CN106696259A - 一种极坐标式3d打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极坐标式3D打印机及其打印方法，极坐标式3D打印机包括耗材容器、可垂直在所述耗材容器内升降的打印平台以及可旋转设置在所述打印平台的上方的打印机构，所述打印机构包括至少一组由刮板以及相对于所述刮板固定的激光器组成的投影机构。本发明的极坐标式3D打印机基于光敏树脂耗材，通过打印机构的旋转运动与打印平台的升降运动，可以实现从线到面再到立体的成型过程，成型效率高，且本发明的极坐标式3D打印机包含多个打印平台，打印机构可分别运动至各打印平台进行打印作业，可以连续不间断工作，提高打印效率，刮板与激光器的配合可以使打印物体的表面光滑，提高打印质量，其打印方法控制方便，效率高。

Description

一种极坐标式3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印范畴，特别是涉及一种3D打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印机或称作快速成型机，是一种电脑输出设备，可以将电脑内储存的数据永久地输出为立体物体。3D打印机的种类很多，常用的有：以粉末-粘合剂为基本原理的三维打印技术(3DP)、熔融沉积造型技术(FDM)、激光立体印刷术(SLA)、数字化光照加工技术(DLP)、选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔化技术(SLM)、电子束熔化技术(EBM)、层压制造技术(LLM)、气溶胶打印技术(Aerosolprinting)、生物绘图技术(Bioplotter)、高分子喷射技术(Polymer Jetting)、立体印刷术(Micro Stereolithography)。

目前市场上以光敏树脂为原料的快速成型机或3d打印机大都基于直角坐标系，打印头需要在直角坐标空间内行走，行走效率较慢，造成生产效率低，且目前基于光敏材料的3D打印机打印出的成品较粗糙。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于极坐标的、打印质量高、可提高打印效率的极坐标式3D打印机及其打印方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的极坐标式3D打印机包括耗材容器、可垂直在所述耗材容器内升降的打印平台以及可旋转设置在所述打印平台的上方的打印机构，所述打印机构包括由刮板以及相对于所述刮板固定的激光器组成的投影机构。

进一步地，所述刮板竖直设置，且刮板的下边沿水平；所述激光器固定在所述刮板的一个侧面上，且激光器具有长条形的出光口，所述出光口垂直朝下设置。

进一步地，所述打印机构包括一组或一组以上所述投影机构，所有的投影机构均圆周均匀阵列安装在竖直设置的转轴上。

进一步地，所述耗材容器内包含多个打印平台，所述打印机构可相对所述耗材容器运动至各打印平台位置，且所述打印机构可分别悬停在各打印平台上方旋转。

进一步地，所述打印机构安装在偏心转动机构上，所述打印机构的转动中心与所述偏心转动机构的转动中心不重合，且所述偏心转动机构可整体升降运动。

进一步地，所述偏心转动机构包括转动连杆，所述转动连杆的一端可相对于所述耗材容器转动，所述打印机构安装在所述转动连杆的另一端。

进一步地，所述耗材容器内设有垂直设置、用于导引所述打印平台的导轴以及用于驱动所述打印平台升降运动的丝杆。

进一步地，还包括上机体，所述上机体固定在所述导轴的顶端，且所述打印机构安装在所述上机体上。

进一步地，所述上机体内安装有控制单元。

基于上述极坐标式3D打印机的打印方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一：所述打印机构悬停在一个打印平台的上方旋转，且所述刮板在旋转方向的前侧将所述耗材容器中的耗材液面刮平，所述激光器在旋转方向的后侧照射耗材使其凝固；

步骤二：当所述打印机构包含N个投影机构，打印机构旋转360°/N的角度时，所述打印平台下降一个单次打印厚度的距离，打印机构继续旋转，如此往复直至打印完成；

步骤三：所述打印机构离开当前打印平台运动至另一个打印平台继续打印，当前打印平台上升使其上的成品露出于耗材液面外。

有益效果：本发明的极坐标式3D打印机基于光敏树脂耗材，通过打印机构的旋转运动与打印平台的升降运动，可以实现从线到面再到立体的成型过程，成型效率高，且本发明的极坐标式3D打印机包含多个打印平台，打印机构可分别运动至各打印平台进行打印作业，可以连续不间断工作，提高打印效率，刮板与激光器的配合可以使打印物体的表面光滑，提高打印质量，其打印方法控制方便，效率高。

附图说明

附图1为极坐标式3D打印机的结构图；

附图2为极坐标式3D打印机的俯视剖面图；

附图3为包含两组投影机构的3D打印机的结构图；

附图4为极坐标式3D打印机的局部剖视图；

附图5为包含两组投影机构的3D打印机的俯视剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1与附图2所示的极坐标式3D打印机，包括耗材容器1、可垂直在所述耗材容器1内升降的打印平台2以及垂直位置一定、可旋转设置于所述打印平台2的上方的打印机构3，所述打印机构3包括一组由刮板31以及相对于所述刮板31固定的激光器32组成的投影机构，所述刮板31竖直设置，且刮板31的下边沿水平；所述激光器32固定在所述刮板31的一个侧面上，且激光器32具有长条形的出光口，所述出光口垂直朝下照射。具体使用时，耗材容器1中盛有光敏树脂等液体耗材，所述刮板31的最下端边缘不高于盛装在耗材容器1内的液体耗材的液面，投影机构作360°旋转，刮板31在前刮平液体耗材的液面，激光器32所发射的激光使液体耗材固化在打印平台2上，在此过程中打印平台2向下匀速而缓慢地移动，当投影机构旋转一周时，打印平台2下降的高度即为打印的层厚，由此一层一层地完成打印作业形成3D模型。所述耗材容器1内设有垂直设置、用于导引所述打印平台2的导轴6以及用于驱动所述打印平台升降运动的丝杆7。打印平台2为圆盘形状，对应于一个打印平台2设置有至少两根导轴6，导轴6均匀设置在打印平台2的中心位置的周边，打印平台2的中心位置与所述丝杆7形成丝杆副配合，丝杆由电机驱动转动。

优选地，上述激光器32的出光口为扇形，即在靠近打印机构3的转动中心的位置，出光口的宽度较窄，在远离打印机构3的转动中心的位置，出光口的宽度较宽；激光器32内密布排列有多个发光体，每个发光体可独立发光，且在越靠近打印机构3的转动中心的位置，发光体的密度越低，在越远离打印机构3的转动中心的位置，发光体的密度越高，这样可以保证在打印机构3扫过一个扇形区域，所打印出的图形是均匀的，不会出现靠近转动中心位置处的质量较高，而远离转动中心位置处打印出的图形粗糙的情形。

导轴6上端固定有有上壳体5，所述打印机构3安装在所述上机体5上。上壳体5可作为控制盒使用，里面安放控制单元。

为了提高打印效率，节省取成品等操作所耗费的时间，所述耗材容器1内可以包含多个打印平台2，本实施例中包含两个打印平台2，所述打印机构3可相对所述耗材容器1运动至各打印平台2位置，且所述打印机构3可分别悬停在各打印平台2上方旋转。具体实现方式为，所述打印机构3安装在偏心转动机构4上，且所述打印机构3的转动中心与所述偏心转动机构4的转动中心不重合，且所述偏心转动机构4可整体升降运动。所述偏心转动机构4包括转动连杆41，所述转动连杆41的一端可相对于所述耗材容器1转动，所述打印机构3安装在所述转动连杆41的另一端。这样当打印机构3在第一个打印平台2上完成打印作业后，偏心转动机构4带动所述打印机构3整体上升，然后转到另一个打印平台2上再带动打印机构3整体下降至液面进行另一项打印作业，与此同时，第一个打印平台2上升至使打印出的成品露出液面供人拿取，这样可以节省时间，提高效率。偏心转动机构4的整体升降运动通过电动推杆等直线驱动元器件实现(图中未示出)，即偏心转动机构4安装在电动推杆的伸缩轴上实现其整体升降。

在第二个实施例中，如附图3-附图5所示，上述投影机构可以增加到两组或两组以上，当有两组或两组以上的投影机构时，所有的投影机构围绕同一个转动中心转动，如附图3与附图4所示的3D打印机为包含两组投影机构的情形，此情形下，所有的投影机构均圆周均匀阵列安装在竖直设置的转轴33上，打印机构3每旋转180°就得到了一组投影机构旋转360°所打印的幅面，即打印速率提升了一倍。这样打印机构3旋转一圈可打印两层物体，依此类推，打印机构3包含的投影机构的组数越多，打印速率越快。

本发明的极坐标式3D打印机的具体打印方法如下：

具体步骤为：

步骤一：所述打印机构3悬停在一个打印平台2的上方旋转，且所述刮板31在旋转方向的前侧将所述耗材容器1中的耗材液面刮平，所述激光器32在旋转方向的后侧照射耗材使其凝固；

步骤二：当所述打印机构3包含N个投影机构，打印机构3旋转360°/N的角度时，所述打印平台2下降一个单次打印厚度的距离，打印机构3继续旋转，如此往复直至打印完成；

步骤三：所述打印机构3离开当前打印平台2运动至另一个打印平台2继续打印，当前打印平台2上升使其上的成品露出于耗材液面外。

本发明的极坐标式3D打印机基于光敏树脂耗材，通过打印机构的旋转运动与打印平台的升降运动，可以实现从线到面再到立体的成型过程，成型效率高，且本发明的极坐标式3D打印机包含多个打印平台，打印机构可分别运动至各打印平台进行打印作业，可以连续不间断工作，提高打印效率，刮板与激光器的配合可以使打印物体的表面光滑，提高打印质量，其打印方法控制方便，效率高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种极坐标式3D打印机，其特征在于：包括耗材容器(1)、可垂直在所述耗材容器(1)内升降的打印平台(2)以及可旋转设置在所述打印平台(2)的上方的打印机构(3)，所述打印机构(3)包括由刮板(31)以及相对于所述刮板(31)固定的激光器(32)组成的投影机构。

2.根据权利要求1所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述刮板(31)竖直设置，且刮板(31)的下边沿水平；所述激光器(32)固定在所述刮板(31)的一个侧面上，且激光器(32)具有长条形的出光口，所述出光口垂直朝下设置。

3.根据权利要求1所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述打印机构(3)包括一组或一组以上所述投影机构，所有的投影机构均圆周均匀阵列安装在竖直设置的转轴(33)上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述耗材容器(1)内包含多个打印平台(2)，所述打印机构(3)可相对所述耗材容器(1)运动至各打印平台(2)位置，且所述打印机构(3)可分别悬停在各打印平台(2)上方旋转。

5.根据权利要求4所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述打印机构(3)安装在偏心转动机构(4)上，所述打印机构(3)的转动中心与所述偏心转动机构(4)的转动中心不重合，且所述偏心转动机构(4)可整体升降运动。

6.根据权利要求5所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述偏心转动机构(4)包括转动连杆(41)，所述转动连杆(41)的一端可相对于所述耗材容器(1)转动，所述打印机构(3)安装在所述转动连杆(41)的另一端。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述耗材容器(1)内设有垂直设置、用于导引所述打印平台(2)的导轴(6)以及用于驱动所述打印平台升降运动的丝杆(7)。

8.根据权利要求7所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：还包括上机体(5)，所述上机体(5)固定在所述导轴(6)的顶端，且所述打印机构(3)安装在所述上机体(5)上。

9.根据权利要求8所述的一种极坐标式3D打印机，其特征在于：所述上机体(5)内安装有控制单元。

10.根据权利要求4所述的一种极坐标式3D打印机的打印方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一：所述打印机构(3)悬停在一个打印平台(2)的上方旋转，且所述刮板(31)在旋转方向的前侧将所述耗材容器(1)中的耗材液面刮平，所述激光器(32)在旋转方向的后侧照射耗材使其凝固；

步骤二：当所述打印机构(3)包含N个投影机构，打印机构(3)旋转360°/N的角度时，所述打印平台(2)下降一个单次打印厚度的距离，打印机构(3)继续旋转，如此往复直至打印完成；

步骤三：所述打印机构(3)离开当前打印平台(2)运动至另一个打印平台(2)继续打印，当前打印平台(2)上升使其上的成品露出于耗材液面外。