可能在末端有尖突P。这样，该示范性实施例中双级3D打印机打印的物体可轻松地得到支撑，虽然在切割过程中所打印的物体会受到外力，但是因为受到支撑所以物体还是能够保持在原来的位置。因此，物体可以按要求进行打印。

随后，如图51至图57所示，原材料从挤出装置300中挤出的时候，堆垒基板装置200向下移动，切割装置400进行切割和碾碎操作。这时，挤出装置300的喷嘴340在原材料挤出的地方移动，由于堆垒基板装置200向下移动，这样可以逐层打印原材料。另外，由于切割装置400执行切割和碾碎操作，因此可以按照目标形状打印物体。

如前文所述，根据一个以上的上述示范性实施例，物体可在轻松地在获得支撑的同时进行打印，尽管物体在切割过程中会受到外力，但是由于受到支撑，物体仍然能保持在原来的位置，因此可以按照目标形状打印物体。

另外，当原材料从挤出装置中挤出时，切割装置同时进行切割和碾碎操作。因此，由于切割装置在逐层打印原材料的同时进行切割和碾碎操作，所以物体可以很快地被打印出来。

应当理解的是本文中的示范性实施例仅作描述所用，当然，3D打印机的功能不局限于此。每一个实施例所描述的特征或方面在其他实施例中其他相似的特征或方面应同样可以应用。

在通过多个示范性实施例并参考附图进行举例说明时，我们认为一般技术人员都可理解这些实施例的形式和具体内容是多变的，且未偏离下文专利申请所述的关于本发明概念的精神和范围。

Claims (22)

1.一台双级3D打印机，该3D打印机包括:

一个用于挤出原材料的挤出部；

一个位于挤出部下方的堆垒基板部，堆垒基板部的上面用于接收原材料，这样物体在堆垒基板部的上面逐层打印；

一个位于堆垒基板部和挤出部之间的切割部，用于碾碎或切割在堆垒基板部的上面打印的物体，以及

一个位于挤出部、切割部和堆垒基板部外的框架，该框架连接到挤出部、切割部和堆垒基板部中的一个或多个，

其中，该框架包括多个垂直伸展的主导梁，每个主导梁内部分别形成垂直伸展的主导轨，

该切割部包括：

一个第三钻模，第三钻模包括第二主导向件以及其中的空间，第二导向件位于第三钻模的外部并且连接到主导轨，以使第三钻模能够沿着主导轨垂直移动,并且第三钻模还包括一个沿着第三钻模的内圆形成于第三钻模的内导轨；

一个位于第三钻模的空间内的切割机；以及

一个用于连接第三钻模和切割机的连接部，

其中，连接部包括：

一条以上结构可变的支柱，以使一条以上的支柱的一端连接到切割机并且切割机能够在第三钻模的空间内移动；以及

内导向件，连接到一条以上的支柱的另一端和内导轨，使得内导向件能够沿着内导轨可旋转地移动，

其中，切割机随着一条以上的支柱的操作或内导向件的可旋转的运动在第三钻模的空间内的一平面上移动，并且切割机随着第三钻模沿着主导轨的垂直运动而垂直移动，其中挤出部和切割部的间距、切割部和堆垒基板部的间距是相互可变的，

挤出部和堆垒基板部中的至少一个能够随着主导轨垂直移动，挤出部和堆垒基板部的间距是可变的，以及

堆垒操作和切割操作同时进行。

2.一台双级3D打印机，该3D打印机包括:

一个用于挤出原材料的挤出部；

一个位于挤出部下方的堆垒基板部，堆垒基板部的上面用于接收原材料，这样物体在堆垒基板部的上面逐层打印；

一个位于堆垒基板部和挤出部之间的切割部，用于碾碎或切割在堆垒基板部的上面打印的物体；以及

一个位于挤出部、切割部和堆垒基板部外的框架，该框架连接到挤出部、切割部和堆垒基板部中的一个或多个，

其中，该框架包括：

一个包括多个排列成圆形的外导梁的外框；

一个可旋转框架，该可旋转框架在由该多个外导梁形成的圆形的直径方向上位于所形成的圆形内，并且被构造成在外框内可旋转，

其中，可旋转框架包括一个以上垂直伸展的可旋转导梁，以及

该一个或以上可旋转导梁分别包括一个垂直伸展的辅导轨，

其中，该切割部包括：

一个第三钻模，第三钻模包括第二主导向件以及其中的空间，第二导向件位于第三钻模的外部并且连接到辅导轨，以使第三钻模能够沿着辅导轨垂直移动，第三钻模被构造成随着可旋转框架的旋转而旋转；

一个位于第三钻模的空间内的切割机；以及

一个用于连接第三钻模和切割机的连接部，

其中，连接部包括一条以上结构可变的支柱，以使一条以上的支柱的一端连接到切割机并且切割机能够在第三钻模的空间内移动，

其中，切割机随着一条以上的支柱的操作或可旋转框架的旋转在一平面上移动，并且切割机随着第三钻模沿着辅导轨的垂直运动而垂直移动，挤出部和切割部的间距、切割部和堆垒基板部的间距是相互可变的，

挤出部和堆垒基板部中的至少一个能够垂直移动，挤出部和堆垒基板部的间距是可变的，以及

堆垒操作和切割操作同时进行。

3.根据权利要求2所述的3D打印机，旋转框架还包括一个环形连接件连接到可旋转导梁较低的部位，环形连接件与外导梁形成的圆形同轴，外框还包括一个圆柱形连接件连接外导梁较低的部位，圆柱形连接件插入环形连接件中间，以使环形连接件在圆柱形连接件上旋转，以带动可旋转框架旋转。

4.根据权利要求3所述的3D打印机，堆垒基板部包括一个高度调整部，该高度调整部位于堆垒基板部下方的圆柱形连接件上，用于调整堆垒基板部的高度。

5.根据权利要求1所述的3D打印机，堆垒基板部包括：一个具有一定面积的第一钻模；一个位于第一钻模顶部的基床，基床接收从挤出部挤出的原材料，其中基床内形成多个支撑孔。

6.根据权利要求5所述的3D打印机，基床包括第一到第三块造板，造板具有一定的面积并且依次堆垒，第一到第三造板各自包括第一到第三支撑孔，第一到第三造板用于单独横向移动，以第一到第三支撑孔垂直对齐或错位。

7.根据权利要求5所述的3D打印机，还包括一个位于第一钻模较低部位的高度调整部，高度调整部垂直移动第一钻模。

8.根据权利要求7所述的3D打印机，其中该高度调整部的垂直长度是可变的，以使垂直移动第一钻模和基床。

9.根据权利要求5所述的3D打印机，第一主导向件位于第一钻模的外部，连接到主导轨，以使第一钻模沿着主导轨垂直移动。

10.根据权利要求1所述的3D打印机，挤出部包括：

一个连接到框架的第二钻模以及其中的空间；

一个位于该第二钻模的空间内的挤出机，其中第二钻模包括一个位于该第二钻模的空间内的第一导梁，第一导梁可至少朝一个方向伸展，

挤出机包括一个第二导梁，第二导梁连接到第一导梁，且朝着与第一导梁垂直的方向伸展并沿着第一导梁以第一导向伸展的方向移动，

一个喷嘴连接到第二导梁并沿着第二导梁以第二导梁伸展的方向移动。

11.根据权利要求10所述的3D打印机，第二钻模还包括第三主导向件，第三主导向件连接到主导轨，以使第二钻模沿着主导轨移动。

12.根据权利要求1所述的3D打印机，第三钻模的形状为具有预定曲率半径的环形，以使钻模内的空间为圆形，沿着第三钻模的内圆形成具有预定曲率半径内导轨，内导向件的曲率半径与内导轨的曲率半径相同，以使内导向件沿着内导轨移动。

13.根据权利要求1所述的3D打印机，每条支柱包括一个单链环或多个串联链环，单链环或多链环可伸展到预定的长度以连接到内导向件和切割机，多链环的末端相互连接并且在第三钻模内的平面上旋转，以使切割机平面上移动。

14.根据权利要求13所述的3D打印机，可以使用三条支柱，通过将三条支柱的一端连接到切割机、另一端连接至内导向件使三条支柱并行连接。

15.根据权利要求14所述的3D打印机，连接部包括一条第一支柱，一条第二支柱和一条第三支柱，第二支柱位于第一支柱和第三支柱之间，第一支柱包括第一链环和第二链环，第一链环和第二链环通过铰链相互旋转方式连接，第二支柱包括第三链环，第三支柱包括第四链环和第五链环，第四链环和第五链环通过铰链相互旋转方式连接。

16.根据权利要求1所述的3D打印机，其中至少一条支柱的长度是可变的，以使切割机以在第三钻模内移动。

17.一台双级3D打印机，该3D打印机包括:

一个用于挤出原材料的挤出部；

一个位于挤出部下方的堆垒基板部，构造成堆垒基板部的上面接收原材料，这样物体在堆垒基板的上面逐层打印；

一个位于堆垒基板部和挤出部之间的切割部，用于碾碎或切割在堆垒基板部的上面打印的物体；以及

一个位于挤出部、切割部和堆垒基板部外的框架，该框架连接到挤出部、切割部和堆垒基板部中的一个或多个，

其中，该框架包括多个垂直伸展的主导梁，每个主导梁分别形成垂直伸展的主导轨，

切割部包括：

一个环形钻模，环形钻模包括一个中心轴、半径以及其中的空间；

多个用于沿环形钻模的径向分别连接到环形钻模的外部的支架，以使环形钻模绕中心轴旋转；

一个位于环形钻模的空间内的切割机；

一个连接部，用于连接环形钻模和切割机，

其中多个支架中的每一个包括：

形成于多个支架中的每一个的内部的曲线导轨，曲线导轨用于连接环形钻模；以及

形成于多个支架中的每一个的外部的第二导向件，第二导向件用于连接到主导轨，以使多个支架沿着主导轨垂直移动，

其中，曲线导轨的曲率半径与环形钻模的曲率半径相同，以使环形钻模能够沿着曲线导轨旋转，

连接部包括一条以上结构可变的支柱，以使切割机能够在环形钻模内移动，

其中，一条以上的支柱中的每条支柱包括一个单链环或串联的多链环，单链环或多链环被构造成伸展到预定的长度并将环形钻模连接到切割机，

每条单链环或多链环的两端相互连接并能够在第三钻模内的一平面上旋转，

切割机随着单链环或多链环的旋转和环形钻模的旋转运动能够在该空间内的平面上移动，并且切割机随着环形钻模沿着主导轨的垂直运动而垂直移动，

挤出部和切割部的间距、切割部和堆垒基板部的间距是相互可变的，

挤出部和堆垒基板部中的至少一个能够沿着主导轨垂直移动，挤出部和堆垒基板部的间距是可变的，以及

堆垒操作和切割操作同时进行。

18.根据权利要求17所述的3D打印机，可以使用三条支柱，通过将三条支柱的一端连接到切割机、另一端连接到环形钻模使三条支柱并行连接。

19.根据权利要求18所述的3D打印机，连接部包括一条第一支柱、一条第二支柱和一条第三支柱，第二支柱位于第一支柱和第三支柱之间，第一支柱包括第一链环和第二链环，第一链环和第二链环通过铰链旋转方式连接，第二支柱包括第三链环，第三支柱包括第四链环和第五链环，第四链环和第五链环通过铰链旋转方式连接。

20.根据权利要求17所述的3D打印机，其中至少一条支柱的长度是可变的，以使切割机在空间内移动。

21.根据权利要求13或17所述的3D打印机，切割机还包括：一个连接一条以上支柱的外罩；一个连接外罩的切割工具，其中切割工具可绕一个与链环旋转平面并行的中心轴向上或向下旋转。

22.根据权利要求21所述的3D打印机，切割工具还包括一个钻头；一个用于吹风的鼓风机。