CN107571497A - 一种3d打印机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印机及其应用。一种3D打印机，其特征在于，3D打印机包含：1）喷头系统，包含料液给送装置、料管、环形UV曝光装置、喷嘴、位置检测装置、位移装置；2）样件固定系统，包含位移装置、旋转装置、夹持装置；3）控制系统，包含运动部件控制、UV曝光控制、夹持控制、喷头位置控制、样件位置控制、料液输出控制。打印时，通过计算机控制样件的运动方式和轨迹，同时喷头输出料液到非平面物体表面，同时UV曝光，实现非平面切片3D打印成型。

Description

一种3D打印机及其应用

技术领域

本发明涉及一种3D打印机及其应用。

背景技术

利用光固化树脂的光固化特性，可实现3D打印，主要打印方式是立体光固化成型法（SLA），光源在液体表面或透明树脂槽底部进行扫描或数字式曝光，形成固化层，移动Z方向位置实现逐层打印。

SLA技术具有很高的打印速度和打印精度，且表面层纹不是很明显。在原型建模、工艺品制作等领域应用较为广泛。

传统的SLA技术的成型面为平面，即打印件的切片图形为平面，不能直接在非平面物体实现3D打印。对于球形或中空环形样件，如果采用平面切片打印的方法，需要大量支撑结构，且打印耗时长。

为实现在非平面物体表面直接3D打印，本发明公开了一种新型打印机及其应用。

发明内容

本发明提供了一种3D打印机及其应用。可实现在曲面物体表面直接3D打印。

一种3D打印的设备及方法，其特征在于，3D打印设备包含：

1）喷头系统，包含料液给送装置、料管、环形UV曝光装置、喷嘴、位置检测装置；

2）样件固定系统，包含位移装置、旋转装置、夹持装置；

3）控制系统，包含运动部件控制、UV曝光控制、夹持控制、喷头位置控制、样件位置控制、料液输出控制；

打印时，通过计算机控制曲形物体的运动方式和轨迹，同时喷头输出料液到曲面物体表面，UV曝光，实现曲面表面直接3D打印成型。

喷头系统，包含料液给送装置101、料管102、环形UV曝光装置103、喷嘴111、位置检测装置104，喷头位移装置110。料液由料液储罐经给送装置进入喷头料管和喷嘴。

喷头系统，喷头数量为大于等于1，喷头数量大于1时，不同的喷头可填装不同料液。

给送装置101是指气压柱塞泵式，丝杠柱塞泵式，螺杆挤出式等，但不限于上述形式。并且给送装置包含计量装置、阀门等必要的计量和控制组件。

料管102，连接给送装置和喷嘴，用于输送料液。采用工程塑料、金属等制成的圆柱形空心管状部件，例如聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酯PET、尼龙、碳钢、不锈钢304、不锈钢316、钛合金等，但不限于上述材质。料管带有外加热装置，保证料管内料液温度可控制在10-180摄氏度，优选的控制在30-100摄氏度。

环形UV曝光装置103，位于喷嘴上方2-50mm，优选的为4-30mm，用于固化已喷出料液。UV曝光装置的光源为LED/OLED灯珠、紫外光光纤光源、微型紫外LED阵列。

LED/OLED灯珠，灯珠直径0.1-20mm，优选2-5mm。发光波长在200-1000nm范围内，波谱式或单一波长，该波段光功率为0.05-300mW，优选的为300-450nm，此波段光功率为0.2-200mW。每只喷头配有一只或围绕喷头等间距的配有3-20只。

光纤光源，光线通过一束光纤由光源发生器导出。一束光纤外径1-20mm，优选2-5mm。发光波长在200-1000nm范围内，波谱式或单一波长，该波段光功率为0.05-300mW，优选的为300-450nm，此波段光功率为0.2-200mW。每只喷头配有一束或围绕喷头等间距的配有3-50束光纤。

微型紫外LED/OLED阵列光源，阵列由长0.1-100微米，宽0.1-100微米的LED/OLED组成，环形阵列宽度2-50毫米，优选的为5-20mm。通过程序控制需要亮起的部分，亮起部分宽度为喷头喷出或挤出料液轨迹宽度的10-200%，优选的为40-80%。发光波长在200-1000nm范围内，波谱式或单一波长，该波段光功率为0.05-300mW，优选的为300-450nm，此波段光功率为0.2-200mW。

喷嘴111，为挤出式喷嘴，挤出口内径为0.005-2.5毫米，优选的为0.05-0.5毫米。

喷嘴111，为喷射式喷嘴，喷出口内径为0.001-2.5毫米，优选的为0.01-0.3毫米。

位置检测装置104是指激光测距仪，扫描仪等，可以测量定位加工表面的高度和位置。

喷头位移装置110，喷头连接位移装置，控制和调节喷嘴的位置和运动。

样件固定系统，包含位移装置109、旋转装置108、夹持装置107。位移装置，是指精密丝杠传动，皮带传动等形式，但不限于上述形式，可以实现样件固定系统水平和垂直方向运动。旋转装置，连接在位移装置上，可带动夹持装置围绕水平中心轴旋转±360°，旋转精度大于0.0001°，优选的大于0.01°。

夹持装置107，是指夹具、真空吸附管、双顶针等，包含上述夹持方式但不限于上述方式，用于固定样件、成型载体，连接在旋转装置的中心轴。

夹持装置固定曲面物体112，喷头于物体表面逐层打印，形成打印层106。

夹持装置固定成型载体105，喷头于成型载体表面成型，106是指3D打印成型层。成型载体为水溶型、溶剂可溶解型、酸溶解、碱溶解型材料，例如聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、石膏、铁、玻璃等，但不限于上述材料。打印完成后将成型载体溶解或破坏去除。成型载体为棒状、圆弧曲面形、锥形，长方体形等，但不限于上述形状。

控制系统，包含运动部件控制、UV曝光控制、夹持控制、喷头位置控制、样件位置控制、料液输出控制。计算机控制样件的夹持，位移装置的位置和运动，旋转装置的旋转和定位，喷头系统的料液的挤出或喷出，环形UV装置的启动和关闭等。

曲面切片，是指打印样件的3D图通过计算机软件沿样件表面形状进行切片，切片薄层的垂直方向指向样件内部方向。切片厚度0.001-3mm，优选的为0.05-0.5mm。

打印材料，包括含有光敏树脂或含有陶瓷粉、陶瓷前驱体、二氧化硅粉、聚合物微球、炭黑、石墨烯、二氧化钛粉体、碳酸钙粉体、碳纤维、碳纳米管、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维金属（铜、银、金、铝及其氧化物）微纳米颗粒及其它微纳米粉体或纤维的复合物等，但不限于上述光敏树脂及其复合材料。

附图说明

图1是曲面物体表面3D打印设备结构示意图。

图2是曲面成型载体表面3D打印设备结构示意图。

应理解，在阅读了本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种3D打印机及应用，其特征在于，3D打印设备包含：

1）喷头系统，包含料液给送装置、料管、环形UV曝光装置、喷嘴、位置检测装置、位移装置；

2）样件固定系统，包含位移装置、旋转装置、夹持装置；

3）控制系统，包含运动部件控制、UV曝光控制、夹持控制、喷头位置控制、样件位置控制、料液输出控制；

打印时，通过计算机控制样件的运动方式和轨迹，同时喷头输出料液到非平面物体表面，同时UV曝光，实现非平面切片3D打印成型。

2.根据权利要求1所述的喷头系统，其特征在于，料液通过施压装置挤出至物体表面。

3.根据权利要求1所述的喷头系统，其特征在于，料液通过施压装置喷射至物体表面。

4.根据权利要求1所述的料管，其特征在于，料管带有外加热系统，控制料液温度在10-180摄氏度。

5.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，可带动夹持装置沿水平中心轴方向旋转±360°。

6.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，包含中孔管负压吸附装置。

7.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，包含两支同轴的顶针装置。

8.根据权利要求1所述的环形UV曝光装置，其特征在于，包含3至20个紫外LED灯珠。

9.根据权利要求1所述的环形UV曝光装置，其特征在于，包含3至50束紫外光光纤。

10.根据权利要求1所述的环形UV曝光装置，其特征在于，包含微型紫外LED矩阵。