CN106926593A - 一种3d打印可变尺寸立体光栅的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置及方法，包括第一喷头、第二喷头、底板、Y向滑板、基板、Y向导轨、X向横梁、Z向立柱和控制模块；Y向导轨为两根，平行对称安装在底板上，Y向滑板可沿Y轴方向滑动地安装在导轨上；Z向立柱为两根，平行对称安装在底板一端上，X向横梁可沿Z轴方向滑动地安装在Z向立柱上；第一喷头、第二喷头均可沿X轴方向滑动地安装在X向横梁上；基板可旋转地安装在Y向滑板上；控制模块用于控制第一喷头、第二喷头、X向横梁、Y向滑板、基板运动。本发明可大大缩短立体光栅的制备时间，一次性可以成型多种不同尺寸的立体光栅，不论是在平面上还是在曲面上，同时满足多种不同应用的需求，大大节约了成本。

Description

一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置及方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置及方法。

背景技术

光栅是一种通过结合数码制图与传统印刷技术，使人眼在不需要借助任何工具的情况下，将原本二维的图片直接放在眼前，即可清晰明确地感受三维立体效果的特殊胶片。这是人类继黑白图片再到彩色图片之后，真正向三维世界迈出的又一大进步。立体光栅作为光栅的一种，广泛应用于广告、婚纱摄影、室内外装潢、印刷等。具有立体效果，通过角度或摆产生幻变，动画，缩放使图像列漂亮，已成为办公文具，家居装饰用户首选产品。

旧有光栅材料的生产方式通常是需要塑料板片机把塑料颗粒材料加热后再通过相应的光栅滚筒模具延压成型，这种方法需要配置大型设备，设备复杂且成本高昂，生产制作需要耗费较大的人力物力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置及方法，用其制造可变尺寸立体光栅方便灵活快速、多样化、成本低。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：包括第一喷头、第二喷头、底板、Y向滑板、基板、Y向导轨、X向横梁、Z向立柱和控制模块；

所述Y向导轨为两根，平行对称安装在所述底板上，所述Y向滑板可沿Y轴方向滑动地安装在所述导轨上；

所述Z向立柱为两根，平行对称安装在所述底板一端上，所述X向横梁可沿Z轴方向滑动地安装在所述Z向立柱上；

所述第一喷头、第二喷头均可沿X轴方向滑动地安装在所述X向横梁上；

所述基板可围绕其中心点旋转地安装在所述Y向滑板上；

所述控制模块分别与所述第一喷头、第二喷头、X向横梁、Y向滑板、基板连接，用于控制所述第一喷头、第二喷头、X向横梁、Y向滑板、基板运动。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种3D打印可变尺寸立体光栅的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：立体光栅浆料置于3D 打印机料筒中；

步骤2：采用计算机辅助设计软件构造立体光栅模型，并将信息传送至所述3D 打印机；

步骤3：启动3D 打印机，制作立体光栅。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的3D打印机采用四轴结构，包括X、Y、Z三轴运动和一个转动；其中加入转动自由度用于曲面立体光栅的打印，这样的好处在于：在打印过程中，曲面基板可实时转动以确保曲面基板上任一条光栅条纹的法面与喷头的轴线始终共面，保证打印立体光栅条纹形状的一致性；

（2）本发明的3D打印机亦可在一个平面或曲面上打印不同尺寸大小的光栅条纹，可满足不同的需求，提高了应用范围，缩短制作周期，大大节约成本；

（3）本发明的3D打印机喷头采用双喷头结构，且喷嘴可更换，用于打印不同精度、尺寸大小的立体光栅；双喷头的设计不仅扩大了打印立体光栅浆料的应用范围，而且双喷头能协同作业，提高了工作效率。同时也为多样化体光栅的打印提供了可能；

（4）本发明的3D打印机运行过程中，可实时在线调整喷头的加热温度、喷射流量和移动速度，以及工作台的移动速度，以便优化成形工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1的示意图；

图2为本发明实施例2的示意图；

图3为本发明实施例所制备的曲面和平面立体光栅示意图；

其中：1-曲面立体光栅；11-立体光栅材料；12-透明载体，2-3D打印机；21-第一喷头；22-第二喷头；23-底板；24- Y向滑板；25-曲面基板；26-平面基板；27-Y向导轨；28- X向横梁；29- Z向立柱； 3-平面立体光栅。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

参见图1和图2，本发明提供的一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：包括第一喷头21、第二喷头22、底板23、Y向滑板24、基板、Y向导轨27、X向横梁28、Z向立柱29和控制模块；第一喷头21、第二喷头22分别采用电助动微滴喷射和气动式微滴喷射；其中电助动微滴喷射应用于粘度高的材料；气动式微滴喷射应用于中低粘度的材料。基板为曲面基板25或平面基板26，用于打印平面立体光栅、曲面立体光栅或可变尺寸立体光栅。

Y向导轨27为两根，平行对称安装在底板23上，Y向滑板24可沿Y轴方向滑动地安装在导轨27上；Z向立柱29为两根，平行对称安装在底板23一端上，X向横梁28可沿Z轴方向滑动地安装在Z向立柱29上；第一喷头21、第二喷头22均可沿X轴方向滑动地安装在X向横梁28上；基板可围绕中心旋转地安装在Y向滑板24上；控制模块分别与第一喷头21、第二喷头22、X向横梁28、Y向滑板24、基板连接，用于控制第一喷头21、第二喷头22、X向横梁28、Y向滑板24、基板运动。

第一喷头21、第二喷头22的喷头中设有加热装置，能根据需要通过加热改变原材料的黏度，以便获得所需喷射性能的流体。喷头中还设有排气装置，能有效地清除原材料中混入的气体，确保打印体光栅的品质。喷头为全不锈钢结构，喷射推力大，性能稳定，能喷射目前市面上广泛使用的体光栅浆料，包括：PET、PP、PVC、TPU等。

当在3D打印机在打印立体光栅时，可实时在线调整喷头的加热温度、喷射流量和移动速度，以及工作台的移动速度，以便优化成形工艺。

本发明提供的一种3D打印可变尺寸立体光栅的方法，将购买的或自己制作的立体光栅浆料11放置于3D打印机2中的料筒中。3D打印机有两个料筒，可以放入不同的立体光栅浆料11，以实现不同材料立体光栅的打印。

将采用计算机辅助设计软件构造的立体光栅模型信息导入3D 打印机2中，对此3D打印机2可以依据立体光栅的模型进行3D打印；

启动3D 打印机2，依据物理模型逐渐将储存在3D 打印机2料筒中的立体光栅浆料11涂覆于透明载体12上，同时用适当的灯光对照射立体光栅浆料11，使其与光产生交联反应而固化，形成粘附在透明载体12上的立体光栅；将形成有立体光栅的透明载体12与曲面基板25。在本步骤中，第一喷头21或第二喷头22始终与平面基板26垂直。参见图2，在实施例2中，当打印曲面立体光栅时，第一喷头21或第二喷头22的轴线始终与曲面基板25任一光栅条纹的法面共面，这样涂覆至透明载体12上的立体光栅浆料11不会产生变形，从而保证打印出的立体光栅的良好质量。为保证第一喷头21或第二喷头22的轴线始终与曲面基板25任一光栅条纹的法面共面，曲面基板25通过一个摇摆机构连接于Y向滑板24上，同时加上第一喷头21或第二喷头22的随动。

继续采用3D打印机2将其料筒中的立体光栅浆料11喷涂至透明载体12上，并继续用相应的灯光对所喷出的立体光栅浆料进行固化，依次打印出排列有序的光栅条纹。

上述制备步骤中，第一喷头21采用气动式微滴喷射；第二喷头22采用电助动微滴喷射。电助动微滴喷射应用于粘度高的立体光栅浆料；气动式微滴喷射应用于中低粘度的立体光栅浆料。第一喷头21和第二喷头22中设有加热装置，能根据需要通过加热改变原材料的黏度，以便获得所需喷射性能的流体。第一喷头21和第二喷头22中还设有排气装置，能有效地清除原材料中混入的气体，确保打印出的立体光栅（曲面立体光栅1和平面立体光栅3）的品质。第一喷头21和第二喷头22为全不锈钢结构，喷射推力大，性能稳定。

对比传统的制备立体光栅（曲面体光栅1和平面体光栅3）的方法，本发明所提供的制备方法不仅可以大大缩短制备时间，而且可以制备多样化的立体光栅。同时可以在同一张透明载体12上打印出不同尺寸、不同类型的立体光栅，如图3中(a)~(f)所示，满足不同功能的需求，且加工周期短。

细化上述制备步骤，3D打印机2上设置有微泵以及精密控制阀，两者与3D打印机2的第一喷头21上的加热装置共同配合调节3D打印机2的第一喷头21处喷出的立体光栅浆料11的液滴直径大小；同时3D打印机2上也设置有精密控制器，其与3D打印机2的第二喷头22上的加热装置共同配合调节3D打印机2的第二喷头22处喷出的立体光栅浆料11的液滴直径大小。

本发明的打印过程中，3D打印机2对第一喷头21和第二喷头22喷出的立体光栅浆料11的液滴具有较高的精度要求，第一喷头21和第二喷头22喷出的立体光栅浆料11均为微量，而且能结合喷出立体光栅浆料11自身的黏度及表面张力，立体光栅浆料11在透明载体12表面聚集为半球帽状的小液滴，随着小液滴的增多，逐渐成型，成为方形或更大的半球帽形，并最终形成一条尺寸均匀的光栅条纹。如此重复，得到一系列均匀相间的光栅条纹。

对立体光栅材料进行详细的说明。现有技术中，光栅材料主要有片材、板材、柱镜膜材、狭缝膜材等几种类型，且因片材光栅材料具有材料薄、线数多、成本低等特点，目前市场上，制作立体光栅的主要材料选用片材光栅材料。片材光栅材料中，根据原材料的不同，还可以分为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）立体光栅材料和PP（聚丙烯）立体光栅材料，其中，PET立体光栅材料具有透光度好，聚焦准确，折射率固定，不发散等特点，适合高端市场；PP三维立体光栅材料由聚丙烯制成，具有清晰度不高，立体感不强，光泽度低，不透亮，价格低等特点，适合低端市场。本发明中所购买的立体光栅材料主要是这两种，当然还有其他目前新兴的立体光栅材料。另外根据不同应用需求所制备的立体光栅材料也可应用于本发明中。

在实施例1中，参见图1，3D打印机2的第一喷头21和第二喷头22安装于X向横梁28上，可沿着X向横梁28作X向运动，X向横梁28可沿着Z向立柱29做Z向运动；Y向滑板24安装于Y向导轨27上，使得Y向滑板24可沿Y向导轨27做Y向运动；在Y向滑板24上安装有一绕中心转动的摇摆机构，曲面基板25安装于摇摆机构上，以此来实现其绕中心的转动，从而最终实现曲面立体光栅1的打印。上述所有结构，包括：曲面体光栅1、第一喷头21、第二喷头22、底板23、Y向滑板24、曲面基板25、Y向导轨27、X向横梁28、Z向立柱29。调整摇摆机构的角度以及第一喷头21或第二喷头22的位置，使第一喷头21或第二喷头22的轴线位于曲面基板25上所需打印第一条体光栅条纹的法面上，以此来保证所打印曲面立体光栅的形状与质量。完成第一条立体光栅条纹的打印后，继续调整摇摆机构的角度以及第一喷头21或第二喷头22的位置，使第一喷头21或第二喷头22的轴线位于曲面基板25上所需打印第二条立体光栅条纹的法面上，以此类推，直至完成所有所需的曲面立体光栅1条纹的打印。值得一提的是，在打印过程中，一直伴随有适当的灯光对所打印的立体光栅条纹进行固化。

在实施例2中，参见图2，原理基本与实施例1中类似，不同的是将曲面基板25换成平面基板26，以此来实现平面立体光栅3的打印。本实施例中，摇摆机构处于某一位置固定不动，使平面基板26处于水平位置，以此来保证第一喷头21或第二喷头22的轴线始终位于平面基板26上所需打印立体光栅条纹的法面上。

再次参见图1和图2，当透明载体12换做不透明载体时，利用3D打印机2在不透明载体上也可打印金属材料，可制备立体反射光栅，过程基本与上述相同，唯一不同的是不需要对所打印的金属立体光栅条纹进行额外的固化。

请见图3，为本发明实施例所制备的曲面和平面立体光栅示意图；其中：(a)为平面矩形截面均匀立体光栅；(b)为平面矩形截面变尺寸立体光栅；(c)为平面半圆形均匀立体光栅；(d)为平面半圆形变尺寸立体光栅；(e)为曲面矩形截面均匀立体光栅；(f)为曲面半圆形均匀立体光栅。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：包括第一喷头（21）、第二喷头（22）、底板（23）、Y向滑板（24）、基板、Y向导轨（27）、X向横梁（28）、Z向立柱（29）和控制模块；

所述Y向导轨（27）为两根，平行对称安装在所述底板（23）上，所述Y向滑板（24）可沿Y轴方向滑动地安装在所述导轨（27）上；

所述Z向立柱（29）为两根，平行对称安装在所述底板（23）一端上，所述X向横梁（28）可沿Z轴方向滑动地安装在所述Z向立柱（29）上；

所述第一喷头（21）、第二喷头（22）均可沿X轴方向滑动地安装在所述X向横梁（28）上；

所述基板可围绕其中心点旋转地安装在所述Y向滑板（24）上；

所述控制模块分别与所述第一喷头（21）、第二喷头（22）、X向横梁（28）、Y向滑板（24）、基板连接，用于控制所述第一喷头（21）、第二喷头（22）、X向横梁（28）、Y向滑板（24）、基板运动。

2.根据权利要求1所述的3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：所述第一喷头（21）、第二喷头（22）分别采用电助动微滴喷射和气动式微滴喷射；其中电助动微滴喷射应用于粘度高的材料；气动式微滴喷射应用于中低粘度的材料。

3.根据权利要求1所述的3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：所述基板为曲面基板（25）或平面基板（26），用于打印平面立体光栅、曲面立体光栅或可变尺寸立体光栅。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：所述第一喷头（21）、第二喷头（22）中设有加热模块，能根据需要通过加热改变原材料的黏度，以便获得所需喷射性能的流体。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：所述第一喷头（21）、第二喷头（22）中设有排气模块，能有效地清除原材料中混入的气体，确保打印立体光栅的品质。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的3D打印可变尺寸立体光栅的装置，其特征在于：所述第一喷头（21）、第二喷头（22）为全不锈钢结构，喷射推力大，性能稳定，能喷射目前市面上广泛使用的立体光栅浆料。

7.一种3D打印可变尺寸立体光栅的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：立体光栅浆料置于3D 打印机（2）料筒中；

步骤2：采用计算机辅助设计软件构造立体光栅模型，并将信息传送至所述3D 打印机（2）；

步骤3：启动3D 打印机（2），制作立体光栅。

8.根据权利要求7所述的3D打印可变尺寸立体光栅的方法，其特征在于：将制备的立体光栅浆料涂覆至透明载体上，形成一条均匀性很好的条纹，同时紫外灯照射立体光栅浆料，使其与紫外光产生交联反应而固化，形成粘附在透明载体上的立体透射光栅。

9.根据权利要求7所述的3D打印可变尺寸立体光栅的方法，其特征在于：将制备的立体光栅金属浆料涂覆至不透明载体上，形成一条均匀性很好的条纹，同时紫外灯照射立体光栅金属浆料，使其与紫外光产生交联反应而固化，形成粘附在不透明载体上的立体反射光栅。