CN106863778A - 移动式3d打印机及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种移动式3D打印机及其打印方法,所述3D打印机包括机座,以及设置在机座上的曝光机构、打印机构、盛液机构和控制机构;其中,所述盛液机构包括用于盛放打印溶液的物料槽,用于驱动物料槽滑动的驱动组件,所述物料槽底部设有若干个间距一致的等宽度透明条纹,相邻2个透明条纹之间为非透明条纹,所述透明条纹的宽度大于非透明条纹宽度,透明条纹与非透明条纹之间设有高度差。本发明所述的移动式3D打印机及其打印方法,通过透明条纹和非透明条纹间隔设置,可以使固化时间大幅度缩短;透明条纹和非透明条纹之间设有高低差,可以使打印平台快速脱离物料槽底,进而实现快速打印。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动式3D打印机及其打印方法,属于3D打印领域。
背景技术
3D打印机是一种采用累积制造技术(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打印机曝光固化时,都是采用整层一体固化,当固化面积较大时,固化时间较长,非常影响打印速度;此外,固化结束后,为实现固化层与盛放溶液的物料槽快速脱离,一般会选用斜拔式(如公开号为CN104309128A的专利“一种3D打印装置及其打印方法”中所述的斜拔组件)或旋转式的物料槽,前者结构较为复杂,脱离时间长,后者只适合一些粘度较高的打印溶液。
有鉴于此,本发明人对此进行研究,专门开发出一种移动式3D打印机及其打印方法,本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种移动式3D打印机及其打印方法,具有固化时间短、打印速度快等特点。
为了实现上述目的,本发明的解决方案是:
一种移动式3D打印机,包括机座,以及设置在机座上的曝光机构、打印机构、盛液机构和控制机构;其中,所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台,所述盛液机构包括用于盛放打印溶液的物料槽,用于驱动物料槽滑动的驱动组件,所述物料槽底部设有若干个间距一致的等宽度透明条纹,相邻2个透明条纹之间为非透明条纹,所述透明条纹的宽度大于非透明条纹宽度,透明条纹与非透明条纹之间设有高度差;曝光机构的曝光口与打印平台相对应,曝光固化的光通过物料槽底部的透明条纹直射打印平台。
作为优选,所述透明条纹的宽度为3~20mm,所述非透明条纹与透明条纹的宽度差为1~5mm。
作为优选,所述透明条纹和非透明条纹的水平高度差为0.1mm-10mm。
作为优选,所述驱动组件包括物料槽固定座、导轨,以及带动物料槽固定座移动的驱动部件,所述导轨固定安装在机座面板上,所述物料槽固定座底部通过滑块滑动安装在导轨上,所述物料槽固定座侧边与驱动部件相连,物料槽固定座移动方向与透明条纹的长度延伸方向相垂直。
作为优选,所述驱动部件包括驱动电机,与驱动电机相连的第一齿轮,与第一齿轮相啮合的第二齿轮,所述第二齿轮通过弹性件与物料槽固定座相连,通过驱动电机带动第一齿轮和第二齿轮运动,从而带动物料槽固定座沿导轨滑动。
作为优选,所述第二齿轮为条形齿轮,条形齿轮的两端分别通过直线弹簧与物料槽固定座相连,通过直线弹簧,可以使驱动电机驱动时具有一定的缓冲空间,防止驱动电机转动过度而受损。
作为优选,所述机座面板上进一步设有定位器,所述定位器位于物料槽固定座的移动末端,用于精确调节物料槽的移动距离。
作为优选,所述定位器采用千分尺。
作为优选,所述机座面板上进一步设有位置传感器,用于物料槽初始位置的精确定位。
上述移动式3D打印机的打印方法,包括如下步骤:
步骤1、手动调节定位器,设定好物料槽的移动距离,控制机构控制曝光机构、打印机构、盛液机构开始工作,驱动组件带动物料槽移动到初始位置;
步骤2、打印平台下降至物料槽底部,此时,打印平台下表面与物料槽底最小间距为单层打印的厚度,曝光机构通过透明条纹区域向打印平台投射投影图像,使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上;
步骤3、固化结束后,物料槽向移动末端移动(X+Y)/2的距离,其中,X为透明条纹的宽度,Y为非透明条纹的宽度,物料槽移动后,透明条纹正对该固化层的未固化区域,非透明条纹正对该固化层的已固化区域;
步骤4、曝光机构再次通过透明条纹区域向打印平台投射投影图像,使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上,此时固化层整层固化结束,物料槽开始移动,打印平台固化层随着物料槽移动而与物料槽底脱离,打印平台向上提升一个固化层距离,物料槽恢复到初始位置;
步骤5、重复上述打印步骤进行第二层固化,直至整个打印过程结束。
与现有3D打印机相比,本发明所述的移动式3D打印机及其打印方法具有如下优点:
1、 固化时间短:通过透明条纹和非透明条纹间隔设置,使固化面积变小,被固化的打印溶液散热快,进而使固化时间大幅度缩短;
2、 平滑速度快:物料槽底的透明条纹和非透明条纹之间设有高低差,使物料槽底与打印平台间留有一定空隙,进而可以使打印平台快速脱离物料槽底,物料槽左右移动过程中即可实现快速打印,又可实现快速脱离;
3、打印速度快:因为打印平台脱离物料槽底后可快速上升,再加上固化时间短,物料槽平滑速度快,从而可以使整个打印时间大幅度缩短,是一般3D打印机打印速度的2~10倍。
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为本实施例的移动式3D打印机立体结构示意图;
图2为本实施例的移动式3D打印机俯视图;
图3为本实施例的物料槽俯视图;
图4为本实施例的物料槽立体结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示,一种移动式3D打印机,包括机座1,以及设置在机座1上的曝光机构2、打印机构3、盛液机构4和控制机构5。在本实施例中,所述机座包括底板11、上面板12,以及位于底板11与上面板12之间的数个立柱13,其中,所述曝光机构2和控制机构5固定安装在底板11上,所述打印机构3、盛液机构4安装在上面板12上。曝光机构2为投影仪,具体可以采用DLP投影仪。所述打印机构3包括模组31、滑动安装在模组31上的打印平台32,所述打印平台32通过垂直设置在模组31内的丝杠实现上下滑动,打印平台32与丝杠相连,丝杠与丝杠电机相连,通过丝杠电机驱动丝杠转动,进而带动打印平台32移动,在打印过程中,打印平台32可匀速上升。所述控制机构5采用微处理器控制,控制机构5分别与曝光机构2、打印机构3和盛液机构4相连,用于控制各个机构的动作。
所述盛液机构4包括用于盛放打印溶液的物料槽41,以及用于驱动物料槽41水平滑动的驱动组件,如图3-4所示,所述物料槽41底部设有若干个间距一致的等宽度透明条纹411,相邻2个透明条纹411之间形成非透明条纹412,所述透明条纹411的宽度大于非透明条纹宽度412。所述透明条纹411用于透过曝光机构的光,所述非透明条纹412用于阻挡曝光机构的光,非透明条纹412的实现可以采用多种方式,如在透明的物料槽底设置非透光的膜,或者在透明的物料槽底进行磨砂处理。在本实施例中,所述透明条纹411的宽度为7mm,所述非透明条纹412的宽度为5mm。为方便打印平台32与物料槽41的快速脱离,所述透明条纹411和非透明条纹412设有高度差,一般为0.1mm-10mm,具体根据物料槽41的大小而定,一般物料槽41面积越大,其透明条纹411和非透明条纹412的宽度也越大,高度差也越大,在本实施例中,所述透明条纹411所在平面比非透明条纹412所在平面高出0.2mm。所述曝光机构2的曝光口与打印平台32相对应,曝光固化的光通过物料槽41底部的透明条纹411直射打印平台,实现对应区域的固化。
所述驱动组件包括物料槽固定座42、导轨43,以及带动物料槽固定座移动的驱动部件,所述导轨43固定安装在机座上面板12上,所述物料槽固定座42底部通过滑块44滑动安装在导轨43上,所述物料槽固定座42侧边与驱动部件相连,物料槽固定座42移动方向与透明条纹411的长度延伸方向相垂直。
在本实施例中,所述驱动部件包括驱动电机45,与驱动电机45相连的第一齿轮46,与第一齿轮46相啮合的第二齿轮47,所述第二齿轮47采用条形齿轮,所述第二齿轮47通过弹性件48与物料槽固定座42相连,条形齿轮的两端分别通过直线弹簧与物料槽固定座42相连,通过直线弹簧,可以使驱动电机45驱动时具有一定的缓冲空间,防止驱动电机45转动过度而受损。驱动部件工作原理:通过驱动电机45带动第一齿轮46和第二齿轮47运动,从而通过弹性件48带动物料槽固定座42沿导轨43滑动。
为精确调节物料槽41的移动距离,所述机座上面板12上设有定位器49,定位器49具体可以采用水平放置的千分尺,通过千分尺可以调节物料槽41的移动距离,具体在使用时,为保护千分尺免受碰撞影响精度,一般会在物料槽41和定位器49之间放置一个位置可调的限位块491,通过限位块491间接调整物料槽41的移动距离。所述定位器49位于物料槽固定座42的移动末端。
为保证物料槽41初始位置精确定位,所述机座上面板12上进一步设有位置传感器40,所述位置传感器40一般安装在物料槽固定座42的移动始端处。
上述移动式3D打印机的打印方法,包括如下步骤:
步骤1、先手动调节定位器49(千分尺)和限位块494,设定好物料槽41的移动距离(6mm),控制机构5控制曝光机构2、打印机构3、盛液机构4开始工作,驱动组件带动物料槽41移动到初始位置,位置传感器40检测到物料槽41的到位信息,并发送给控制机构5;
步骤2、打印平台32下降至物料槽41底部,此时,打印平台31下表面与物料槽41底最小间距为单层打印的厚度,曝光机构2通过透明条纹411区域向打印平台32投射投影图像,使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台32上;
步骤3、固化结束后,物料槽41向移动末端移动(7+5)/2mm的距离,其中,7mm为透明条纹的宽度,5mm为非透明条纹的宽度,物料槽41移动后,透明条纹411正对该固化层的未固化区域,非透明条纹412正对该固化层的已固化区域;
步骤4、曝光机构2再次通过透明条纹411区域向打印平台32投射投影图像,使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台32上,此时固化层整层固化结束,物料槽41开始移动,打印平台32固化层随着物料槽41移动而与物料槽41底脱离,打印平台32向上提升一个固化层距离,物料槽41回复到初始位置;
步骤5、重复上述打印步骤进行第二层固化,直至整个打印过程结束。
本实施例所述的移动式3D打印机及其打印方法,通过透明条纹411和非透明条纹412间隔设置,使固化面积变小,被固化的打印溶液散热快,进而使固化时间大幅度缩短;物料槽41底的透明条纹411和非透明条纹412之间设有高低差,使物料槽41底与打印平台32间留有一定空隙,可以使打印平台32快速脱离物料槽底,物料槽41左右移动过程中即可实现快速打印,又可实现快速脱离;因为打印平台32脱离物料槽31底后可快速上述,再加上固化时间短,物料槽41平滑速度快,从而可以使整个打印时间大幅度缩短,是一般3D打印机打印速度的2~10倍。
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)
1.一种移动式3D打印机,其特征在于:包括机座,以及设置在机座上的曝光机构、打印机构、盛液机构和控制机构;其中,所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台,所述盛液机构包括用于盛放打印溶液的物料槽,用于驱动物料槽滑动的驱动组件,所述物料槽底部设有若干个间距一致的等宽度透明条纹,相邻2个透明条纹之间为非透明条纹,所述透明条纹的宽度大于非透明条纹宽度,透明条纹与非透明条纹之间设有高度差;曝光机构的曝光口与打印平台相对应,曝光固化的光通过物料槽底部的透明条纹直射打印平台。
2.如权利要求1所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述透明条纹的宽度为3~20mm,所述非透明条纹与透明条纹的宽度差为1~5mm。
3.如权利要求1所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述透明条纹和非透明条纹的水平高度差为0.1mm-10mm。
4.如权利要求1所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述驱动组件包括物料槽固定座、导轨,以及带动物料槽固定座移动的驱动部件,所述导轨固定安装在机座面板上,所述物料槽固定座底部通过滑块滑动安装在导轨上,所述物料槽固定座侧边与驱动部件相连,物料槽固定座移动方向与透明条纹的长度延伸方向相垂直。
5.如权利要求4所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述驱动部件包括驱动电机,与驱动电机相连的第一齿轮,与第一齿轮相啮合的第二齿轮,所述第二齿轮与通过弹性件与物料槽固定座相连,通过驱动电机带动第一齿轮和第二齿轮运动,从而带动物料槽固定座沿导轨滑动。
6.如权利要求5所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述第二齿轮为条形齿轮,条形齿轮的两端分别通过直线弹簧与物料槽固定座相连。
7.如权利要求1所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述机座面板上进一步设有定位器,所述定位器位于物料槽固定座的移动末端。
8.如权利要求7所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述定位器采用千分尺。
9.如权利要求1所述的一种移动式3D打印机,其特征在于:所述机座面板上进一步设有位置传感器,用于物料槽初始位置的精确定位。
10.一种移动式3D打印机的打印方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1、手动调节定位器,设定好物料槽的移动距离,控制机构控制曝光机构、打印机构、盛液机构开始工作,驱动组件带动物料槽移动到初始位置;
步骤2、打印平台下降至物料槽底部,此时,打印平台下表面与物料槽底最小间距为单层打印的厚度,曝光机构通过透明条纹区域向打印平台投射投影图像,使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上;
步骤3、固化结束后,物料槽向移动末端移动(X+Y)/2的距离,其中,X为透明条纹的宽度,Y为非透明条纹的宽度,物料槽移动后,透明条纹正对该固化层的未固化区域,非透明条纹正对该固化层的已固化区域;
步骤4、曝光机构再次通过透明条纹区域向打印平台投射投影图像,使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上,此时固化层整层固化结束,物料槽开始移动,打印平台固化层随着物料槽移动而与物料槽底脱离,打印平台向上提升一个固化层距离,物料槽恢复到初始位置;
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