CN107599384A - 一种高效3dp铺粉打印设备及其铺粉打印的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效3DP铺粉打印设备及其铺粉打印的方法，其中，高效3DP铺粉打印设备包括两个或两个以上沿X轴方向依次排布的打印平台，每个打印平台对应设置一个长方形的打印区域；各打印区域共用一个设置在各打印平台上方的铺粉装置和一个共用的打印头；铺粉装置的铺粉方向为与打印区域的排布方向一致的X轴方向，打印头的打印方向为与铺粉方向垂直的Y轴方向并且可沿X轴方向移动在各打印区域上方折回往返依次打印。本发明中，沿铺粉方向设置多个打印区域，并共用一个打印头和一个铺粉装置，打印方向和铺粉方向垂直设置，通过设置合理的铺粉和打印顺序，增加打印头和铺粉装置同时工作的时间，从而提高打印效率，降低打印成本。

Description

一种高效3DP铺粉打印设备及其铺粉打印的方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种高效3DP铺粉打印设备及其铺粉打印的方法。

背景技术

3DP成型方法是典型的粉末（或颗粒）材料3D打印技术，该技术最早由美国麻省理工大学于1989年在US5204055A1这篇专利中提出。该方法的具体过程为先在平台上均匀的铺一层粉末，打印头扫描并在特定区域内喷射一种液料，使得喷射部位的粉末粘结在一起，然后打印平台下降相应的的层厚距离，重复上述步骤，直至完成所有层的铺粉打印工作。现有技术中，基于上述技术的粉末3D打印设备普遍特征在于，铺粉和打印是分步骤依次完成的，存在等待时间，使得单层铺粉打印周期较长，从而导致设备打印效率大大受限。如想提高效率，只能通过增大打印面积、提高铺粉与打印速度、增加打印头的宽度等方法来实现，但上述方法中增加打印面积会增加整个设备的制造难度，甚至无法实现；铺粉与打印速度在达到特定的值后很难再提升；增加打印头的宽度会大大提高设备的制造与维护成本，且增加控制难度。上述方法只能小幅度的提升设备打印效率，远远不能满足粉末3D打印技术产业化推广应用的要求。

美国EXone公司于2014年在DE102014112447A1的专利中提到一种双工作箱的3D打印设备结构，该方法为双工作箱同时铺砂及打印，与同等成型尺寸的单箱3D打印设备相比，效率可成倍提高。但该方法的实质仍然是铺粉和打印分步骤依次完成，存在等待时间，效率未最大化。

美国Voxeljet公司于2013年在WO2015/096826的专利中提到提高打印效率的设备和方法，该方法主要为将一组或多组铺粉装置与打印头并列布置，可实现铺粉与打印同时进行，以及单向多层、双向多层同时打印的动作。但该方法在实施过程中仍然存在如下问题：首先将铺粉装置与打印头设置为同向运动，实际使用中，铺粉装置的运动速度远低于打印头的运动速度，因此打印效率由铺粉速度决定，如按此方法实施，还是无法显著提高打印效率；其次将铺粉装置与打印头设置为同向运动，要求将打印头的宽度设置为与铺粉装置的有效铺粉宽度相同，在实施该方法时，因受打印头制造难度、成本、控制难度等方面制约，可实施宽度往往只能控制在1米以内，会严重制约有效打印尺寸，且打印效率较低。

发明内容

本发明针对现有技术中３DP铺粉打印成型方法中打印头与铺粉装置速度不匹配而导致的打印效率低的问题，提供一种可提高打印效率的高效3DP铺粉打印设备，通过合理设置打印方向、铺粉方向及打印区域，减少打印头停机等待时间，提高3DP打印效率。

本发明的目的是这样实现的，一种高效3DP铺粉打印设备，包括两个或两个以上沿X轴方向依次排布的打印平台，每个打印平台对应设置一个长方形的打印区域；各打印区域共用一个设置在各打印平台上方的铺粉装置和一个共用的打印头；所述铺粉装置的铺粉方向为与打印区域的排布方向一致的X轴方向，所述打印头的打印方向为与铺粉方向垂直的Y方向并且可沿X方向移动在各打印区域上方折回往返依次打印。

本发明的打印设备，沿铺粉方向设置多个打印区域，多个打印区域共用一个打印头和一个铺粉装置，并且打印方向和铺粉方向垂直设置，每层铺粉打印过程中，通过设置合理的铺粉和打印顺序，增加打印头和铺粉装置同时工作的时间，减少等待时间，从而提高打印效率，降低打印成本。

为进一步提高铺粉打印的效率，所述铺粉装置为双向铺粉装置，沿X轴的正反方向均能铺粉。

作为上述打印设备的再一步改进，所述打印区域为边长沿X轴方向和Y轴方向的长方形区域，所述铺粉装置沿Y轴方向的单程铺粉长度大于或等于打印区域沿Y轴方向的边长；所述打印头沿Y轴方向的往复移动的极限位置的距离大于铺粉装置沿Y轴方向的长度。本发明的打印设备中铺粉装置从打印区域上方单程铺粉一次即完成该层的铺粉，当铺粉装置开始铺粉后，铺粉距离超过打印头沿X轴的长度后即可开始打印连续的折回打印，并与铺粉动作同时进行，直至本层铺粉和打印相继结束。

作为本发明打印设备的再一步改进，所述打印头沿X方向的单程打印宽度为打印区域沿X轴方向边长的偶数分之一。此种打印头长度设置方法，可以实现打印头完成一个打印区域的打印后，打印头停靠在打印区域同向外侧，便于打印头铺助装置的设置，例如，当打印头完成一个打印区域的打印暂停时，总是停止在打印区域外的同侧可以进行清洗维护的铺助工作。

为便于控制打印和铺粉的速度，各打印平台上的打印区域尺寸相同并且等间距排布。

为进一步实现本发明的目的，本发明还提供一种采用上述打印设备进行3DP高效铺粉打印的方法，包括如下步骤：

1）在３D打印生产现场沿X轴方向依次布置1#、2#…N#打印平台，各打印平台上对应设置1#、2#…N#打印区域，调节铺粉装置的位置，使其位于1#打印区域外侧的起始位置；然后再调节打印头位置，使其位于1#打印区域沿Y轴方向外侧的起始位置；

2）启动铺粉装置，使铺粉装置从1#打印区域开始沿铺粉方向依次向各打印区域铺粉，直至完成N#打印区域的铺粉，并暂停在N#打印区域外侧上方；当铺粉装置在1#打印区域沿铺粉方向铺粉至越过打印头沿Y轴方向对应的打印区域时，打印头启动沿Y轴方向从起始位置开始根据扫描的打印图案对1#打印区域进行打印，当打印头打印至1#打印区域沿Y轴的另一侧外侧时，打印头沿X轴方向移动至下一打印位置，继续折回打印对应的打印区域，如此反复折回打印，直至完成N#打印区域的打印并暂停在N#打印区域结束位置的外侧；

３）各打印平台下降对应的铺粉层高，铺粉装置反向从N#打印区域铺粉至１#打印区域，然后暂停在１#打印区域结束位的外侧；当铺粉装置在N#打印区域沿当前层铺粉方向越过打印头沿Y轴方向对应的打印区域时，打印头启动按与步骤２）的打印路线相反方向从N#打印区域往返折回打印至１#打印区域，结束１#打印区域的打印后暂停在１#打印区域结束位置的外侧；

４）各打印平台继续下降对应的铺粉层高，反复循环步骤２）和步骤３）的铺粉打印过程，直至完成各打印平台上产品的３DP铺粉打印。

附图说明

图1为本发明的高效3DP铺粉打印设备的布置示意图。

图2为铺粉装置和打印头分别开始启动后工作状态一示意图。

图3为铺粉装置完成一层铺粉后暂停在打印区域外侧的示意图。

图4为铺粉装置返回继续下一层铺粉的示意图。

图5为铺粉装置和打印头完成一个铺粉和打印往返循环后示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-图5所示为本发明的高效3DP铺粉打印设备，包括两个或两个以上沿X轴方向依次排布的打印平台，各打印平台通过升降装置控制可以实现升降动作，每个打印平台对应设置一个长方形的打印区域，分别为1#打印区域、2#打印区域…N#打印区域；各打印区域共用一个设置在各打印平台上方的铺粉装置1和一个共用的打印头2；铺粉装置1的铺粉方向为与打印区域的排布方向一致的X轴方向，并且该铺粉装置1为双向铺粉装置，可沿X轴方向双向往复铺粉；打印头2的打印方向为与铺粉方向垂直的Y方向并且可沿X方向移动在各打印区域上方折回往返依次打印。

本实施例的各打印区域为边长沿X轴方向和Y轴方向的长方形区域，并且各打印平台上的打印区域尺寸相同并且等间距排布。该装置中，铺粉装置1沿Y轴方向的单程铺粉长度大于或等于打印区域沿Y轴方向的边长；这样，铺粉装置1从打印区域上方铺一次粉，即可完成一个打印区域的单层铺粉。

为避免打印头2与铺粉装置1干涉，本实施例的打印头2沿Y轴方向的往复移动的极限位置的距离大于铺粉装置沿Y轴方向的长度。本发明的打印设备中铺粉装置1从打印区域上方单程铺粉一次即完成该层的铺粉，当铺粉装置1开始铺粉后，铺粉距离超过打印头2沿X轴的长度后即可开始打印，并与铺粉动作同时进行，直至本层铺粉和打印相继结束。

为便打印头铺助装备，打印头2沿X方向的单程打印宽度为打印区域沿X轴方向边长的偶数分之一。此种打印头长度设置方法，可以实现打印头完成一个打印区域的打印后，打印头2停靠在打印区域同向外侧，便于打印头2铺助装置的设置，例如，当打印头2完成一个打印区域的打印暂停时，总是停止在打印区域外的同侧可以进行清洗维护的铺助工作，因此，打印头外配的的清洗辅助装置只需沿打印区域单侧设置。

本发明的打印设备，沿铺粉方向设置多个打印区域，多个打印区域共用一个打印头2和一个铺粉装置1，并且打印方向和铺粉方向垂直设置，每层铺粉打印过程中，铺粉装置沿X轴开始铺粉距离超过打印头长度后，也就是与打印头同时工作时不与打印头相互干涉，并合理的控制铺粉速度和打印速度，增加打印头和铺粉装置同时工作的时间，减少等待时间，从而提高打印效率，降低打印成本。

实施例2

本实施例为上述实施的高效3DP铺粉打印设备进行3DP高效铺粉打印的方法，具体包括如下步骤：

1）如图1所示，在３D打印生产现场沿X轴方向依次布置1#、2#…N#打印平台，各打印平台上分别对应设置1#、2#…N#打印区域，调节铺粉装置1的位置，使其位于1#打印区域外侧的起始位置；然后再调节打印头2的位置，使其位于1#打印区域沿Y轴方向外侧的起始位置；

2）启动铺粉装置2，使铺粉装置2从1#打印区域开始沿铺粉方向依次向各打印区域铺粉，直至完成N#打印区域的铺粉，并暂停在N#打印区域外侧上方；当铺粉装置1在1#打印区域沿铺粉方向铺粉至越过打印头2沿Y轴方向对应的打印区域时，如图2所示，打印头2启动沿Y轴方向从起始位置开始根据扫描的打印图案对1#打印区域进行打印，当打印头2打印至1#打印区域沿Y轴的另一侧外侧时，打印头2沿X轴方向移动至下一打印位置，继续折回打印对应的打印区域，如此反复折回打印，直至完成N#打印区域的打印并暂停在N#打印区域结束位置的外侧，如图3所示；

３）各打印平台下降对应的铺粉层高，如图4所示，铺粉装置1反向从N#打印区域铺粉至１#打印区域，然后暂停在１#打印区域结束位的外侧；当铺粉装置1在N#打印区域沿当前层铺粉方向越过打印头沿Y轴方向对应的打印区域时，打印头2启动按与步骤２）的打印路线相反方向从N#打印区域往返折回打印至１#打印区域，结束１#打印区域的打印后暂停在１#打印区域结束位置的外侧，如图5所示；

４）各打印平台继续下降对应的铺粉层高，反复循环步骤２）和步骤３）的铺粉打印过程，直至完成各打印平台上产品的３DP铺粉打印。

本发明的3DP高效铺粉打印方法，通过合理设置铺粉方向和打印方向及打印过程中的铺粉顺序和打印顺序的控制，可以增加铺粉和打印同时动作的时间，提高打印效率。并且通过一个公用的铺粉装置和打印头可以进行多个打印区域的3DP打印，节约3DP打印设备的运行成本。

Claims (6)

1.一种高效3DP铺粉打印设备，包括两个或两个以上沿X轴方向依次排布的打印平台，每个打印平台对应设置一个长方形的打印区域；其特征在于，各打印区域共用一个设置在各打印平台上方的铺粉装置和一个共用的打印头；所述铺粉装置的铺粉方向为与打印区域的排布方向一致的X轴方向，所述打印头的打印方向为与铺粉方向垂直的Y轴方向并且可沿X轴方向移动在各打印区域上方折回往返依次打印。

2.根据权利要求1所述的高效3DP铺粉打印设备，其特征在于，所述铺粉装置为双向铺粉装置，沿X轴的正反方向均能铺粉。

3.根据权利要求1所述的高效3DP铺粉打印设备，其特征在于，所述打印区域为边长沿X轴方向和Y轴方向的长方形区域，所述铺粉装置沿Y轴方向的单程铺粉长度大于或等于打印区域沿Y轴方向的边长；所述打印头沿Y轴方向的往复移动的极限位置的距离大于铺粉装置沿Y轴方向的长度。

4.根据权利要求２所述的高效粉末3DP打印设备，其特征在于，所述打印头沿X方向的单程打印宽度为打印区域沿X轴方向边长的偶数分之一。

5.根据权利要求２所述的高效粉末3DP打印设备，其特征在于，各打印平台上的打印区域尺寸相同并且等间距排布。

6. 一种采用权利要求1-5任一项所述的打印设备进行3DP高效铺粉打印的 方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在３D打印生产现场沿X轴方向依次布置1#、2#…N#打印平台，各打印平台上对应设置1#、2#…N#打印区域，调节铺粉装置的位置，使其位于1#打印区域的外侧的起始位置；然后再调节打印头位置，使其位于1#打印区域沿Y轴方向外侧的起始位置；

2）启动铺粉装置，使铺粉装置从1#打印区域开始沿铺粉方向依次向各打印区域铺粉，直至完成N#打印区域的铺粉，并暂停在N#打印区域外侧上方；当铺粉装置在1#打印区域沿铺粉方向铺粉至越过打印头沿Y轴方向对应的打印区域时，打印头启动沿Y轴方向从起始位置开始根据扫描的打印图案对1#打印区域进行打印，当打印头打印至1#打印区域沿Y轴的另一侧外侧时，打印头沿X轴方向移动至下一打印位置，继续折回打印对应的打印区域，如此反复折回打印，直至完成N#打印区域的打印并暂停在N#打印区域结束位置的外侧；

３）各打印平台下降对应的铺粉层高，铺粉装置反向从N#打印区域铺粉至1#打印区域，然后暂停在1#打印区域结束位的外侧；当铺粉装置在N#打印区域沿当前层铺粉方向越过打印头沿Y轴方向对应的打印区域时，打印头启动按与步骤２）的打印路线相反方向从N#打印区域往返折回打印至1#打印区域，结束1#打印区域的打印后暂停在1#打印区域结束位置的外侧；

４）各打印平台继续下降对应的铺粉层高，反复循环步骤２）和步骤３）的铺粉打印过程，直至完成各打印平台上产品的３DP铺粉打印。