CN109551756B - 转鼓成像打印装置和打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转鼓成像打印装置和打印方法，包括显影输料装置、成型装置和驱动装置；显影输料装置包括显影鼓和打印料铺设模组，显影鼓绕第一轴线旋转，打印料铺设模组用于在显影鼓的显影面铺设预设图案的打印料层；成型装置包括料鼓和成型器，料鼓绕第二轴线旋转，旋转的显影鼓将打印料层直接或间接输送至料鼓上，成型器对旋转的料鼓上的打印料层进行固化处理；驱动装置用于驱动显影输料装置和/或成型装置使两者的间距按预设方案调整。本发明提供的转鼓成像打印装置和打印方法，将电磁成像技术应用到3D打印技术中，极大提升了打印速率，同时打印精度较高，满足各种情形的打印需求。

Description

转鼓成像打印装置和打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印的技术领域，尤其涉及基于转动鼓的进行三维模型成型的装置和打印方法。
背景技术
3D打印作为一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印并层层叠加来构造三维模型,具体有多种打印方法，例如SLA(Stereo LithographyApparatus)或DLP(Digital LightProcessing)等光固化方式，以及SLS(Selective Laser Sintering)，SLM(SelectiveLaser Sintering Melting)或3DP(通过在粉末床上选区喷射粘结剂层层叠加制作模型)等基于铺粉的打印方式。但现有的打印方法中存在多种不足，例如有些打印方法的打印速度慢，或者不容易实现多种材料的复合打印，或者打印精度存在不足，或者应用环境不友好。
传统二维打印技术中的电磁成像技术包括静电成像技术和磁成像技术。静电成像技术(或称为静电照相技术)或磁成像技术是在2D打印中常用的技术，采用类似的方式同样可以实现3D打印。
本发明以上述背景为前提，提出了全新的转鼓成像打印装置和打印方法。
发明内容
本发明提供了一种转鼓成像打印装置和打印方法，将电磁成像技术应用到3D打印技术中，极大提升了打印速率。具体方案如下：
一种转鼓成像打印系统，包括显影输料装置、成型装置和驱动装置；
显影输料装置包括显影鼓和打印料铺设模组，显影鼓绕第一轴线旋转，打印料铺设模组用于在显影鼓的显影面铺设预设图案的打印料层；
成型装置包括料鼓和成型器，料鼓绕第二轴线旋转，旋转的显影鼓将打印料层直接或间接输送至料鼓上，成型器对旋转的料鼓上的打印料层进行固化处理；
驱动装置用于驱动显影输料装置和/或成型装置相对移动，打印过程中使显影输料装置和成型装置的间距拉大。
一种转鼓成像打印系统，包括显影输料装置、成型装置和驱动装置；
显影输料装置包括显影鼓和打印料铺设模组，显影鼓绕第一轴线旋转，打印料铺设模组用于在显影鼓的显影面铺设具有空穴的打印料层；
成型装置包括料鼓和成型器，料鼓绕第二轴线旋转，旋转的显影鼓将打印料层直接或间接输送至料鼓上，成型器对打印料层中的空穴进行填料处理并固化；
驱动装置用于驱动显影输料装置和/或成型装置相对移动，打印过程中使显影输料装置和成型装置的间距拉大。
进一步的，所述打印料层由第一打印料和第二打印料组成，第一打印料和第二打印料按预设图案分布构成所述打印料层；
显影输料装置包括两个显影鼓和两个打印料铺设模组，
一个打印料铺设模组在其中一显影鼓上铺设打印料层，另一个打印料铺设模组在另一显影鼓上铺设第二打印料层；
两个显影鼓分别将其表面附着的第一打印料和第二打印料一起输送至料鼓上的相同层上。
进一步的，显影输料装置包括两个显影鼓和两个打印料铺设模组，
一个打印料铺设模组在其中一显影鼓上铺设打印料层，另一个打印料铺设模组在另一显影鼓上铺设打印料层；
两个显影鼓分别将其表面附着的打印料层一起输送至料鼓上的不同的层上。
进一步的，显影输料装置还包括设置在显影鼓和料鼓之间的转移单元，转移单元与显影鼓和料鼓配合，吸附在显影鼓表面的打印料层经转动的转移单元输送至料鼓上。
进一步的，转移单元与多组显影输料装置配合，至少2组所述显影输料装置的打印料不同，各组显影输料装置用于将多种打印料层同时输送至该转移单元上，在转移单元上形成具有复合材料的打印料层。
进一步的，料鼓同时与多个转移单元配合，各转移单元分别同时向料鼓的相同层或不同层上传送打印料层。
进一步的，转移单元为设置在显影鼓和料鼓之间的传送鼓，传送鼓绕第三轴线旋转，在传送鼓的转动方向上显影鼓的出料端、料鼓的进料端依次与传送鼓配合；
或者
转移单元为传送带，在传送带的转动方向上显影鼓的出料端、料鼓的进料端依次与传送带配合。
进一步的，打印料铺设模组包括在显影鼓旋转方向上依次设置的显影引擎和显影器，显影器内装有打印料；
在显影鼓旋转方向上显影鼓的出料端位于显影器的下游。
进一步的，打印料铺设模组还包括：
充电器，在显影鼓旋转方向上充电器位于显影引擎的上游；
消电器，消电器靠近显影鼓的显影面并位于充电器与显影鼓的出料端之间；
第一清洁装置，第一清洁装置靠近显影鼓的显影面并位于消电器与显影鼓的出料端之间。
进一步的，显影鼓的表面层为绝缘层，显影引擎为离子或电荷注射器；或
显影鼓的表面层为磁性材料层，显影引擎为成像磁头。
进一步的，转移单元配置有第二清洁装置。
进一步的，显影输料装置和/或成型装置配置有转角/转速传感器，用于检测显影鼓、转移单元和/或料鼓的转速。
进一步的，显影输料装置还包括第一加热器，对转移单元上的打印料层进行加热；
和/或
成型装置还包括在料鼓旋转方向上在进料端上游设置的第三加热器；
和/或
成型装置还包括在料鼓旋转方向上在进料端下游设置的第二加热器，和在第二加热器的下游设置的冷却器。
进一步的，显影鼓和料鼓均以第一方向旋转，转移单元以第二方向旋转并同时与显影鼓、料鼓配合；
其中，料鼓的旋转角速率随料鼓表面打印料层半径的增加而减小。
进一步的，显影鼓以第一方向旋转，料鼓以第二方向旋转，显影鼓与料鼓配合；
其中，料鼓的旋转角速率随料鼓表面打印料层半径的增加而减小。
进一步的，两个所述打印料铺设模组与显影鼓配合；
两个料鼓与显影鼓配合或两个料鼓分别通过对应的转移单元与显影鼓配合；
其中一个所述打印料铺设模组铺设的打印料层经显影鼓直接或间接传送到一个对应的料鼓上；同时，其中另一个所述打印料铺设模组铺设的打印料层经显影鼓直接或间接传送到另一个对应的料鼓上；
其中，两个料鼓的旋转角速率分别随各自表面打印料层半径的增加而减小。
一种采用上述转鼓成像打印系统的打印方法，包括如下步骤：
在显影鼓的显影面选择性的铺设打印料层；
转动的显影鼓将打印料层直接或间接转移至料鼓上；
伴随着料鼓的转动，成型器对经过的打印料层进行固化处理。
另一张采用上述转鼓成像打印系统的打印方法，包括如下步骤：
在显影鼓的显影面铺设具有空穴的打印料层；
转动的显影鼓将打印料层直接或间接转移至料鼓上；
伴随着料鼓的转动，成型器对经过的打印料层的空穴进行填料处理并固化。
进一步的，所述方法还包括：
显影鼓上的打印料层经过转移单元的中转后输送至料鼓上。
进一步的，对显影鼓上的打印料层和/或转移单元上的打印料层和/或料鼓的上打印料层进行加热和/或光照。
进一步的，料鼓连续转动的同时，料鼓与显影鼓的间距连续且同步的变大，在料鼓表面形成蜗旋状的打印料层。
进一步的，所述方法还包括：
打印初始阶段，在料鼓的圆柱形成型表面上通过铺设厚度渐变的填料层或打印料层来形成蜗旋状表面
本发明的优点在于：
1.采用显影鼓与料鼓的相对转动进行铺料和打印，显影器向显影鼓上转移打印料和打印料由显影鼓向料鼓上转移铺设可以同时进行，还可以连续进行铺料和打印，打印速度更快；进一步的，可以设置多个显影器和显影鼓同时向料鼓进行转移铺设打印料，可进一步大幅提升打印速度。
2.打印过程中，直接由显影鼓将打印料层转移到料鼓上，或者由显影鼓将打印料层转移传送鼓，然后再由传送鼓转移到料鼓上，显影鼓与传送鼓，显影鼓与料鼓或传送鼓与料鼓之间通过控制可以实现同步转动，能实现打印料层的精确转移和打印，打印模型精度高。
3.可以设置多个显影鼓，例如两个显影鼓铺设的打印料不同，可以实现多种打印料的打印，甚至是多种打印料的同时打印，提升打印方法或装置的适应性。
4.在本发明打印方法的基础上，设置固化器，如加热，光照，粘结剂喷射器等可以实现模型固化成型，而且固化过程可以与铺料过程同步进行，提升了打印的速度；另外，固化方式更加灵活，例如打印过程中可以采用常规光源或热源，而不用可进行选择性照射的光源或热源进行打印固化成型，简化结构和系统复杂性，降低成本。
5.可以在打印料层上预留空穴，通过填料单元在空穴内填充其他打印料，可以进一步提升应用的适应性；而且填料和上述的铺料，固化等过程都可以同步进行，可进一步实现高速的多种材料复合打印。
6.而且本发明的打印装置使用环境友好，打印精度对一定的振动或摆动不敏感，而且少粉尘，少挥发，操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，都应作为本发明的保护范围。
图1示出了一种基于静电成像的蜗旋打印方法示意图；
图2示出了一种基于离子注射成像或磁成像的蜗旋打印方法示意图；
图3示出了一种采用传送鼓的基于静电成像的蜗旋打印方法示意图；
图4示出了一种蜗旋成型方法示意图；
图5示出了一种双显影输料装置的双蜗旋成型方法示意图；
图6示出了一种双显影输料装置的单蜗旋成型方法示意图；
图7示出了一种采用填料方法的蜗旋打印方法示意图；
图8示出了一种在同一个传送鼓上设置2个显影输料装置的单蜗旋成型方法示意图；
图9示出了一种在同一个传送鼓上设置2个显影输料装置的双蜗旋成型方法示意图；
图10示出了一种转移单元为传送带的蜗旋打印方法示意图；
图11示出了图10所示打印系统中的另一种成型装置示意图；
图12示出了图10所示打印系统中的具有填充单元的成型装置示意图；
图13示出了同一个显影输料装置驱动2个成型装置的打印方法示意图；
图14a-14c示出了采用填充铺料方式的蜗旋打印的起始过程示意图；
图15a-15b示出了采用渐变打印料层厚度的蜗旋打印的起始过程示意图；
图16示出了一种料鼓上卷绕堆叠打印料层的剖面示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种转鼓成像打印系统，主要包括3个部分，显影输料装置12、成型装置14和驱动装置。其中，显影输料装置12包括显影鼓62和打印料铺设模组，显影鼓62绕第一轴线旋转，打印料铺设模组用于在显影鼓62的显影面铺设一层打印料层，显影鼓62的显影面是指显影鼓62上能形成潜像并利用该潜像来选择性吸附打印料层的表面；成型装置包括料鼓48和成型器，料鼓48绕第二轴线旋转，旋转的显影鼓62将打印料层直接或间接输送至料鼓48上，即料鼓48的成型表面上，所谓成型表面是指料鼓48上接收打印料层的表面，成型器对旋转的料鼓48上的打印料层进行固化处理；驱动装置用于驱动显影输料装置和/或成型装置相对移动，打印过程中使显影输料装置与成型装置之间距离拉大或相互远离，如两者之间的距离一步步拉大或连续拉大，显影输料装置与成型装置之间的相对移动即可以是显影输料装置的移动，也可以是成型装置的移动，或两者同时移动实现。显影鼓62将打印料层直接或间接输送至料鼓48上，显影鼓62将打印料层直接输送到料鼓48的上，是指显影鼓62与料鼓48配合，直接实现打印料层由显影鼓62到料鼓48的传输，如图1或2所示；另外，显影鼓62还可以将打印料层间接输送到料鼓48上，即采用转移单元15与显影鼓62和料鼓48配合，如图3所示，显影鼓62上的打印料层经转移单元15中转传输到料鼓48上。示例性的，转移单元15可以是传送鼓132或传送带56，或两者的组合。
图1和图2所示，显影输料装置12至少包括显影鼓62和打印料铺设模组，打印料铺设模组至少包括显影器78。显影器78内装有打印料86，显影鼓62可以将显影器78中的打印料86吸附到显影鼓62的圆柱形显影面，即显影表面层66，形成显影鼓表面的一层打印料层200，显影鼓62可以沿箭头21转动，同时，料鼓48沿箭头24所示的方向转动。最优的，合理控制显影鼓62的转速和料鼓48旋转的速度匹配关系，即显影鼓62与料鼓48保持同步转动，打印料层200铺设到料鼓48上时打印料层200尽量不会滑动或“褶皱”变形，可提升成型精度，实现显影鼓62与料鼓48的配合。显影输料装置12将打印料86选择性的铺设到料鼓48上或之前已经铺设的打印料上，在料鼓48上形成打印料层。即显影鼓62根据打印模型切片后各层的信息，来选择性的吸附打印料86，形成由打印料显示出的图案，然后将此图案的打印料层铺设到料鼓48上。当然还可以是在显影鼓62表面吸附打印料86，但在铺设打印料时，选择性的将打印料86铺设到打印料鼓48上，没有被铺设，依然还吸附在显影鼓62表面上的打印料86随显影鼓62继续转动，可以被下游的清洁装置清理掉，或在下一循环的铺料过程中被重复利用。当然也可以是选择性吸附打印料和选择性铺设打印料的混合方式来选择性铺设打印料。料鼓48还可以沿箭头25移动，当一层打印料铺设完成之后料鼓48沿箭头25移动一层厚度的距离，重复进行下一层的打印。进一步的，料鼓48也可以是在显影鼓62和料鼓48转动的同时进行同步且连续的沿箭头25移动，将打印料86沿蜗旋面进行铺设。当然，也可以是显影输料装置12沿箭头25所示的相反方向移动，替代料鼓48的移动。显影鼓或传送鼓与料鼓之间的相对移动即可以是料鼓移动，也可以是显影鼓或传送鼓移动，或者两者同时移动。
图1具体示意了一种基于静电成像技术的显影过程。基于该原理，在打印料铺设模组12包括在显影鼓62旋转方向上依次设置的显影引擎76和显影器78，显影器78内装有打印料；在显影鼓62旋转方向上显影鼓62的出料端位于显影器78的下游。此外，打印料铺设模组还包括：充电器74、消电器82、第一清洁装置80。，在显影鼓62旋转方向上充电器74位于显影引擎76的前方(即上游)；消电器82靠近显影鼓62的显影面并位于充电器74与显影鼓62的出料端之间，在充电器74的上游；第一清洁装置80靠近显影鼓62的显影面并位于消电器82与显影鼓62的出料端之间。
静电成像技术(或称为静电照相技术，xerograph)类似二维的激光打印机或复印机的原理。基于静电成像技术的显影过程如下：
1)充电过程，感光的显影鼓62沿箭头21所示的方向转动的同时，采用充电器74对显影鼓62表面充上一层负电荷(或正电荷)。充电器可以采用电晕线，电晕管(corotrons)，栅控式电晕(scorotron)，充电辊，或其他充电方式。
2)曝光成像过程，显影鼓62转动的同时，显影引擎76在显影鼓表面进行选择性扫描照射。显影鼓62的表面层66附有光导材料，在没有被光照射的情况下具有很高的电阻率。当被光照射的地方电阻率明显降低，表面的电荷经导电体64传导消失。未被光照的部位的电荷保持不变，即形成一层静电潜像。显影引擎76可以采用激光束或LED(light emittingdiode)，或其他可选择性控制照射点，在显影鼓62表面形成点阵位图的光源。光导材料可以采用硒，硫化镉，氧化锌或有机光导体(OPC)，非晶硅，氧化锌等。
对于采用离子注射的实施方式，充电器74和显影引擎76被可选择性的在显影鼓表面层66上进行沉积电荷的装置所替代，如图3所示。
3)显影过程，由静电潜像形成真正的图像的过程，利用电荷同性排斥，异性吸引的原理来完成。显影器78内的装有打印料86，且打印料一般为粉末材料，如高分子材料或热塑性塑料等，通过摩擦或其他方式使之带有负电荷(或正电荷)。显影鼓62上带有静电潜像的表面部分被转动到显影器78时，由于被光照的部分(即静电潜像的部分)的负电荷被中和掉了，显影器78对其施加负(或正)的偏压，使得显影器78上带有负电荷(或正电荷)的粉末跳到显影鼓的曝光区域。显影鼓上的暗区(未被曝光的区域)依然带有负电荷(或正电荷)，与带有负电荷(或正电荷)的粉末排斥，不会附着。在显影鼓62上形成可看得到由打印料形成的图像。即可以利用显影鼓62中和掉电荷的部分成像，也可以利用显影鼓62中没有和掉电荷的部分成像。
4)转印过程(即打印料层由显影鼓直接或间接转移到料鼓上的过程)，图2所示是通过显影鼓62直接将打印料层200转印到料鼓48或料鼓48上的打印料上。显影鼓62沿箭头21转动的同时，料鼓48沿箭头24保持与显影鼓62同步转动，使得显影鼓62与料鼓48或料鼓上的打印料层200之间不会发生滑动，只是纯滚动。将打印料层200转移到料鼓48上。在一些实施方式中，还可以在对打印料层200和料鼓上的打印料层200进行适当加热，并在料鼓48或料鼓上的打印料层200与显影鼓62之间适当加压，将打印料层200转印到料鼓48，并与料鼓上的打印料层200结合一体。
5)进一步的，在一些实施例中还可以包括清洁过程，将显影鼓62表面清洁干净。第一清洁器80将显影鼓表面没有完全转移的残余打印料清除干净，以便在下一个打印周期有一个清洁的显影鼓表面。理论上粉末打印料层200应该完全转移(转印)出去，但实际很难做到。残留在显影鼓表面的粉末会进入下一个打印周期，破坏下一周期新生成的粉末图像，直接影响到下一层打印质量。显影鼓清洁器可以采用刮板，毛刷或清洁辊，静电清洁，或利用真空清洁，或上述各种方式的组合式清洁方式等进行清洁。
6)进一步的，在一些实施方式中还可以在清洁过程之后，充电过程之前设置消电过程。充电器74对显影鼓充电时也同时起到了消电的作用。但更优的，可以设置单独的消电器82，来清除显影鼓上的电荷，然后再由充电器74来对显影鼓62表面充上一层电荷。适合消电的装置有曝光装置对显影鼓全面曝光，或用消电电晕装置对显影鼓进行反极性充电来消除显影鼓上的残余电荷，或高压交流电晕管(corotrons)和/或栅控式电晕(scorotron)，内部具有导电体并带有高压交流电的旋转介电辊，或上述的组合方式。
图2示意了显影输料装置32采用离子注射方式实现(Ionography)，所示的实施方式与图1所示的实施方式相比取消充电器74，显影鼓62的表面层66采用绝缘材料形成绝缘层，其中的显影引擎76是离子或电荷注射器，即当显影鼓62转动的同时，显影引擎76根据三维模型信息选择性的向显影鼓62表面层66注射离子形成电荷沉积，在表面层66上形成静电潜像。显影器78与前述的作用相同，即当显影鼓转动到显影器78，通过吸附具有相反极性电荷的打印料形成显图案即打印料层200。然后将打印料层200铺设到料鼓48上。第一清洁装置80和消电器82与前述的作用相同。上述过程可以随显影鼓62的转动重复进行，直至模型打印完成。采用离子注射的方式可以省去充电器4，表面层66也不必采用光导材料，简化结构。
另外，在某些实施方式中，图2所示的显影输料装置32还可以采用磁成像技术(Magnetography)来实现。例如，图中的显影鼓62还可以是磁鼓，显影鼓62的表面层66是由磁材料构成的磁性材料层，显影引擎76是成像磁头，根据三维模型信息在磁材料层选择性的改变表面各点的磁性状态，例如通过在磁性材料的表面层66内建立阵列的磁化区域来形成记录点，这些记录点形成潜磁图像。当显影鼓62转动到显影器78处，显影器78中具有磁化的磁性打印料被根据潜磁图案选择性的吸附到显影鼓62的表面，在显影鼓62表面层66吸附上打印料，形成显图案打印料层200，然后转印到料鼓48上。第一清洁装置80的作用与前述相同。在某些实施方式中可以设置消磁器82，将显影鼓62表面层66的磁状态恢复到初始状态。然后随着显影鼓的周期转动重复上述过程，直至模型打印完成。采用磁成像技术，磁鼓(即显影鼓62)表面层66硬度高，寿命更长，且磁记录点具有永久记忆功能，即磁记录点形成的磁潜像可以周期重复使用。
图3所示，还可以在显影输料装置12与成型装置14之间设置转移单元15，图3示意采用传送鼓132作为转移单元，传送鼓132以第三轴线旋转，例如先将由显影输料装置12形成的打印料层传送到传送鼓132的圆柱形的表面上，再由传送鼓132将打印料层转移到料鼓48上，最优的，料鼓48接收打印料层的表面也是圆柱形。当然也可以采用传送带作为转移单元。当然还可以是经过多个转移单元依次传送，例如显影输料装置12先将打印料层传送到传送鼓132，然后再由传送鼓132转移到另一个传送鼓或传送带上，然后再转印到料鼓48上。采用转移单元可以有效的降低转印成型过程中加热等对显影输料装置12造成的影响，还可以将多种材料按图案都先转移到同一个传送鼓或传送带上形成完整的打印料材料层后再转印到料鼓上，由于转移单元15与显影输料装置12的位置关系和转速配合关系更容易精确控制和维护，利于提升复合材料模型的打印精度。
在显影鼓62与料鼓48之间设置有一个转移单元15。在一实施例中，显影鼓62和料鼓48均以第一方向旋转，转移单元15以第二方向旋转并同时与显影鼓62、料鼓48配合。在另一实施例中，也可以不设置转移单元15，直接通过显影鼓62将打印料层输送至料鼓48上形成打印料层，那么相应的，显影鼓62的旋转方向与料鼓48相反。最优的，合理控制显影鼓62的转速和转送鼓132旋转的速度匹配和同步转动，打印料层200由显影鼓62传送到转送鼓132上时不会滑动或“褶皱”变形，合理控制转送鼓132和料床48旋转的速度匹配和同步转动，打印料层200由转送鼓132传送到料鼓48上时不会滑动或“褶皱”变形，可提升铺料的精度，实现转送鼓132与显影鼓62和料床48的配合。类似的可以实现传送带56与显影鼓62和料鼓48的配合。打印过程中，驱动装置驱动影鼓或转移单元(传送鼓或传送带)与料鼓之间的相对移动，使得影鼓或转移单元(传送鼓或传送带)与料鼓之间的距离拉大，以便在料鼓上堆叠打印料层。对于采用转移单元(传送鼓或传送带)的间接传送打印料层的方式中，当影鼓或转移单元(传送鼓或传送带)与料鼓之间的相对移动过程中，显影鼓与转移单元(例如传送鼓或传送带)之间可以保持固定的位置关系以保持显影鼓与转移单元(如传送鼓或传送带)的最佳配合状态，实现打印料层的精确和快速由显影鼓向转移单元(如传送鼓或传送带)传送。
如图3所示还可以在传送鼓132上与显影鼓62对应的位置上设置偏压辊36，在偏压辊36上设置有与打印料层200相反电性强电位或磁性的强磁场来将打印料层吸附到传送鼓132上，当然也可以是其他的方式来帮助粉末打印料层由显影鼓62转移到传送鼓132上。然后还可以采用另一个偏压装置37将打印料层离开传送鼓132而转移到料鼓48上，例如让偏压辊36上设置有与打印料层200相同电性强电位或磁性的强磁场来将打印料层从显影鼓62上推离，沉积到料鼓48上。当然，在显影鼓62内部与转移单元或料鼓对应的位置也可以设置偏压装置36利于将打印料层200沉积到打印料鼓48上或转移单元上。当然还可以设置第二清洁装置136将转印后还依然残留传送鼓表面的材料清洁干净，为下一个循环做好准备。
如图3，显影鼓62可以由驱动装置70，如电机带动转动，传送鼓132可以由驱动装置130，如电机带动转动，料鼓48可以由驱动装置110，如电机带动转动。还可以设置转角/转速传感器191，检测显影鼓62的转速，设置转角/转速传感器193，检测传送鼓132的转速，设置转角/转速传感器192，检测料鼓48的转速。另外为了在打印过程中动态控制料鼓48与传送鼓132或显影鼓62之间的间距，设置驱动机构108来驱动料鼓48沿箭头25移动。这些驱动装置和传感器可能都与控制器300连接，各转速信号可能送入到控制器300中，由控制器300根据模型信息来动态调节相应驱动电机的转动。计算机400可以将模型信息进行切片处理，生成控制器300可以执行的控制指令。
其中，料鼓48的旋转角速率可以随料鼓48表面打印料层半径的增加而改变。参考图3或图4，最优的显影鼓62恒速转动，如果有传送鼓132，则传送鼓132也保持相匹配的转速进行恒速转动，如此利于优化控制，实现打印速度和精度的优化处理。则料鼓48入料端的入料线速度(V)为定值，随着打印料层向料鼓48上的堆积，料鼓48上的打印料层外径(φ)逐渐变大，为了保持打印料层200堆积到料鼓48上时不会沿料鼓48表面切线方向平移滑动以确保精确铺设打印料层，则料鼓48的转速(n)需随打印料层的堆积而逐渐减慢，如按关系n＝V/(φ×π)调整，以保持料鼓48表面或所堆积的打印料层靠近传送鼓132(或显影鼓62)的外表面处的线速度与传送鼓132或显影鼓62的表面线速度原则上相等。
具体的，可以采用2种打印料成型方式。方式1，即同心环堆叠式，传送鼓132上的打印料层200卷绕到料鼓48一圈之后，料鼓48沿箭头25移动一个打印料层厚度的距离，并相应减小料鼓48的角转速。然后打印料层200继续在料鼓48表面的新的打印料外径上继续卷绕堆积下一层打印料层。上述过程重复进行，直至打印完成。此方式形成的打印料层的堆积是同心环状，如图10所示。
还可以采用方式2，即蜗旋堆叠式，传送鼓132上的打印料层200连续卷绕到料鼓48的同时，料鼓48按设定的速度沿箭头25同步连续移动，并同步连续减小料鼓48的角转速。上述过程重复进行，直至打印完成。此方式形成的打印料层为蜗旋状。如图4到图9，图11到图13所示。采用蜗旋堆叠式打印方法的打印过程更加连续，具有更快的打印速度，尤其是打印环状的零件，如可以直接套设到料鼓48上的零件打印具有更快的速度。上述中当然也可以是显影鼓62和传送鼓132沿图3中箭头25相反的方向按设定的速度同步连续移动。
在打印料层转移到料鼓之前，还可以设置其他的过程，如采用预转印电极或预转印灯装置对显影鼓进行预转印处理，来提高转印效率。
图4示意成型装置14可以对打印料层进行加热，加压整形，以及冷却过程，来提升打印料层之间的结合强度。例如可以设置第一加热器92，来对显影鼓62上的打印料层进行加热，同时设置第三加热器94对料鼓上的打印料层进行加热，并适当控制打印料鼓48与显影鼓62之间的距离来调整对打印料的压力和精确铺设，使得打印料层可靠结合到料鼓48上或其上的打印料上。还可以设置第二加热器96，来加热铺设到料鼓48上的打印料到较高的合适温度，使得打印料层之间进一步结合。之后设置冷却器116，将打印料温度降低到合适的温度，以便进行后续的打印料层堆叠过程。还可以在料鼓48上设置温控装置106，来保持打印平台合适的温度。在某些实施例中，为了保持第三加热器94、第二96、以及冷却器116距离打印平台上打印料合适的间距，可以动态的驱动第三加热器94、第二96，以及冷却器116沿箭头27方向移动。图中假设三维模型18为环状结构，套设在料鼓48上。通过蜗旋堆叠的方式可以连续，快速，精确且高强度的实现打印。
图5在图4的基础上增加一组显影输料装置12，成型装置14的上方和下方分别设置一组显影输料装置12。2个显影输料装置12同时分别在各自的层(如蜗旋层)上向料鼓48转印打印料层200，同时形成多个(如2个)打印料层。同时，图中上方的显影输料装置12沿上方的箭头25远离料鼓48方向移动，图中下方的显影输料装置12沿下方的箭头25远离料鼓48方向移动。相比图4的实施方式可成倍的提升打印速度。
在某些实施例中，打印料层由第一打印料和第二打印料组成，第一打印料和第二打印料按预设图案分布构成打印料层；一个打印料铺设模组在其对应的显影鼓62上铺设第一打印料，另一个打印料铺设模组在其对应的显影鼓62上铺设第二打印料，两个显影鼓62分别将其表面附着的第一打印料和第二打印料输送至料鼓48上形成打印料层。第一打印料可以是模型结构材料，第二打印料可以是与第一打印料不同的打印料，例如可以是支撑材料。
参照图6所示，与图5不同之处在于，料鼓48同时与两个显影输料装置配合，显影输料装置12p和12s在同一个料鼓48上的同一个层(如蜗旋层)上铺设打印料层。假设显影输料装置12p铺设模型材料86p(即第一打印料)，显影输料装置12s铺设支撑材料86s(即第二打印料)。图中示意在料鼓48周围设置多个三维模型18。显影输料装置12s在其对应的显影鼓62上根据模型信息形成打印料层(即支撑材料或第二打印料)200s，显影输料装置12p在其对应的显影鼓62上根据模型信息形成打印料层(即模型材料或第一打印料)200p，两者匹配的卷绕堆叠到料鼓48上相同的层上。通过多个显影输料装置向同一个料鼓48上的同一个层上进行卷绕堆叠打印，形成一个打印料层，可以实现支撑结构用材料和模型用材料的同时打印，或者可以实现复合材料模型的打印。图4到图6所示的各实施方式中还可以在显影输料装置12与成型装置14之间设置转移单元15，如图3或图7所示设置传送鼓132。当然显影输料装置的数量也可以多于两个。
图中相同的编号表达相同的含义，部分描述不再重复累述。下文同。
以上所述采用的技术方案是直接对料鼓上的固化材料进行固化处理生成模型，除此之外，本发明还提供了另外一种方案，是在料鼓48上制备带有空穴的打印料层，然后往空穴中填料并固化生成模型。如图7示意在前述电磁成像打印的基础上还可以进一步采用填料的方式进行打印。显影输料装置12形成的打印料层200s上根据模型信息形成空穴128。成型器可以设置为填料单元(包括刮料器122和给料器120)，来对空穴128进行填料来形成三维模型。刮料器122将铺设的填料层200mp刮到空穴128内，形成模型，还可以设置给料器120来将填料200m供应到刮料器的前方。然后通过第二加热器96对打印料和填料进行加热，让打印料或填料进行加强结合和提升结构强度。同样后续通过冷却和加热等方式调节打印料层的表面温度，为下一个循环的打印做好准备。
图8，填料还可以是采用喷射的方式实现。成型器可以设置为填料单元，优选为喷射器129。传送鼓132上的打印料层200上形成空穴128，通过喷射器129向空穴内喷射填料层200J，实现模型打印。
在图7或图8所示的实施方式中，在填料单元的下游位置还可以设置压料器126(图7中未示出)，将填充铺设的填料层200mp或200J“压圆”和压实，同时还可以设置加热器124来加热填料层200mp或200J和200，便于打印料结合。有些实施例中还可以在料鼓48进料端之前设置冷却器116，便于在其上进一步堆叠新的打印料层最好准备。
在打印料上的空穴采用填充材料的方式(如图7所示的刮料填充方式或图8所示的喷射填充方式)可以形成模型或多种材料的模型。而且还可以将那些不带静电或静电很微弱的材料，或没有磁性或不可磁化的材料也可以采用本发明的方法进行增材成型。例如一些具有导电性能的材料，或金属，或陶瓷等粉末材料进行堆叠成型。同时，通过填充铺料的方式还可以实现蜗旋增材成型过程中的起始打印料层的铺设，使得后续的打印料层可以在蜗旋表面上进行堆叠，可参看图14。需说明，所述填料方式不限于在每个打印料层200的空穴128上进行填料，还可以在卷绕堆叠了多层打印料层200之后形成更深的空穴128，再由填料单元对空穴128进行填料。
在显影鼓62和料鼓48之间设置有转移单元15的实施例中，转移单元15与多组显影输料装置配合，各组显影输料装置用于将打印料同时输送至该转移单元15上，例如传送至图8所示的传送鼓132表面上的相同打印料层200上。具体的，图8在图7的基础上，在同一个传送鼓132上配合设置了2个显影输料装置，例如将其中的一个显影输料装置12p设置为对打印模型打印料，另一个显影输料装置12s设置为对支撑结构打印料粉末成像。显影输料装置12s将打印料层200s转移到传送鼓132表面上，同时，显影输料装置12p将打印料层200p也转移到传送鼓132表面上，在传送鼓132的表面形成完整的打印料层200，然后再统一转印到料鼓48上。图中还示意在某些实施方式中还可以设置冷却器137对传送鼓132进行降温，为后续转移新的打印料层做好准备，并降低对显影鼓的影响。
进一步的，成型装置还可以同时与多个转移单元15配合，相应的，每个转移单元15可以与一个或者多个多组显影输料装置配合，如图9所示。图9在图8的基础上，在图中下方又设置了2个显影鼓和一个传送鼓，最优的与图中上方的显影输料装置12对称设置。且2个传送鼓分别在料鼓48上的两个不同的层(如蜗旋层)上同时进行打印。上方的显影输料装置12p1和12s1同时向传送鼓132a转移打印料形成打印料层200a，传送鼓132a将打印料层200a再转印到料鼓48上。同时，下方的显影输料装置12p2和12s2同时向传送鼓132b转移打印料形成打印料层200b，传送鼓132b将打印料层200b再转印到料鼓48上。打印料层200a与200b处于不同的蜗旋层(或涡旋切片)上。同时，上方的传送鼓132a沿箭头25a移动，下方的传送鼓132b沿箭头25b移动。这样实现更高速度的多材料复合打印。
需说明，图中的显影输料装置12中显影鼓和传送鼓的数量仅为示例，可以更多。后续各实施例中的显影鼓的数量或传送鼓的数量均为示例，非本发明限制。
图10，示意了转移单元采用传送带56的实施例。图中示意包括2个显影输料装置，假设显影输料装置12p打印模型材料和显影输料装置12s用于打印支撑结构材料。12p的显影鼓62的转轴68由与其对应的动力源70带动沿箭头21方向转动，同样12s的显影鼓62由与其对应的动力源70带动沿箭头21方向转动，传送带56被动力轮52驱动沿箭头23方向运动，驱动轮52被动力源50驱动。传送带56的运动速度与显影鼓62显影表面层66(即显影面)的运动速度保持同步，使得显影鼓62与传送带56之间原则上纯滚动，几乎没有滑动。显影输料装置12s将打印料层200s转移到传送带56上，随传送带沿箭头23移动，显影输料装置12p也将模型打印料层200p转移到传送带56上。传送带56将打印料层200沿箭头23向成型装置14转移。
图10中转移单元15中设置有偏压装置(如偏压辊)36，通过偏置电位或磁场将打印料层200吸附到传送带上。还设置有从动轮54来撑起传送带，如必要还可以设置其他的辅助轮55，如调整传送带的状态或张紧传送带。转移单元15中还可以设置其他部件，如第二清洁装置136，对传送带进行清洁，为后续转移新的打印料层做好准备。在第二清洁装置136的上游或下游位置，可以设置冷却器，对传送带56进行降温，便于后续新的打印料层由显影鼓转移过来，并可以降低对显影鼓的影响。
图10中将显影输料装置12设置在与成型装置14与转移单元15相对的一侧。某些实施例中可以将显影输料装置12设置到与成型装置14与转移单元15相同的一侧。避免打印料层200在转移过程中经过传送带的传送方向变化(如图中左上角和左下角的从动轮54处的传送带)，可能导致打印料层200在传送过程中散落或位置变化。提升打印模型的精度，并可以简化打印系统结构。
图10中在显影鼓62与传送带56之间，还可以设置传送鼓，如此的多重转移单元的设置可以降低传送带上的温度对显影鼓的影响。
图10中的成型装置中打印料层示意为同心环层层堆叠成型。在料鼓48或打印料层200上堆叠完一层打印料层之后，控制成型装置14沿箭头25移动一个层厚后继续进行下一层的堆叠。当然也可以采用蜗旋堆叠的方式进行打印，即料鼓48是连续的沿箭头25移动，如图11所示。另外，图中的压辊90通过传送带56对打印料层200加压加热，利于打印料层与料鼓上的打印料进行结合。
图10-13中，56a和56b表示的分别为传送带的外侧和内侧。且在图11中，设置了压辊温控装置114，用于控制压辊90为合适温度。
另外压辊90可以设置到图10中右下角处的从动轮54的位置处，可以省略此从动轮54，更重要的是当传送带将打印料层转印到料鼓或其上的打印料上时，由于传送带随即改变移动方向，利于将打印料层200与传送带56分离。更优的，可以如图11示意成型装置14，压辊90沿箭头28转动，传送带56绕压辊90进行大约180度的转向，将打印料层200压倒料鼓48上时更容易让打印料层200与传送带56分离。通过压辊90向打印料鼓48方向施加适当的压力，打印料层200能更可靠的结合到料鼓48的打印料上。同时料鼓48沿箭头24转动，料鼓还沿箭头25连续移动，将打印料层200蜗旋堆叠到打印料鼓48上。
图7和图11中，都可以通过第一加热器92对转移单元上的打印料层200进行加热，通过第三加热器94对料鼓48上的打印料进行加热，然后打印料层卷绕到料鼓48上的打印料层上并更好的结合。之后还可以通过第二加热器96进一步升温加热，提升结合强度。之后，通过冷却器116降温，为后续新的打印料层堆叠做好准备。
图12，在图11的基础上，增加了填料单元。刮料器122将填料200m填充到空穴128内，形成填充填料层200mp。通过设置给料器120提供填料200m。压料器126可以将刮好的填料进一步压实和“压圆”，同时还可以设置加热器124，提升压料的效果。在压料器126上还可以设置温控装置127，保持压料器在压料过程中具有合适的温度。在填料之前(上游位置)可以设置冷却器116，对第二加热器96产生的高温进行降温，便于填充铺料。如必要，在压料之后(下游位置)可以设置冷却器116，将打印料处于合适的温度，便于后续新的打印料层进行堆叠成型。图中还示意了整个成型装置可以在恒温腔室140内进行打印，提升成型品质，当然，也可以将整个打印系统设置在140内。
图13，示意了同一个显影输料装置12同时向2个成型装置提供打印料层。在同一个显影鼓62上，在图中的右侧设置有显影器78-1，在左侧设置了显影器78-2，可以采用图1或2所述的方法进行在显影鼓上形成打印料层。相应的，在显影鼓62右侧设置清洁装置80-1，消电器82-1，显影引擎76-1，在显影鼓62左侧设置清洁装置80-2，消电器82-2，显影引擎76-2。当显影鼓62转动时，在显影鼓表面层66同时形成2个打印料层200-1和200-2。打印料层200-1转印到图中上方的成型装置14-1，同时，打印料层200-2转印到图中下方的成型装置14-2。同时，上方的成型装置14-1沿箭头25a移动，下方的成型装置14-2沿箭头25b移动。仅采用一个显影鼓的情况下可以实现多组模型的同时打印，提升打印的打印速度。需说明，两个料鼓48还可以分别通过对应的转移单元15(如传送鼓或传送带)与显影鼓62配合，另外如果考虑显影鼓62为恒速转动，则两个料鼓48的旋转角速率随料鼓48表面打印料层半径的增加而减小。
图14a-14c示例通过填料的方式实现在圆柱形的料鼓48表面形成蜗旋打印料层的过程。图14a，料鼓48沿箭头24转动，传送鼓132沿箭头26转动，采用填料的方式先在打印平台表面蜗旋铺设填料层200mp，即在料鼓48转动的同时，刮料器122沿箭头27同步运动，所铺设的填料层200mp层厚渐变，当填料层200mp铺设超过一周后，设置传送鼓132上的打印料层200恰好转动到料鼓48处，如图14b。然后打印料层200即可以在已经形成的蜗旋状表面上进行蜗旋堆叠成型。之后，还可以利于填料单元在空穴128内铺设填料200m，如图14c。
图15a-15b，示意通过变厚打印料层的方式实现在圆柱形的料鼓48表面形成蜗旋状表面，进而铺设蜗旋打印料层。图15a以传送带的方式为例示意，图15b以传送鼓的方式为例示意。
关于螺旋铺料时起始层的处理方式，还可以采用螺旋状的辊轮状的打印平台，并通过定位来确定打印的起始位置。
图16示意沿料鼓48的轴线剖切的截面图。给出了打印料层堆叠的一种实施例。例如最低层的层(如蜗旋层)200H可以是填料层200mp或变厚打印料层200，然后在之上可能形成支撑结构打印料层200s，在支撑结构打印料层200s上还可以卷绕堆叠形成模型打印料层200p，或填入填料打印料层200dp，200dp可以是通过刮料填充的填料层200mp或通过喷射填充的填料层200J。
各实施方式中的固化器主要采用加热器，如热风加热，也可以是红外光源，但也可以采用其他的方式固化，例如激光源，或紫外光源，或DLP数字投影光源，或LED光源或LED激光阵列等，或粘结剂喷射器，或其他实现打印料层结合的方法。
文中叙述采用“上方”，“下方”，“左”，“右”等方位性词语，是基于具体附图的方便性描述，不是对本发明的限制。实际应用中，由于结构整体在空间的变换，实际的上方或下方位置可能会与附图的不同。但这些变换都应是本发明的保护范围。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种转鼓成像打印系统，其特征在于，包括显影输料装置、成型装置和驱动装置；
所述显影输料装置包括显影鼓(62)和打印料铺设模组，所述显影鼓(62)绕第一轴线旋转，所述打印料铺设模组用于在所述显影鼓(62)的显影面铺设具有空穴(128)的打印料层；
所述成型装置包括料鼓(48)和成型器，所述料鼓(48)绕第二轴线旋转，旋转的显影鼓(62)将打印料层直接或间接输送至所述料鼓(48)上，所述成型器对打印料层中的空穴进行填料处理并固化；
所述驱动装置用于驱动所述显影输料装置和/或所述成型装置相对移动，打印过程中使所述显影输料装置和所述成型装置的间距拉大。
2.如权利要求1所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述打印料层由第一打印料和第二打印料组成，第一打印料和第二打印料按预设图案分布构成所述打印料层；
所述显影输料装置包括两个显影鼓和两个打印料铺设模组，
一个打印料铺设模组在其中一显影鼓上铺设打印料层，另一个打印料铺设模组在另一显影鼓上铺设第二打印料层；
两个显影鼓分别将其表面附着的第一打印料和第二打印料一起输送至所述料鼓(48)上的相同层上或不同层上。
3.如权利要求1所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述显影输料装置还包括设置在所述显影鼓(62)和所述料鼓(48)之间的转移单元(15)，所述转移单元(15)与所述显影鼓(62)和所述料鼓(48)配合，吸附在所述显影鼓(62)表面的打印料层经转动的转移单元(15)输送至所述料鼓(48)上。
4.如权利要求3所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述转移单元(15)与多组所述显影输料装置配合，至少2组所述显影输料装置的打印料不同，各组显影输料装置用于将多种打印料层同时输送至该转移单元(15)上，在该转移单元(15)上形成具有复合材料的打印料层。
5.如权利要求3所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述料鼓(48)同时与多个所述转移单元(15)配合，各所述转移单元(15)分别同时向所述料鼓(48)的相同层或不同层上传送打印料层。
6.如权利要求3所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述转移单元(15)为设置在所述显影鼓(62)和所述料鼓(48)之间的传送鼓(132)，所述传送鼓(132)绕第三轴线旋转，在所述传送鼓(132)的转动方向上所述显影鼓(62)的出料端、所述料鼓(48)的进料端依次与所述传送鼓(132)配合；
或者
所述转移单元(15)为传送带(56)，在所述传送带(56)的转动方向上所述显影鼓(62)的出料端、所述料鼓(48)的进料端依次与所述传送带(56)配合。
7.如权利要求1所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述打印料铺设模组包括在所述显影鼓(62)旋转方向上依次设置的显影引擎(76)和显影器(78)，所述显影器(78)内装有打印料；
在所述显影鼓(62)旋转方向上所述显影鼓(62)的出料端位于所述显影器(78)的下游。
8.如权利要求7所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述显影鼓(62)的表面层(66)为绝缘层，所述显影引擎(76)为离子或电荷注射器；或
所述显影鼓(62)的表面层(66)为磁性材料层，所述显影引擎(76)为成像磁头。
9.如权利要求3所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，所述显影输料装置还包括第一加热器(92)，对所述转移单元(15)上的打印料层进行加热；
和/或
所述成型装置还包括在所述料鼓(48)旋转方向上在进料端上游设置的第三加热器(94)；
和/或
所述成型装置还包括在所述料鼓(48)旋转方向上在进料端下游设置的第二加热器(96)，和在所述第二加热器(96)的下游设置的冷却器(116)。
10.如权利要求1-3任意一所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，
所述料鼓(48)的旋转角速率随所述料鼓(48)表面打印料层半径的增加而减小。
11.如权利要求3所述的转鼓成像打印系统，其特征在于，两个所述打印料铺设模组与所述显影鼓(62)配合；
两个料鼓(48)与显影鼓(62)配合或两个料鼓(48)分别通过对应的转移单元(15)与显影鼓(62)配合；
其中一个所述打印料铺设模组铺设的打印料层经显影鼓(62)直接或间接传送到一个对应的料鼓(48)上；同时，其中另一个所述打印料铺设模组铺设的打印料层经显影鼓(62)直接或间接传送到另一个对应的料鼓(48)上；
其中，两个料鼓(48)的旋转角速率分别随各自表面打印料层半径的增加而减小。
12.一种采用如权利要求1所述转鼓成像打印系统的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
在显影鼓(62)的显影面铺设具有空穴的打印料层；
转动的显影鼓(62)将打印料层直接或间接转移至料鼓(48)上；
伴随着所述料鼓(48)的转动，成型器对经过的打印料层的空穴进行填料处理并固化。
13.如权利要求12所述的打印方法，其特征在于，所述料鼓(48)连续转动的同时，所述料鼓(48)与所述显影鼓(62)的间距连续且同步的变大，在所述料鼓(48)表面形成蜗旋状的打印料层。
14.如权利要求13所述的打印方法，其特征在于，所述方法还包括：打印初始阶段，在所述料鼓(48)的圆柱形成型表面上通过铺设厚度渐变的填料层或打印料层来形成蜗旋状表面。
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