CN108136668A - 用于三维打印机的塑型头 - Google Patents

Abstract

一种用于三维打印机(100)的塑型头(1)，包括：设有基壁(2)的第一主体，所述基壁(2)具有工作表面(2a)；和至少一个包括多个插入件(3)的第二主体，每个插入件(3)设有工作表面(3a)并且被布置处于从所述基壁(2)伸出的突出位置。所述插入件(3)可操作地彼此关联，使得各自的工作表面(3a)限定总工作表面(33a)，所述机器(100)内部正被加工的物体附着在所述总工作表面上，所述插入件(3)在抽出操作配置和缩回操作配置之间可移动，其中在所述抽出操作配置，在物体形成步骤期间，所述插入件处于前述的从所述基壁(2)伸出的突出位置，在所述收缩操作配置，在物体形成步骤结束时，所述插入件处于凹入所述基壁(2)的凹陷位置，因此在所述插入件(3)在所述操作配置之间移动时，该形成的物体与所述基壁(2)的工作表面形成接触并受到推力，使得所述物体从所述总工作表面(33a)上分离。

Description

用于三维打印机的塑型头

技术领域

本发明涉及一种用于三维打印机的塑型头。

更详细地，本发明属于三维打印(所谓的“3D打印”)的技术领域，如所知的，三维打印是一种通过固化和叠加由在外部刺激作用下容易凝固的液态树脂获得的多个层来生产三维物体的技术。

背景技术

三维打印技术可以具体且有效地应用于从塑料到金融领域各种不同类型工业中的原型的实现。

根据现有技术，三维打印机包括用于容纳液态树脂的缸和配备有工作表面的塑型头，所述工作表面通常是平坦的，适于支撑待制造的三维物体的固化层。此外，有包括光源的树脂刺激装置，光源通常为激光发射器，能够选择性地照射邻近所述缸的底部的液态树脂层，以使其固化。更详细地，通过选择性地刺激树脂，以使其在构成待制造物体的相应截面的点处固化，从而获得物体的每一层。

根据第一种已知技术，光源位于缸的下方，缸的底部对于光源所发射的光辐射为适度地透明的。在这种情况下，立体光刻工艺首先要求塑型头被安置在距缸的底部的距离等于待固化的层的厚度处。然后，光源选择性地照射靠近缸的底部的液体树脂层，以使它固化。更详细地，塑型头被配置使得固化层附着于缸的底部上，而缸的底部相反地具有减少这种附着性的涂层。为了形成每个后续层，塑型头远离缸的底部移动，以便使固化层显现出来，并且因此允许重置用于加工后续层的必要厚度的液体树脂。在此之后，塑型头将物体带回到一个位置，使得上一个固化层离缸的底部的距离等于待固化的新层的厚度，以使新层固化附着到前一层。依据第一种已知技术，其上形成物体的工作表面朝下，并且因此塑型头被逐渐升起并远离缸移动。

根据第二种已知技术，光源位于缸的上方。因此，不是通过刺激接近缸的底部的树脂层，而是照射液体树脂的表面层。根据该第二种已知技术，其上形成物体的工作表面朝上，并且因此塑型头逐渐下降进入缸内。

在该加工结束时，无论使用何种机器，都需要将成品从塑型头的工作表面分离。

通常，通过将切割工具滑动到工作表面上来手动执行物体的分离。

不利的是，该操作复杂并且耗时，因为必须非常小心地执行该操作，以防止刚刚生产的物体破裂或损坏。

为了克服这个缺点，文献EP 2523801示出了一种三维打印机，更准确地说，是一种立体光刻机器，其包括配备有工作表面的塑型头，在工作表面中开设有多个凹槽。在该加工结束时，在每个上述凹槽中，可以插入并滑动属于清洁工具的细长元件。该细长元件在三维物体上施加推力以使其从工作表面分离。因此，上述凹槽使得成品从工作表面的分离变得容易。尤其是，前述凹槽比构成三维物体的层的厚度更深，以防止凹槽自身由于加工要求或定位缺陷而被物体的第一层的固化而变得阻塞。

文献EP 2523801中所示的塑型头的主要缺点是它仍然需要专业操作员的人工介入，因此存在后续可能损坏刚刚形成的物体的风险。此外，不利地，操作者需要配备特定的工具，所述工具具有合适的尺寸和形状以使它可插入工作表面内形成的凹槽中。

根据EP2523801中的塑型头的另一个缺点是构造起来很复杂，因为它对于待制造凹槽的数量需要找到折衷方案。事实上，一方面，数量多的凹槽有利于物体的分离，但另一方面，弱化了工作表面对物体的抓持。因此，不利地，需要根据待制造的物体的类型来校准凹槽的数量。

不利地，所述工具的实现也意味着一些复杂性。首先，必须根据凹槽的数量，深度和凹槽之间的相互距离来制作工具以便测量。此外，工具必须由具有足够柔性的材料制成，以允许对物体施加渐进的力，但同时必须具有足够的刚性以保证物体从塑型头分离。

发明内容

在此背景下，本发明的技术任务是提出一种用于三维打印机的塑型头，所述塑型头消除了如上所述的已知技术的缺点。具体而言，本发明的目的是提供一种塑型头，其能够在不使用工具的情况下实现物体的快速分离。

本发明的另一个目的是实现一种塑型头，所述塑型头允许物体的安全分离，即不损坏或破坏刚形成的物体。

本发明的另一个目的是提供一种塑型头，所述塑型头允许非专业操作者分离物体，优选地，自动地分离物体。

本发明的另一目的是提供一种能够保证物体的正确定位和正确形成的塑型头。尤其是，本发明的目的是提供一种塑型头，该塑型头既允许在加工期间对物体进行最佳抓持，并且在加工结束时又容易将其分离。

所限定的技术任务和具体目标基本上通过用于三维打印机的塑型头来实现，所述塑型头包括在一个或多个所附权利要求中所阐述的技术特征。根据本发明，从属权利要求对应于塑型头的其他实施例。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下指示性的并且因此非限制性的用于三维打印机的塑型头的优选但非排他性实施例的描述中变得更清楚，如附图所示，其中：

图1示出了包括根据本发明的塑型头的三维打印机器的透视图；

图2示出了根据本发明的塑型头的透视图；

图3示出了图2中所示的塑型头处于第一操作配置的侧视图；

图4示出了图2中所示的塑型头处于第二操作配置的侧视图；

图5示出了图2中所示的塑型头的分解图；

图6示出了在图3中示出的塑型头处于所述第一操作配置的侧向截面图，并且为了更好地突出显示一些部件而移除了其他一些部件；

图7示出了在图4中示出的塑型头处于所述第二操作配置的侧向截面图，并且为了更好地突出显示一些部件而移除了其他一些部件。

具体实施例

图1示出了三维打印机100，其包括总体用数字1表示的塑型头。

纯粹通过非限制性实例示出的三维打印机100包括用于容纳液体树脂的缸102，并且设置有至少一个塑型头1，优选地，设置有三个头。已知类型的液态树脂能够在由位于缸102下方的光源(未示出)发射的辐射的作用下固化，缸102的底部102a对由光源发射的辐射为适度地透明的。

在机器的操作条件下，每个塑型头1又处于距缸102的底部102a的距离等于有待固化的层的厚度的位置处。随后，光源选择性地照射与缸102的底部102a相邻的液体树脂层，使得所述层固化。更详细地，塑型头1被设置使得固化层附着于塑型头1，而缸102的底部102a相反地具有减少这种附着性的涂层。优选地，底部102a由硅树脂材料制成或涂覆。然后，将每个塑型头1远离缸102的底部102a而移动，以便使固化层显现出来，并且因此允许重置用于后续层的加工的必要厚度的液体树脂。在此之后，每个塑型头1在其加工期间，将物体带回到一个位置，使得上一个固化层与缸102的底部102a相距的距离，等于待固化的新层的厚度，使新层固化附着到前一层。因此，在加工期间，塑型头1逐渐升高并远离缸102移动。不减少本发明的普遍性，包含根据本发明的塑型头的三维打印机甚至可以是加工头逐渐下降进入缸内的类型。

根据本发明，塑型头1包括第一基体2和第二基体3，每个基体具有相应的工作表面2a，3a。尤其是，如在下文将变得更清楚，在机器内部形成的物体附着到这些基体的工作表面中的至少一个上。优选地，形成的物体可替代地附着到所述工作表面中的一个上。

基体2,3可相对彼此移动，使得相应工作表面相互干涉，因此，所形成的物体受到推力，从而从其附着的工作表面2a，3a上分离。

更详细地，术语“干涉”是指以下所有的操作条件：

-工作表面相互交叉；

-工作表面初始对齐，并且在基体之间的相对运动之后，它们根据交错的平面被布置。

根据本发明的另一方面，基体2，3可相对于彼此移动，使得第二基体3处于从第一基体2伸出的突出位置或凹入所述第一基体2内的凹陷位置，因此基体2,3的相应工作表面2a，3a相互交叉，并且所形成的物体受到推力，从而使其从所附着的工作表面2a，3a上分离。

根据本发明的另一方面，基体2，3可沿正交于相应工作表面2a，3a的方向移动。

参照附图，第一基体2包括基壁。

根据本发明的另一方面并参照附图，第二基体3包括至少一个插入件。根据该实施例的这种变体，头1优选地包括多个插入件。

为了清楚起见，数字标号2和3在下文中也分别指基壁和上述插入件。

具体参考图2，3和5，塑型头1包括基壁2和多个插入件3，每个插入件设有工作表面3a并且被布置处于从基壁2伸出的突出位置。具体地，这些插入件3在操作上彼此相关联，使得相应的工作表面3a限定总工作表面33a(图1和图3)，机器100内部正被加工的物体附着在该工作表面33a上。根据本发明，插入件可在抽出操作配置(图3和6)和缩回操作配置(图4和7)之间移动，其中，在抽出操作配置，在物体形成步骤期间，插入件处于前述的从基壁2伸出的突出位置，在缩回操作配置，在物体形成步骤结束时，插入件处于凹入基壁2的凹陷位置。以这种方式，在插入件3已经在抽出和缩回配置之间移动之后，形成的物体与基壁2形成接触并受到推力，从而从总工作表面33a分离。换句话说，根据该实施例的这种变体，基壁2用作端部止挡件，限定了抵接和分离元件，该元件用于在插入件的缩回运动之后移动的该物体。

根据该实施例的另一变体，在机器内正在处理的物体附着到基壁2的工作表面2a上。该实施例的这种变体与上述实施例类似，不同之处在于插入件3在缩回操作配置和抽出操作配置之间可移动，其中在缩回操作配置，在物体形成步骤期间，它们处于进入基壁2内的凹陷位置，其中在抽出操作配置，在物体形成步骤结束时，它们处于从基壁2伸出的突出位置，因此每个插入件3的工作表面3a在形成的物体上施加推力，使得它从基壁2的工作表面2a分离。换言之，根据该实施例的这种变体，插入件起着推动器元件的作用，用于将物体从基壁2的工作表面2a分离。

因此，有利地，根据本发明的塑型头允许物体在不使用工具的情况下从工作表面分离。

优选地，在抽出位置，插入件3相对于基壁2伸出约0.5mm至约1.5mm之间的高度。

根据本发明的另一方面(图3，4和5)，插入件牢固地固定到相对于基壁2可移动的板4。优选地，根据本发明的另一方面，插入件与板4制成单件并且是该板的根据预定延伸方向延伸的突起。

根据本发明，头1包括用于移动基体2，3的移动装置。

具体地，根据图6和7所示的实施例的变体，塑型头1包括用于移动支撑插入件3的板4的移动装置5。

根据本发明的一个方面，移动装置5包括具有导向件7的滑块6，牢固约束于板4的销8被接合在导向件内并在其中滑动。具体地，滑块6相对于板4可移动，使得导向件7可以拖动销8并且启动本身牢固地约束于销8的板4的运动。更详细地，导向件7相对于水平方向倾斜，并且因此滑块6的平移运动根据倾斜轨迹确定销8的运动。具体地，销8在至少第一操作状态(图6)和至少第二操作状态(图7)之间进行交替运动，所述第一操作状态对应于插入件的抽出配置(图3)，所述第二操作状态对应于插入件的缩回配置(图4)。优选地，导向件7由形成在滑块6上的狭槽限定。

此外，移动装置5包括用于启动滑块6的运动的控制组件。根据本发明的一个方面，控制组件包括牢固地约束到螺纹元件10的旋钮9，该螺纹元件10优选为蜗杆，该蜗杆接合于设置在滑块6上的相应螺纹座中。在旋钮沿第一旋转方向旋转之后，螺纹元件旋转，使得滑块6到达与插入件的抽出位置(图6)对应的第一端部止挡位置。反之亦然，在旋钮沿相反旋转方向旋转之后，螺纹元件10旋转，使得滑块6到达与插入件的缩回位置(图7)对应的第二端部止挡位置。

根据本发明的另一方面(未示出)，控制组件包括在凸轮上可操作地起作用的电动机。根据该实施例的这种变体，滑块接合于其上的前述主轴与电动机的轴重合。具体地，电动机是无刷式的，并且它的启动由电子处理单元控制，优选地该电子处理单元集成到电动机上。

根据本发明的另一方面(图5)，基壁2包括格栅12，格栅12具有多个通向壳体隔室13(图2和6)的入口12a。具体地，插入件被可滑动地插入前述入口12a中以进入和离开所述壳体隔室13，从而分别处于前述的抽出和缩回的操作配置。优选地，每个入口12a具有与相应插入件的横截面形状互补的边缘。有利的是，这样的环境使得液体树脂渗入到壳体隔室13中的量能够被减到最小。

根据本发明的另一方面，每个插入件的工作表面基本上为长方形。优选地，每个插入件的工作表面还基本上是平坦的。

根据本发明的另一方面(图2)，塑型头1包括根据平行线(由图1中的线A，B，C标示)进行安置的多个插入件组。

本发明的操作是上述结构元件的直接结果，并且因此如下所述。

在开始物体形成步骤之前，插入件3被控制以便处于前述的抽出配置，因此被布置处于相对于基壁2的突出位置。这样，插入件3的各个工作表面3a合作以整体限定总工作表面33a，机器内部待形成的物体附着在该总工作表面33a上。

在加工结束时，在物体被完全形成之后并且仍然附着在总工作表面33a时，插入件3被控制以处于前述的缩回配置，因此被布置处于在基壁2内的凹陷位置。以这种方式，由于插入件3在抽出位置和缩回位置之间运动的作用，形成的物体与基壁2形成接触，基壁2施力使得物体从单独的工作表面3a分离，并且因此也从总工作表面分离。换言之，通过将每个插入件3凹进基壁2，例如，变为容纳在隔室13中，必然意味着，仍附着在插入件上的物体被驱动抵靠于基壁2，该基壁用作已形成的物体的端部止挡件，使物体停止并因此使物体从插入件分离，而插入件继续其行程直到它们被凹入基壁2内。因此，有利地，物体从加工头的分离安全地进行，而不使用可能危害刚生产的物体的完整性的工具。

本发明的另一个优点是它甚至允许非专业操作员分离物体。事实上，在加工结束时，操作员只需启动支撑插入件3的板4的移动装置5，使得插入件被移动以变成凹进基壁2内，即以插入件处于前述的缩回配置的这种方式。更有利的是，在移动装置5包括电动机的情况下，物体的分离完全自动地进行，而无需操作者的介入。

有利的是，根据本发明的塑型头既允许加工期间对物体进行最佳抓持并且在加工结束时又容易将其分离。事实上，考虑到基壁2起到端部止挡件的作用并且使物体分离，该头的工作表面可以方便地被优化以促进在形成步骤中对物体的抓持。

Claims (14)

1.一种用于三维打印机(100)的塑型头(1)，包括：

-第一主体，所述第一主体设有基壁(2)，所述基壁(2)具有工作表面(2a)；

-至少一个包括多个插入件(3)的第二主体，每个插入件(3)设置有工作表面(3a)并且被布置处于从所述基壁(2)伸出的突出位置，所述插入件(3)可操作地彼此关联，使得各自的工作表面(3a)限定总工作表面(33a)，所述机器(100)内部正被加工的物体附着在所述总工作表面上，所述插入件(3)在抽出操作配置和缩回操作配置之间可移动，其中在所述抽出操作配置，在物体形成步骤期间，所述插入件处于从所述基壁(2)伸出的突出位置，在所述收缩操作配置，在物体形成步骤结束时，所述插入件处于凹入所述基壁2内的凹陷位置，因此在所述插入件(3)在所述操作配置之间移动时，形成的物体与所述基壁(2)的工作表面形成接触并受到推力，使得所述物体从所述总工作表面(33a)分离。

2.根据前述权利要求中任一项所述的头(1)，其中，所述插入件(3)能够沿着与所述基壁(2)和所述插入件(3)它们本身的工作表面(2a，3a)正交的方向移动。

3.根据权利要求1所述的头(1)其中，所述插入件(3)牢固地固定到相对于所述基壁(2)可移动的板(4)。

4.根据权利要求3所述的头(1)，其中，所述插入件与所述板(4)制成为单件并且为所述板的根据预定延伸方向延伸的突起。

5.根据前述权利要求中任一项所述的头(1)，其中，移动装置(5)被设置用于移动所述基体(2，3)。

6.根据权利要求5所述的头(1)，当从属于权利要求3时，所述头(1)包括具有导向件(7)的滑块(6)，牢固约束于板(4)的销(8)在所述导向件(7)内滑动，所述滑块(6)相对于所述板(4)可移动，使得所述导向件(7)拖动所述销(8)并且启动所述板(4)的运动。

7.根据权利要求6所述的头(1)，其中，所述导向件(7)相对于水平方向倾斜，所述滑块(6)的运动根据倾斜轨迹确定所述销(8)的运动。

8.根据权利要求6或7所述的头(1)，其中，所述滑块(6)在至少第一操作状态和至少第二操作状态之间可进行交替运动，所述第一操作状态对应于所述插入件的所述抽出配置，所述第二操作状态对应于所述插入件的所述缩回配置。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的头(1)，包括用于启动所述滑块(6)的运动的控制组件。

10.根据权利要求9所述的头(1)，其中，所述控制组件包括牢固地约束到螺纹元件(10)的旋钮(9)，所述螺纹元件(10)接合于设置在所述滑块(6)上的相应螺纹座中，在所述旋钮沿第一旋转方向旋转之后，所述螺纹元件旋转，使得所述滑块(6)到达与所述插入件的所述抽出位置对应的第一端部止挡位置；在所述旋钮沿相反旋转方向旋转之后，所述螺纹元件旋转，使得所述滑块(6)到达与所述插入件的所述缩回位置对应的第二端部止挡位置。

11.根据权利要求1所述的头(1)，其中，所述基壁(2)包括格栅(12)，所述格栅(12)具有多个进入壳体隔室(3)的入口(12a)，所述插入件(3)可滑动地插入所述入口(12a)中以进入和离开所述壳体隔室(13)。

12.根据权利要求11所述的头(1)，其中，每个入口(12a)具有与相应插入件(3)的横截面形状互补的边缘。

13.根据权利要求1所述的头，包括根据平行线(A，B，C)进行安置的多个插入件组。

14.一种三维打印机(100)，包括根据前述权利要求中任一项所述的塑型头(1)。