CN109049693A - 3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印设备，涉及粉末材料成形生产装置的技术领域。本发明提供的3D打印设备包括：打印平台、铺粉单元和喷墨单元；铺粉单元用于向打印平台铺粉；喷墨单元包括喷墨装置和喷墨运动系统；喷墨装置的喷墨面积覆盖打印平台；喷墨运动系统与喷墨装置连接，用于驱动喷墨装置沿第一方向运动，以靠近或者远离打印平台。通过本发明提供的3D打印设备，缓解了现有技术中的3D打印装置对粉末型材料进行打印成型，所存在的制造出的产品形状精度较低，性能较差的技术问题。

Description

3D打印设备

技术领域

本发明涉及粉末材料成形生产装置的技术领域，尤其是涉及一种3D打印设备。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印层叠的方式来构造物体，实现增材制造。3D打印技术具有节省原材料，并且适用于加工结构复杂的零件。在模具制造和工业设计等领域，被用于制造模型；也用于一些产品的直接制造。利用3D打印技术进行新产品的开发，有利于缩短开发时间，节省开发费用，加快开发进度，促进产品的迭代发展。

随着技术的成熟，3D打印越来越多地被应用于铸造行业。对粉末进行3D打印时，在打印平台上铺一层粉末；依据所要打印的形状，喷涂粘结剂；被喷到粘结剂的粉末发生固化成型，这样完成一层的打印；如此循环，逐层进行打印，完成立体形状的成型，最终打印出用于铸造的粉末模型。

但是，现有技术中的3D打印装置对粉末型材料进行打印成型，存在制造出的产品形状精度较低，性能较差的技术问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印设备，以缓解现有技术中的3D打印装置对粉末型材料进行打印成型，所存在的制造出的产品形状精度较低，性能较差的技术问题。

本发明提供的3D打印设备包括：打印平台、铺粉单元和喷墨单元；铺粉单元用于向打印平台铺粉；喷墨单元包括喷墨装置和喷墨运动系统；喷墨装置的喷墨面积覆盖打印平台；喷墨运动系统与喷墨装置连接，用于驱动喷墨装置沿第一方向运动，以靠近或者远离打印平台。

进一步的，铺粉单元包括铺粉装置和铺粉运动系统；铺粉运动系统与铺粉装置连接，用于驱动铺粉装置沿打印平台的顶面移动。

进一步的，本发明提供的3D打印设备还包括举升装置；举升装置与打印平台传动连接，用于驱动打印平台沿第二方向运动，以使打印平台靠近或者远离铺粉装置。

进一步的，第一方向平行于第二方向。

进一步的，本发明提供的3D打印设备包括工作箱，举升装置和打印平台均设置于工作箱中。

进一步的，喷墨运动系统包括喷墨导向件和喷墨驱动机构，喷墨导向件与喷墨装置连接，并且沿第一方向延伸；喷墨驱动机构与喷墨装置传动连接，用于驱动喷墨装置沿喷墨导向件移动。

进一步的，喷墨运动系统包括横向驱动机构，横向驱动机构与喷墨装置连接，用于驱动喷墨装置沿平行于打印平台的方向移动。

进一步的，铺粉运动系统包括铺粉导向件和铺粉驱动机构，铺粉导向件与铺粉装置连接；铺粉驱动机构与铺粉装置传动连接，用于驱动铺粉装置沿铺粉导向件移动。

进一步的，铺粉导向件沿打印平台的长度方向延伸；铺粉装置的覆盖宽度不小于打印平台的宽度。

进一步的，喷墨装置包括打印头，打印头上设置有多个可独立控制的喷嘴，多个喷嘴均匀分布。

进一步的，本发明提供的3D打印设备包括上部框架和下部框架，上部框架连接于下部框架的上方；打印平台设置于下部框架中，铺粉单元连接于下部框架的顶部；喷墨单元设置于上部框架中。

本发明提供的3D打印设备，涉及粉末材料成形生产装置的技术领域。本发明提供的3D打印设备包括：打印平台、铺粉单元和喷墨单元；铺粉单元用于向打印平台铺粉；喷墨单元包括喷墨装置和喷墨运动系统；喷墨装置的喷墨面积覆盖打印平台；喷墨运动系统与喷墨装置连接，用于驱动喷墨装置沿第一方向运动，以靠近或者远离打印平台。使用本发明提供的3D打印设备对粉末材料进行打印，粉末通过铺粉单元，铺设到打印平台上；喷墨装置向打印平台喷涂粘结剂，打印平台上的粉末被喷涂到粘结剂的部分发生固化成型。

本发明提供的3D打印设备向打印平台喷涂粘结剂的过程中，喷墨装置在喷墨运动系统的带动下，运动至靠近打印平台的位置，向打印平台喷涂粘结剂。喷墨装置的喷墨面积覆盖打印平台，这样，喷墨装置可在省去沿打印平台的长距离移动的情况下，对打印平台全覆盖。

喷墨装置完成一次喷涂后，在喷涂运动系统的带动下，运动至远离打印平台的位置，为铺粉单元的铺粉动作让出空间，便于铺粉单元和喷墨单元在打印平台上，交替进行铺粉和粘结剂的喷涂。

本发明提供的3D打印设备，喷墨装置可省去沿打印平台的长距离移动，缩减了喷涂粘结剂所需时间，提高了打印效率。

现有技术中的3D打印装置，用于喷涂粘结剂的装置需要沿打印平台长距离移动，以对打印平台实现全覆盖。装置边移动，边向打印平台喷涂粘结剂。装置在移动过程中，会产生气流；粘结剂喷出后向打印平台运动，易受到气流的干扰。一方面粘结剂的体积易因气流的冲击而发生变化，变得不稳定，另一方面粘结剂向打印平台运动的轨迹也会随气流而改变，使粘结剂落到打印平台粉面上的位置发生偏移。

本发明提供的3D打印设备，喷墨装置可省去沿打印平台的长距离移动，从而减少了气流对喷墨装置喷涂粘结剂的影响，使得粘结剂喷涂到打印平台上的位置和喷涂量的精度更高，有利于提高3D打印粉末型材料，所制造出的产品的形状精度和性能。

综上所述，通过本发明提供的3D打印设备，可以提高制造效率，并且缓解了现有技术中的3D打印装置对粉末型材料进行打印成型，所存在的制造出的产品形状精度较低，性能较差的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的3D打印设备的第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的3D打印设备的第二种实施方式的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的3D打印设备的第二种实施方式中打印平台、铺粉单元、上部框架和下部框架的的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的3D打印设备的第二种实施方式中喷墨单元的的结构示意图。

图标：11-上部框架；12-下部框架；20-打印平台；21-工作箱；31-第二导轨；32-举升驱动机构；40-喷墨装置；50-喷墨运动系统；51-丝母座；52-丝杠；53-第三导轨；54-连接板；60-横向驱动机构；61-第四导轨；70-铺粉装置；81-第一导轨；82-铺粉驱动机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的3D打印设备包括：打印平台20、铺粉单元和喷墨单元；铺粉单元用于向打印平台20铺粉；喷墨单元包括喷墨装置40和喷墨运动系统50；喷墨装置40的喷墨面积覆盖打印平台20；喷墨运动系统50与喷墨装置40连接，用于驱动喷墨装置40沿第一方向运动，以靠近或者远离打印平台20。

具体地，使用本发明实施例提供的3D打印设备对粉末材料进行打印，粉末通过铺粉单元，铺设到打印平台20上；喷墨装置40向打印平台20喷涂粘结剂，打印平台20上的粉末被喷涂到粘结剂的部分发生固化成型。

本发明实施例提供的3D打印设备向打印平台20喷涂粘结剂的过程中，喷墨装置40在喷墨运动系统50的带动下，运动至靠近打印平台20的位置，向打印平台20喷涂粘结剂。喷墨装置40的喷墨面积覆盖打印平台20，这样，喷墨装置40可在省去沿打印平台20的长距离移动的情况下，对打印平台20全覆盖。

喷墨装置40完成一次喷涂后，在喷墨运动系统50的带动下，运动至远离打印平台20的位置，为铺粉单元的铺粉动作让出空间，便于铺粉单元和喷墨单元在打印平台20上，交替进行铺粉和粘结剂的喷涂。

本发明实施例提供的3D打印设备，喷墨装置40可省去沿打印平台20的长距离移动，缩减了喷涂粘结剂所需时间，提高了打印效率。

现有技术中的3D打印装置，用于喷涂粘结剂的装置需要沿打印平台20长距离移动，以对打印平台20实现全覆盖。装置边移动，边向打印平台20喷涂粘结剂。装置在移动过程中，会产生气流；粘结剂喷出后向打印平台20运动，易受到气流的干扰。一方面粘结剂的体积易因气流的冲击而发生变化，变得不稳定，另一方面粘结剂向打印平台20运动的轨迹也会随气流而改变，使粘结剂落到打印平台20粉面上的位置发生偏移。

本发明实施例提供的3D打印设备，喷墨装置40可省去沿打印平台20的长距离移动，从而减少了气流对喷墨装置40喷涂粘结剂的影响，使得粘结剂喷涂到打印平台20上的位置和喷涂量的精度更高，有利于提高3D打印粉末型材料，所制造出的产品的形状精度和性能。

在一些实施例中，打印平台20的顶面沿水平面方向设置；第一方向垂直于打印平台20的顶面，沿竖直方向。

本领域的技术人员应当理解，第一方向并不局限于垂直于打印平台20的顶面，也不局限于沿竖直方向设置。喷墨装置40完成粘结剂的喷涂后，沿第一方向运动至远离打印平台20的位置，以让出空间给铺粉单元向打印平台20进行铺粉。第一方向与打印平台20的顶面之间的角度，也可以设为大于0度且小于90度，并且第一方向也可以相对于竖直方向倾斜设置。

在一些实施例中，请参照图1和图2，本发明实施例提供的3D打印设备包括上部框架11和下部框架12，上部框架11连接于下部框架12的上方；打印平台20设置于下部框架12中，铺粉单元连接于下部框架12的顶部；喷墨单元设置于上部框架11中。

具体地，上部框架11和下部框架12，用于承载喷墨单元和铺粉单元，并且构成上下两个区域。喷墨单元在上部框架11中运动，打印平台20设置于下部框架12中，使得各个运动部件上下分布更加匀称，结构更加稳固，且便于装配和后期维护。

在一些实施例中，上部框架11和下部框架12分别采用多根型材搭接而成。

进一步的，喷墨装置40包括打印头，打印头上设置有多个可独立控制的喷嘴，多个喷嘴均匀分布，且均与粘结剂供应管路连接。

各个喷嘴分别与控制系统连接；在进行各层打印中，控制系统依照设定的形状，分别控制各个喷嘴喷涂粘结剂或者关闭，以使打印平台20上所铺设的粉末，依照设定的形状被喷涂到粘结剂，被喷涂到粘结剂的粉末固化成型。

进一步的，铺粉单元包括铺粉装置70和铺粉运动系统；铺粉运动系统与铺粉装置70连接，用于驱动铺粉装置70沿打印平台20的顶面移动。

具体地，铺粉装置70沿打印平台20的顶面移动的过程中，同时通过出料口向打印平台20铺粉，使铺粉装置70运动范围的铺粉整体面积覆盖打印平台20。

进一步的，铺粉运动系统包括铺粉导向件和铺粉驱动机构82，铺粉导向件与铺粉装置70连接；铺粉驱动机构82与铺粉装置70传动连接，用于驱动铺粉装置70沿铺粉导向件移动。

具体地，请参照图3，铺粉导向件包括第一导轨81，第一导轨81固定于下部框架12的顶部，铺粉装置70滑动连接于第一导轨81。

在一些实施例中，铺粉驱动机构82包括电机模组，电机模组固定于下部框架12的顶部；铺粉装置70与电机模组的输出部连接。电机模组驱动铺粉装置70沿第一导轨81往复移动。

在一些实施例中，铺粉运动系统包括两个第一导轨81，两个第一导轨81均固定于下部框架12的顶部。两个第一导轨81位于打印平台20的两侧，且第一导轨81的行程大于打印平台20的长度，以避免铺粉装置70和喷墨装置40的运动发生干涉。

本领域的技术人员应当理解，铺粉驱动机构82并不局限于采用电机模组。作为另一种实施方式，铺粉驱动机构82还可以采用气缸、齿轮齿条机构或者皮带模组。

当喷墨装置40运动至远离打印平台20的位置时，铺粉装置70位于喷墨装置40与打印平台20之间。

作为另一种实施方式，第一导轨81也可以固定于上部框架11。

进一步的，铺粉导向件沿打印平台20的长度方向延伸；铺粉装置70的覆盖宽度不小于打印平台20的宽度。

具体地，铺粉装置70沿垂直于第一导轨81的方向延伸。打印平台20的顶面设置为矩形，第一导轨81沿该矩形的长边延伸。铺粉装置70的覆盖宽度等于该矩形的短边；铺粉装置70沿第一导轨81，从该矩形长边的一端运动至另一端，铺粉面积对打印平台20全覆盖。

作为另一种实施方式，打印平台20的顶面设置为圆形或者菱形。铺粉装置70边沿铺粉导向件移动，边向打印平台20铺粉，铺粉装置70运动范围的铺粉整体面积，覆盖打印平台20的顶面。

本领域的技术人员应当理解，打印平台20的顶面的形状不局限于矩形、圆形或者菱形，铺粉装置70的延伸方向不局限于垂直于第一导轨81。例如，打印平台20的顶面设置为平行四边形，第一导轨81沿该平行四边形的一条边延伸，铺粉装置70沿相邻的另一条边延伸。

进一步的，本发明实施例提供的3D打印设备还包括举升装置；举升装置与打印平台20传动连接，用于驱动打印平台20沿第二方向运动，以使打印平台20靠近或者远离铺粉装置70。

具体地，铺粉装置70和喷墨装置40，分别逐层向打印平台20铺粉和喷涂粘结剂；打印平台20上的粉末与粘结剂固化成型后的结构的高度，逐层增加。在完成一层后，举升装置驱动打印平台20向远离铺粉装置70的方向运动，以使铺粉装置70每次进行铺粉时，铺粉装置70的出料口距打印平台20上的粉面的距离保持一致，以保证铺粉的准确性和多次铺粉的一致性，提高打印效果。

在一些实施例中，请参照图2和图3，举升装置包括第二导轨31和举升驱动机构32；第二导轨31固定于下部框架12，并且沿第二方向延伸。打印平台20连接于第二导轨31；举升驱动机构32固定于下部框架12，并且与打印平台20传动连接，以驱动打印平台20沿第二方向移动。

在一些实施例中，举升装置包括多根第二导轨31，多根第二导轨31分布于打印平台20的外侧，且均连接于下部框架12。

在一些实施例中，举升驱动机构32包括直线模组，该直线模组安装于下部框架12，打印平台20与该直线模组的输出部连接。

进一步的，第一方向垂直于打印平台20的顶面。

进一步的，第一方向与第二方向平行，均垂直于打印平台20的顶面。

在一些实施例中，打印平台20的顶面沿水平面设置，第一方向和第二方向均沿竖直方向设置。

作为另一种实施方式，举升驱动机构32还可以采用齿轮齿条机构或者皮带模组。

进一步的，本发明实施例提供的3D打印设备包括工作箱21，举升装置和打印平台20均设置于工作箱21中。

具体地，请参照图1，工作箱21包围打印平台20和举升装置。工作箱21用于盛放构建材料和打印完成的产品，并且在打印过程中，阻挡粉末向外部扩散。

工作箱21垂直于第二方向的截面形状，可设置为方向、圆形或者菱形。

进一步的，喷墨运动系统50包括喷墨导向件和喷墨驱动机构，喷墨导向件与喷墨装置40连接，并且沿第一方向延伸；喷墨驱动机构与喷墨装置40传动连接，用于驱动喷墨装置40沿喷墨导向件移动。

具体地，喷墨导向件包括第三导轨53，第三导轨53安装于上部框架11，并且沿第一方向延伸，喷墨装置40连接于第三导轨53。

在一些实施例中，请参照图2和图4，喷墨运动系统50包括多根第三导轨53，多根第三导轨53分布于喷墨装置40的外侧，且分别连接于上部框架11的立柱。

在一些实施例中，喷墨驱动机构包括连接板54、丝母座51、丝杠52和电动机，喷墨装置40安装于连接板54的底部；丝母座51固定于上部框架11的顶部。丝杠52的下端，通过轴承安装于连接板54；丝杠52的上端伸入丝母座51中，与丝母座51配合。电动机安装于连接板54，并与丝杠52传动连接。电动机带动丝杠52转动，从而在丝杠52与丝母座51的配合作用下，驱动连接板54和丝杠52一起相对于上部框架11上下移动。

作为另一种实施方式，喷墨驱动机构还可以采用气缸、齿轮齿条机构、皮带模组或者曲柄滑块机构。

使用本发明实施例提供的3D打印设备对粉末材料进行打印，铺粉装置70在铺粉运动系统的带动下，沿平行于打印平台20的顶面的方向，从打印平台20长边的第一端运动至第二端，完成一次铺粉；喷墨装置40在喷墨运动系统50的带动下，沿第一方向，运动至打印平台20上的粉面的上面3mm，进行一次粘结剂的喷涂；随后，喷墨装置40在喷墨运动系统50的带动下，沿第一方向，运动至最高点；然后，铺粉装置70在铺粉运动系统的带动下，回位至打印平台20长边第一端；举升装置带动打印平台20向下运动，使打印平台20上的粉面距铺粉装置70的距离，与本次铺粉前的距离保持一致。这样，即完成一次打印循环；依次循环，完成产品的打印。

进一步的，喷墨运动系统50还包括横向驱动机构60，横向驱动机构60与喷墨装置40连接，用于驱动喷墨装置40沿平行于打印平台20的方向移动。

具体地，在进行粘结剂的喷涂的过程中，喷墨驱动机构驱动喷墨装置40运动至靠近打印平台20的位置，喷墨装置40进行一次粘结剂的喷涂；然后，横向驱动机构60驱动喷墨装置40相对于打印平台20，沿平行于打印平台20的顶面的方向运动一段距离，喷墨装置40进行二次粘结剂的喷涂；随后，喷墨装置40在喷墨运动系统50的带动下，回位至最高点。

通过横向驱动机构60，实现在一层打印中，喷墨装置40在多个位置进行多次粘结剂的喷涂。这样，能够减少因个别喷嘴损坏未能正常喷涂，而导致的部分粉面漏喷；有利于使粉末依照设定的形状被喷涂上粘结剂，提高粘结剂喷涂的稳定性，进而提高打印出的产品的精度和性能。

在一些实施例中，连接板54的底部安装有第四导轨61，第四导轨61沿平行于打印平台20的顶面的方向延伸；喷墨装置40连接于第四导轨61。

横向驱动机构60包括电机模组，该电机模组安装于连接板54，输出端与喷墨装置40连接；该电机模组驱动喷墨装置40相对于连接板54，沿第四导轨61移动。

在一些实施例中，第四导轨61平行于第一导轨81。

作为另一种实施方式，横向驱动机构60还可以采用气缸、齿轮齿条机构、皮带模组或者曲柄滑块机构。

最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。而这些修改、替换或者组合，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种3D打印设备，其特征在于，包括：打印平台、铺粉单元和喷墨单元；所述铺粉单元用于向所述打印平台铺粉；

所述喷墨单元包括喷墨装置和喷墨运动系统；所述喷墨装置的喷墨面积覆盖所述打印平台；

所述喷墨运动系统与所述喷墨装置连接，用于驱动所述喷墨装置沿第一方向运动，以靠近或者远离所述打印平台。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述铺粉单元包括铺粉装置和铺粉运动系统；所述铺粉运动系统与所述铺粉装置连接，用于驱动所述铺粉装置沿所述打印平台的顶面移动。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括举升装置；所述举升装置与所述打印平台传动连接，用于驱动所述打印平台沿第二方向运动，以使所述打印平台靠近或者远离所述铺粉装置。

4.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述第一方向平行于所述第二方向。

5.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括工作箱，所述举升装置和所述打印平台均设置于所述工作箱中。

6.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述喷墨运动系统包括第一喷墨导向件和第一喷墨驱动机构，所述第一喷墨导向件与所述喷墨装置连接，并且沿所述第一方向延伸；

所述第一喷墨驱动机构与所述喷墨装置传动连接，用于驱动所述喷墨装置沿所述第一喷墨导向件移动。

7.根据权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，所述喷墨运动系统包括横向驱动机构，所述横向驱动机构与所述喷墨装置连接，用于驱动所述喷墨装置沿平行于所述打印平台的方向移动。

8.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，所述铺粉运动系统包括铺粉导向件和铺粉驱动机构，所述铺粉导向件与所述铺粉装置连接；

所述铺粉驱动机构与所述铺粉装置传动连接，用于驱动所述铺粉装置沿所述铺粉导向件移动。

9.根据权利要求8所述的3D打印设备，其特征在于，所述铺粉导向件沿所述打印平台的长度方向延伸；

所述铺粉装置的覆盖宽度不小于所述打印平台的宽度。

10.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括上部框架和下部框架，所述上部框架连接于所述下部框架的上方；

所述打印平台设置于所述下部框架中，所述铺粉单元连接于所述下部框架的顶部；

所述喷墨单元设置于所述上部框架中。