CN107364114A - 一种新型的3d打印机及其使用方法 - Google Patents

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李均
张弓
侯至丞
王建
王卫军
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Abstract

本发明公开了一种新型的3D打印机，包括底座、顶盖、打印头基座以及安装在打印头基座上的打印头，所述底座通过立柱与顶盖组装连接，所述打印头基座通过移动机构与立柱相连，还包括激光组件，所述激光组件安装在打印头基座上，所述激光组件所发出的激光束焦点位于打印头中打印材料出口处。本发明在用于实现FDM打印机上，将打印头和激光组件安装在一起，使得打印头与激光组件一同运动，同时还需要将激光组件所发出激光焦点对准打印头的打印材料挤出端；本发明能够在现有的FDM打印机的结构上实现SLA打印技术，而又无需复杂的光学系统，同时保证了打印精度以及价格，具有较高的性价比。

Description

一种新型的3D打印机及其使用方法
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域。
背景技术
现有的3D打印机中，主要实现方案主要有以下几种，第一种是利用激光将液体状的打印材料固化的立体光固化成型技术SLA，第二种是直接将打印材料加热挤出的熔融沉积技术FDM，第一种方案打印技术的打印精度高，但是需要配置有专业的光学系统，价格昂贵，第二种打印精度相对较低，但是结构简单，无需复杂的光学系统，价格便宜。
针对上述两种常规打印技术的优缺点，3D打印机领域中需要一种新型的打印机，能够同时结合两种打印技术优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种在现有FDM打印机结构上实现SLA打印技术的3D打印机，及其使用方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种新型的3D打印机，包括底座、顶盖、打印头基座以及安装在打印头基座上的打印头，所述底座通过立柱与顶盖组装连接，所述打印头基座通过移动机构与立柱相连，还包括激光组件，所述激光组件安装在打印头基座上，所述激光组件所发出的激光束焦点位于打印头中打印材料出口处。
作为上述技术方案的进一步改进，所述激光组件通过调整机构安装在打印头基座上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述调整机构包括调整滑条以及设置有竖直面板的微调支架，所述微调支架安装在打印头基座上，所述激光组件安装在调整滑条端部，所述调整滑条安装在微调支架的竖直面板上并可相对于竖直面板移动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述竖直面板上设置有两个以上第一槽口，或者设置有一个环形的第一槽口，所述调整滑条上设置有一个第二槽口，所述第一槽口以及第二槽口宽度相互匹配，两个螺栓同时穿过第一槽口以及第二槽口，将调整滑条与竖直面板固定连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述调整机构还包括连接块和连接柱，所述激光组件安装在连接块上，所述连接块通过连接柱与调整滑条端部连接，所述连接柱一端设有螺纹段，所述连接柱螺纹段穿过调整滑条并通过设置在调整滑条两侧的螺母固定连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述移动机构包括三个移动臂单元，所述移动臂单元均包括安装在立柱上的滑轨以及可沿着滑轨上下移动的滑台，所述滑台设有传动杆，所述传动杆两端分别与滑台和打印头基座球铰接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述滑台上的传动杆设有两根，所述传动杆分别设置在滑台左右两侧。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括提供液体打印材料的供料机构，所述供料机构包括三个分别存储红黄蓝颜色打印材料的供料缸，所述供料缸分别安装在立柱上，所述供料缸分别通过分流管与一端安装在顶盖的汇流管连接，所述汇流管另一端与打印头相连。
作为上述技术方案的进一步改进，所述分流管通过混合器与汇流管相连，所述混合器设置在顶盖上，所述混合器上下两端分别设有用于连接分流管和汇流管的连接通孔，所述混合器内部设置有螺旋状腔体，所述螺旋状腔体与连接通孔连通。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括用于驱动供料缸输出打印材料的气泵装置，所述气泵装置通过比例阀与供料缸连通。
作为上述技术方案的进一步改进，所述激光组件设置有用于调节激光焦距的旋钮构件。
本发明的有益效果是：本发明在用于实现FDM打印机上，将打印头和激光组件安装在一起，使得打印头与激光组件一同运动，同时还需要将激光组件所发出激光焦点对准打印头的打印材料挤出端；本发明能够在现有的FDM打印机的结构上实现SLA打印技术，而又无需复杂的光学系统，同时保证了打印精度以及价格，具有较高的性价比。
本发明创造还公开了上述3D打印机的使用方法，包括以下步骤：
操作调整机构，使激光组件激光束焦点对准打印头打印材料出口处；
输入三维模型数据，通过切片软件生成G代码；
3D打印机控制模块根据G代码控制激光组件激光发射功率；
3D打印机控制模块根据G代码控制移动机构运动，控制打印头基座位置；
3D打印机控制模块根据G代码控制各个供料缸所连接的比例阀，控制各个供料缸内气压，控制不同颜色打印材料的混合比例；
打印头挤出混合后的打印材料，激光组件射出激光束使打印材料固化。
本本发明的有益效果是：本发明所述3D打印机的使用方法，通过控制模块控制各个供料缸上所设置的比例阀，控制气泵装置驱动供料缸输出打印材料的压强，从而控制不同颜色的打印材料混合时的比例，最终实现彩色打印。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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他设计方案和附图。
图1是本发明的3D打印机整体结构示意图；
图2是本发明的打印头与激光组件的连接示意图；
图3是本发明所述打印机的使用方法流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1～图2，针对现在3D打印机市场上SLA打印机价格高昂以及FDM打印机打印精度较低的技术效果，本发明创造公开了一种新型的3D打印机，能够在现有FDM打印机上实现SLA打印技术，同时兼顾打印质量和价格。
一种新型的3D打印机，包括底座1、顶盖2、打印头基座3以及安装在打印头基座3上的打印头4，所述底座1通过三根立柱5与顶盖2组装连接，所述打印头基座3通过移动机构与立柱5相连，还包括激光组件6，所述激光组件6安装在打印头基座3上，所述激光组件6所发出的激光束焦点位于打印头4中打印材料出口处。具体地，本发明创造中所述打印头4所挤出的打印材料是SLA打印技术所要求的材料，是一种液体状的材料，该种材料在激光光束的照射下能够迅速凝固；本发明创造在用于实现FDM打印机上，将打印头4和激光组件6安装在一起，使得打印头4与激光组件6一同运动，同时还需要将激光组件6所发出激光焦点对准打印头4的打印材料挤出端；本发明创造能够在现有的FDM打印机的结构上实现SLA打印技术，而又无需复杂的光学系统，同时保证了打印精度以及价格，具有较高的性价比。
进一步作为优选的实施方式，为了保证所述3D打印机在日后使用过程中能够根据实际情况自由调整激光组件6所发出激光束的焦点位置，本发明创造具体实施方式中所述激光组件6通过调整机构安装在打印头基座3上，用户可通过对所述调整机构进行操作，从而改变激光组件6激光束的焦点位置。
具体地，为实现上述调整机构的功能，本发明创造所述调整机构包括调整滑条72以及设置有竖直面板711的微调支架71，所述微调支架71安装在打印头基座3上，所述激光组件6安装在调整滑条72端部，所述调整滑条72安装在微调支架71的竖直面板711上并可相对于竖直面板711移动。
再进一步，所述竖直面板711上设置有两个以上第一槽口712，或者设置有一个环形的第一槽口，所述调整滑条72上设置有一个第二槽口721，所述第一槽口712以及第二槽口721宽度相互匹配，两个螺栓同时穿过第一槽口712以及第二槽口721，将调整滑条72与竖直面板711固定连接；本实施例当需要调整激光组件6的位置时，可将所述调整滑条72在竖直面板711上移动，但是需要保证滑条的第二槽口721同时跨越竖直面板711上的两个第一槽口712，或者需要保证滑条的第二槽口721与竖直面板711上环形的第一槽口有两个交点，设置两个螺栓目的在于保证调整滑条72能够与微调支架71固定连接。
再进一步，本发明创造为了更进一步提高调整激光组件6激光束焦点位置的灵活性，所述调整机构还包括连接块73和连接柱74，所述激光组件6安装在连接块73上，所述连接块73通过连接柱74与调整滑条72端部连接，所述连接柱74一端设有螺纹段，所述连接柱74螺纹段穿过调整滑条72并通过设置在调整滑条72两侧的螺母固定连接；本实发明创造具体实施例中通过转动连接柱74，以调整连接柱74相对于调整滑条72的位置，使到所述激光组件6能够在竖直面板711的法线方向上移动，使到激光组件6焦点位置的调整操作更加灵活。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述移动机构包括三个移动臂单元，所述移动臂单元均包括安装在立柱5上的滑轨81以及可沿着滑轨81上下移动的滑台82，所述滑台82设有传动杆83，所述传动杆83两端分别与滑台82和打印头基座3球铰接；本发明创造通过三个移动臂单元的组合实现打印头基座3的三维移动，改变了传统3D打印机中XYZ轴的移动机构，有效提高打印基座的移动精准度，从而提高打印质量。
再进一步，本发明创造具体实施例中，所述滑台82上的传动杆83设有两根，所述传动杆83分别设置在滑台82左右两侧，有效提高打印过程中打印头基座3移动的稳定性，防止打印头基座3在打印过程中出现晃动情况，进一步提高产品打印质量。
进一步作为优选的实施方式，市面上传统的SLA打印机由于使用的都是单一颜色的打印材料，导致所打印出的成品同样也是单一颜色的，已经无法满足用户打印效果的要求。为了解决上述问题，本发明创造还包括提供液体打印材料的供料机构，所述供料机构包括三个分别存储红黄蓝颜色打印材料的供料缸91，所述供料缸91分别安装在三根立柱5上，所述供料缸91分别通过分流管92与一端安装在顶盖2的汇流管93连接，所述汇流管93另一端与打印头4相连；本发明创造通过供料机构在打印过程中不断向打印头4提供液体状的打印材料，供料机构中每个供料缸91分别储存红黄蓝三种颜色的打印材料，通过分流管92汇聚到汇流管93并进行混合，最后通过汇流管93将其输送到打印头4，实现彩色打印。本发明创造所述的3D打印机结构简单，易于实现。
具体地，本发明创造中，所述3D打印机当然还包括控制模块、驱动滑台82移动的步进电机、控制步进电机运行的电机驱动以及设置在供料缸91和分流管92连接处的比例阀，所述控制模块分别与电机驱动和比例阀相连，所述比例阀能够根据控制模块信号控制供料缸91输出打印材料的多少，从而控制红黄蓝三种颜色的混合比例，实现彩色打印功能。
再进一步，本发明创造具体实施方式中，所述分流管92通过混合器94与汇流管93相连，所述混合器94设置在顶盖2上，所述混合器94上下两端分别设有用于连接分流管92和汇流管93的连接通孔，所述混合器94内部设置有螺旋状腔体，所述螺旋状腔体与连接通孔连通；本发明创造通过所述混合器94进行不同颜色打印材料的混合，由于所述混合器94内部设有螺旋状腔体，从分流管92输送出的打印材料通过连接通孔流入到螺旋状腔体内，提高不同颜色打印材料的混合程度，使混合后的打印材料颜色纯净，减少其他颜色杂质，提高打印质量。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中还包括用于驱动供料缸91输出打印材料的气泵装置，所述气泵装置通过比例阀与供料缸91连通。本发明创造所述的3D打印机，控制模块通过控制控制各个供料缸上所设置的比例阀，控制气泵装置驱动供料缸输出打印材料的压强，从而控制不同颜色的打印材料混合时的比例，最终实现彩色打印。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中所述激光组件6设置有用于调节激光焦距的旋钮构件61，用户可通过转动所述旋钮构件61，以调节激光组件6的激光焦距，从而根据实际需要调整成品的打印精度。
参照图3，本发明创造还公开了一种3D打印机的使用方法，包括以下步骤：
操作调整机构，使激光组件激光束焦点对准打印头打印材料出口处；
输入三维模型数据，通过切片软件生成G代码；
3D打印机控制模块根据G代码控制激光组件激光发射功率；
3D打印机控制模块根据G代码控制移动机构运动，控制打印头基座位置；
3D打印机控制模块根据G代码控制各个供料缸所连接的比例阀，控制各个供料缸内气压，控制不同颜色打印材料的混合比例；
打印头挤出混合后的打印材料，激光组件射出激光束使打印材料固化。
本发明所述的打印方法通过控制模块控制各个供料缸上所设置的比例阀，控制气泵装置驱动供料缸输出打印材料的压强，从而控制不同颜色的打印材料混合时的比例，最终实现彩色打印。本发明所述使用方法易于实现，成本低，彩色打印效果好。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (12)

1.一种新型的3D打印机，包括底座(1)、顶盖(2)、打印头基座(3)以及安装在打印头基座(3)上的打印头(4)，所述底座(1)通过立柱(5)与顶盖(2)组装连接，所述打印头基座(3)通过移动机构与立柱(5)相连，其特征在于：还包括激光组件(6)，所述激光组件(6)安装在打印头基座(3)上，所述激光组件(6)所发出的激光束焦点位于打印头(4)中打印材料出口处。
2.根据权利要求1所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述激光组件(6)通过调整机构安装在打印头基座(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述调整机构包括调整滑条(72)以及设置有竖直面板(711)的微调支架(71)，所述微调支架(71)安装在打印头基座(3)上，所述激光组件(6)安装在调整滑条(72)端部，所述调整滑条(72)安装在微调支架(71)的竖直面板(711)上并可相对于竖直面板(711)移动。
4.根据权利要求3所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述竖直面板(711)上设置有两个以上第一槽口(712)，或者设置有一个环形的第一槽口，所述调整滑条(72)上设置有一个第二槽口(721)，所述第一槽口(712)以及第二槽口(721)宽度相互匹配，两个螺栓同时穿过第一槽口(712)以及第二槽口(721)，将调整滑条(72)与竖直面板(711)固定连接。
5.根据权利要求3所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述调整机构还包括连接块(73)和连接柱(74)，所述激光组件(6)安装在连接块(73)上，所述连接块(73)通过连接柱(74)与调整滑条(72)端部连接，所述连接柱(74)一端设有螺纹段，所述连接柱(74)螺纹段穿过调整滑条(72)并通过设置在调整滑条(72)两侧的螺母固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述移动机构包括三个移动臂单元，所述移动臂单元均包括安装在立柱(5)上的滑轨(81)以及可沿着滑轨(81)上下移动的滑台(82)，所述滑台(82)设有传动杆(83)，所述传动杆(83)两端分别与滑台(82)和打印头基座(3)球铰接。
7.根据权利要求6所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述滑台(82)上的传动杆(83)设有两根，所述传动杆(83)分别设置在滑台(82)左右两侧。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：还包括提供液体打印材料的供料机构，所述供料机构包括三个分别存储红黄蓝颜色打印材料的供料缸(91)，所述供料缸(91)分别安装在立柱(5)上，所述供料缸(91)分别通过分流管(92)与一端安装在顶盖(2)的汇流管(93)连接，所述汇流管(93)另一端与打印头相连。
9.根据权利要求8所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述分流管(92)通过混合器(94)与汇流管(93)相连，所述混合器(94)设置在顶盖(2)上，所述混合器(94)上下两端分别设有用于连接分流管(92)和汇流管(93)的连接通孔，所述混合器(94)内部设置有螺旋状腔体，所述螺旋状腔体与连接通孔连通。
10.根据权利要求9所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：还包括用于驱动供料缸(91)输出打印材料的气泵装置，所述气泵装置通过比例阀与供料缸(91)连通。
11.根据权利要求1所述的一种新型的3D打印机，其特征在于：所述激光组件(6)设置有用于调节激光焦距的旋钮构件(61)。
12.一种如权利要求10所述3D打印机的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
操作调整机构，使激光组件激光束焦点对准打印头打印材料出口处；输入三维模型数据，通过切片软件生成G代码；
3D打印机控制模块根据G代码控制激光组件激光发射功率；
3D打印机控制模块根据G代码控制移动机构运动，控制打印头基座位置；
3D打印机控制模块根据G代码控制各个供料缸所连接的比例阀，控制各个供料缸内气压，控制不同颜色打印材料的混合比例；
打印头挤出混合后的打印材料，激光组件射出激光束使打印材料固化。
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