CN109094007A - 高点阵3d打印设备、工作方法及应用 - Google Patents

高点阵3d打印设备、工作方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高点阵3D打印设备及应用。其中，一种高点阵3D打印设备，包括高点阵喷头组件，其通过送料机构与至少两个搅拌室相连，所述搅拌室还与材料挤入装置相连，所述材料挤入装置与处理器相连；所述处理器用于根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；所述高点阵喷头组件还与驱动支架相连，所述驱动支架与X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构分别相连，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构均与处理器相连，用于实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，进而打印出3D模型。

Description

高点阵3D打印设备、工作方法及应用
技术领域
本发明属于3D打印设备领域，尤其涉及一种高点阵3D打印设备及应用。
背景技术
随着3D打印技术不断发展，3D打印已轻成为一种潮流,科技和医学的结合也会逐渐成为一种趋势。其现在广泛应用在设计领域和模型开发领域，可以在数小时内完成一个模具的打印，相比较于传统方法，节约了很多产品从开发到投入市场的时间。3D打印机可以用各种原料打印三维模型，使用3D辅助设计软件，设计出一个模型或原型之后就可以进行打印。其打印的原料可以是有机或者无机的材料，例如ABS、PVC、TPU等。
3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础。运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常用于模具制造、工业设计等领域液，现正逐渐适用于一些产品的直按制造。特别是一些高价值应用(比如关节或牙齿，或一些飞机零部件)己经有使用这种技术打印而成的零部件。
但是，现在的3D打印设备还存在以下缺陷：
(1)只局限于打印单一密度值的3D模型，例如：3D打印技术在医学人体体模的应用只局限于打印单一密度值的人体体模，无法实现根据扫描数据所呈现的密度值进行精确打印；
(2)打印时间较长、打印不够精准和无法高点阵打印的问题。
综上所述，亟需提供一种结构简单且精准快速的打印设备。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种高点阵3D打印设备，其可通过根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料来实现多密度值打印以及通过高点阵喷头组件来实现精准快速打印的目的。
本发明的一种高点阵3D打印设备，包括：
高点阵喷头组件，其通过送料机构与至少两个搅拌室相连，所述搅拌室还与材料挤入装置相连，所述材料挤入装置与处理器相连；所述处理器用于根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；
所述高点阵喷头组件还与驱动支架相连，所述驱动支架与X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构分别相连，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构均与处理器相连，用于实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，进而打印出3D模型。
进一步的，所述高点阵喷头组件包括出料管，其一端与送料机构相连，另一端与高点阵喷头相连；所述出料管外部设有散热器。
进一步的，所述高点阵喷头上设有外罩。其作用是保护喷头的，防止其他杂物进入喷头内部，导致喷头的损坏。
进一步的，当等效材料内包含光敏树脂时，所述高点阵3D打印设备还包括紫外光设备，其用于硬化光敏树脂来支撑等效材料。
进一步的，所述搅拌室内设置有搅拌轴，所述搅拌轴与驱动电机相连。
进一步的，所述搅拌室底部设有加热装置。
进一步的，所述处理器，还用于：对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径。
本发明的第二目的是提供一种高点阵3D打印设备的工作方法。
本发明的一种高点阵3D打印设备的工作方法，包括：
处理器根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；
在搅拌室内产生不同配比的等效材料，并输出至高点阵喷头组件内；
处理器通过控制X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构，进而实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，最终打印出3D模型。
进一步的，高点阵3D打印设备的工作方法，还包括：
对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径。
本发明的第三目的是提供一种高点阵3D打印设备的应用。
本发明的高点阵3D打印设备，用于不同密度值的3D模型等效打印，或用于人体组织等效打印。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料来实现多密度值打印以及通过高点阵喷头组件来实现精准快速打印的目的。
(2)本发明还对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径，实现了快速打印3D模型的目的。
(3)本发明的高点阵3D打印设备，用于人体组织等效打印，或不同密度值的3D模型等效打印。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的高点阵3D打印设备结构示意图。
其中，1为打印机外壳；2为搅拌室；3为显示屏；4为操作屏；5为驱动支架；6为高点阵喷头组件；7为打印平台。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一、一种高点阵3D打印设备
本实施例的一种高点阵3D打印设备，至少包括：
高点阵喷头组件6，其通过送料机构与至少两个搅拌室2相连，所述搅拌室2还与材料挤入装置相连，所述材料挤入装置与处理器相连；所述处理器用于根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；
所述高点阵喷头组件6还与驱动支架5相连，所述驱动支架与X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构分别相连，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构均与处理器相连，用于实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，进而打印出3D模型。
在图1中，本实施例的一种高点阵3D打印设备还包括打印机外壳1，打印机外壳1上设置有显示屏3和操作屏4，其中，操作屏4可采用触摸屏来实现。
高点阵喷头组件6下方设置有打印平台7，打印平台7用于承载打印的3D模型。
在另一实施中，所述高点阵喷头组件包括出料管，其一端与送料机构相连，另一端与高点阵喷头相连；所述出料管外部设有散热器。
其中，高点阵喷头为包含128*128以上(128*256，256*256，256*512，512*512等)的矩阵喷头阵列组合。
出料管可选用特氟龙管。
在另一实施中，所述高点阵喷头上设有外罩。其作用是保护喷头的，防止其他杂物进入喷头内部，导致喷头的损坏。
高点阵喷头上的冷却风扇采用的双风扇冷却系统，对等效材料尽心适当降温，在喷头组件外围的喷头是专门用于喷射光敏树脂的喷头，在紫外光的作用下，使打印出的模型加速固化成型。
在另一实施中，送料机构包括导料管，导料管的外壁与出料管的内壁过盈配合连接。
送料机构不仅适用ABS、PVC、TPU等常用3D打印材料，重要的是可以实现调制不同密度的打印材料打印，已使不同密度和配比的材料能够实现X线吸收率、超声传输速度、声阻抗、CT值和磁共振弛豫时间的人体不同组织等效效果。通过智能设备与3D打印机连接；安装于智能设备上的扫描系统和设计软件；本发明设计的3D打印机结构简单、设计合理、使用方便，不仅具有更大的作业空间，而且采用多喷嘴点阵打印，散热效率高，稳定性好，打印精度高，从而可以高效率的实现采用不同密度原料打印人体不同部位的目的。
在另一实施中，当等效材料内包含光敏树脂时，所述高点阵3D打印设备还包括紫外光设备，其用于硬化光敏树脂来支撑等效材料。
其中，紫外光设备可为紫外线灯。
在另一实施中，所述搅拌室内设置有搅拌轴，所述搅拌轴与驱动电机相连。
其中，搅拌室底部设有加热装置。
例如：设有八个搅拌室，分区域制备不同密度的等效材料。打印前需人为灌注液体材料一升，搅拌室底部有加热器，最高可加热至300摄氏度，处理器自动生成所需固体材料的质量。固体材料被制备成环状，且密度均匀，可根据需求精确输入固体材料的质量，其在搅拌室的控制下进入材料制备室，两材料混合，在材料制备室上方有搅拌轴，进行搅拌，使其充分混合且搅拌半小时至液体澄清并在热床上进行恒温存储，则源源不断的制备等效打印材料，以防打印中断出现打印模型受损的情况。
在另一实施中，所述处理器，还用于：对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径。
多个喷头组件构成印刷模块，印刷模块设置于驱动支架上，印刷模块主要作用是集多喷头于一平面上，便于进行分层打印。
本实施例采用熔融堆积的方法，由左及右，从下至上，打印快进行移动；水平方向：因为喷头较多，整个打印快只需小范围移动甚至不需要移动；垂直方向上只需要调节高度即可。
高点阵3D打印设备的机体下部为两个固体材料储存室，一个为等效固体材料储存室，一个为常规打印材料储存室。机体左部带有操作显示屏，可显示打印时间，打印材料的剩余量，暂停和终止打印。
本实施例通过根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料来实现多密度值打印以及通过高点阵喷头组件来实现精准快速打印的目的。
本实施例还对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径，实现了快速打印3D模型的目的。
二、一种高点阵3D打印设备的工作方法
本实施例还提供了一种高点阵3D打印设备的工作方法，至少包括：
处理器根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；
在搅拌室内产生不同配比的等效材料，并输出至高点阵喷头组件内；
处理器通过控制X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构，进而实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，最终打印出3D模型。
在另一实施例中，高点阵3D打印设备的工作方法，还包括：
对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径。
下面通过两个实例来具体说明等效人体打印的高点阵(矩阵)式3D打印机的运作过程，包括以下步骤：
(1)人体腿部等效打印
(1.1)打开打印机系统；
(1.2)进行材料的填充，检查固体材料是否充足；
(1.3)进行人体腿部的ct值采集，输入计算机，进行ct的分层统计，以便于不同ct值的等效材料的制备；
(1.4)数据分析完成后，设置打印物体的相对大小等，开始进行逐层打印。
(2)对国际象棋进行打印
(2.1)打开计算机和打印机系统
(2.2)检查材料剩余情况，进行材料的填充，如ABS、TPU等；
(2.3)做一个国际象棋3D模型文件输入处理器；
(2.4)数据分析完成后，设置打印物体的相对大小等，开始进行逐层打印。
三、一种高点阵3D打印设备的应用
本发明的高点阵3D打印设备，用于不同密度值的3D模型等效打印，或用于人体组织等效打印。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高点阵3D打印设备，其特征在于，包括：
高点阵喷头组件，其通过送料机构与至少两个搅拌室相连，所述搅拌室还与材料挤入装置相连，所述材料挤入装置与处理器相连；所述处理器用于根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；
所述高点阵喷头组件还与驱动支架相连，所述驱动支架与X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构分别相连，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构均与处理器相连，用于实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，进而打印出3D模型。
2.如权利要求1所述的一种高点阵3D打印设备，其特征在于，所述高点阵喷头组件包括出料管，其一端与送料机构相连，另一端与高点阵喷头相连；所述出料管外部设有散热器。
3.如权利要求2所述的一种高点阵3D打印设备，其特征在于，所述高点阵喷头上设有外罩。
4.如权利要求1所述的一种高点阵3D打印设备，其特征在于，当等效材料内包含光敏树脂时，所述高点阵3D打印设备还包括紫外光设备，其用于硬化光敏树脂来支撑等效材料。
5.如权利要求1所述的一种高点阵3D打印设备，其特征在于，所述搅拌室内设置有搅拌轴，所述搅拌轴与驱动电机相连；
或所述搅拌室底部设有加热装置。
6.如权利要求1所述的一种高点阵3D打印设备，其特征在于，所述处理器，还用于：对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的高点阵3D打印设备的工作方法，其特征在于，包括：
处理器根据3D模型的各层密度值来控制材料挤入装置挤入搅拌室相应配比的材料；
在搅拌室内产生不同配比的等效材料，并输出至高点阵喷头组件内；
处理器通过控制X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构，进而实现高点阵喷头组件在X轴、Y轴和Z轴方向的运动，最终打印出3D模型。
8.如权利要求7所述的高点阵3D打印设备的工作方法，其特征在于，还包括：
对载入的3D模型进行切片分层并获取每一分层的密度值信息，进而生成最优打印路径。
9.一种如权利要求1-6中任一项所述的高点阵3D打印设备，其特征在于，用于不同密度值的3D模型等效打印。
10.一种如权利要求1-6中任一项所述的高点阵3D打印设备，其特征在于，用于人体组织等效打印。
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