CN109648844A - 一种3d打印设备及3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

一种3D打印设备,至少包括:3D打印主体和力补偿装置,其中,所述3D打印主体,用于实施3D打印;所述力补偿装置,用于在实施所述3D打印的同时对打印材料进行力补偿。同时本申请还涉及一种3D打印方法,本申请中的3D打印设备和3D打印方法,打破了目前自上而下依靠重力堆叠的常规方式,采用了力补偿装置,使其与重力共同配合从而达到打印材料堆叠力可调的目的,可以实现不同材料、不同密度的材料堆叠,扩展了3D打印的应用领域。

Description

一种3D打印设备及3D打印方法
技术领域
本发明属于3D打印装备领域,具体涉及一种3D打印设备,同时本发明还涉及该 3D打印机的打印方法。
背景技术
随着智能制造工程、工业4.0等概念的普及,3D打印技术正在变得越来越普及。 3D打印技术最早出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术 术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末 末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来, 最终把计算机上的蓝图变成实物,这打印技术称为3D立体打印技术。
具体来看,3D打印(英语:3D Printing),属于快速成形技术的一种,它是以数 字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层堆叠累积的方式 来构造物体的技术(即“积层造形法”)。过去其常在模具制造、工业设计等领域被 用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造,特别是一些高价值应用(比如髋 关节或牙齿,或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件,意味着“3D 打印”这项技术的普及。
2010年3月,一位名为恩里科·迪尼(Enrico Dini)的发明家设计出了一种神奇的3D打印机,这种打印机比常规方法要快四倍,而且所使用的原料也只有原来的三分之 一到二分之一,更重要的是几乎不会产生任何废弃物。这也是3D打印技术的优势之 一,能够做到几乎将原料全部利用,不产生废料。
与此同时,我们也发现目前传统的3D打印技术中还存在着一些缺陷:1、在现有 技术中,3D打印采用“分层制造,层层叠加”的增材制造工艺,层与层之间可能存在 压实不够,材料无法完全贴合的情况,很难打印出高强度的模型。2、在现有技术中, 由于3D打印模型是从下往上打印,由于重力作用,下方材料受到的压力要大于上方 材料受到的压力,可能会导致打印出的模型上下密度不一样。3、在现有技术中,某些 3D打印材料因冷却而收缩,自身重力不能克服收缩力,导致材料变形,脱离打印平台, 模型边缘卷起。4、在现有技术中,在打印模型较高层时,因为来自打印平台的热量不 能达到相应的高度,材料冷却得更快,因此打印层的粘附性较低,可能会形成裂缝。5、 在现有技术中,3D打印都是从下往上打印,对于有些特定模型,从上端往下端的打印 或者从左/右侧向右/左侧的打印更加适合。
以上问题中,国内外同行针对其中的某些个问题进行了研究,如针对问题3,国 内外同行通过使用可加热的打印平台、打印平台上添加胶水、使用粘性印刷床、校准 印刷床等方式进行改进,针对问题4,国内外同行有采用梯度升温、梯度降温、加装 冷却风扇等方式,可以解决或部分解决问题。但以上技术手段均存在一定的局限性, 适用范围窄。
因此,鉴于目前在3D打印领域中还存在的一些问题,本发明对3D打印设备进行 了进一步的设计和研究。
发明内容
针对以上现有技术中的不足,本发明的目的之一提供一种3D打印设备,通过力 补偿装置很好的解决了目前3D打印领域中的一些问题,同时也拓宽了3D打印的应用 领域。本发明的目的之二是提供了一种3D打印方法,通过力补偿装置的应用,使3D 打印技术应用更加广。
本发明的目的之一通过下述技术方案得以解决。
一种3D打印设备,至少包括:3D打印主体和力补偿装置,其中,所述3D打印 主体,用于实施3D打印;所述力补偿装置,用于在实施所述3D打印的同时对打印材 料进行力补偿。
现有技术中的3D打印设备,出料嘴都朝下,熔融的打印料依靠挤出力和重力堆 叠实现3D打印,这使得打印料的堆叠力难以调整,不能根据需要通过控制堆叠力大 小实现堆叠密实度的变化,使得3D打印技术在实际应用中还有些缺憾。此外,在一 些高密度材料及高堆叠物件的大于过程中,也会因为大于物件堆叠质量大发生自坍塌 现象,这使得3D的应用受到局限。
本申请中的3D打印设备,打破了目前自上而下依靠重力堆叠的常规方式,采用 了力补偿装置,使其与重力共同配合从而达到打印材料堆叠力可调的目的,可以实现 不同材料、不同密度的材料堆叠,扩展了3D打印的应用领域。
作为优选,所述力补偿装置至少包括旋转离心式重力补偿装置、气/液压浮力式重力补偿装置、磁力式重力补偿装置中的一种;其中,所述旋转离心式力补偿装置,用 于在3D打印过程对离心力的大小进行控制;所述浮力式重力补偿装置,用于在3D打 印过程对浮力的大小进行控制;所述磁力式重力补偿装置,用于在3D打印过程对磁 力的大小进行控制。以上三种力补偿装置,通过不同的力补偿方式,可以分别实现侧 向打印和从下往上打印,通过控制力补偿装置可以获得不同大小的补偿力,使3D打 印堆叠过程可变且可控,可以实现不同密度的堆叠。
作为优选,所述旋转离心式力补偿装置包括:旋转机构和连接杆;所述连接杆, 用于连接所述的3D打印主体和所述旋转机构;所述旋转机构,用于对所述3D打印主 体实施旋转。该方案适用于侧边出料打印,在旋转过程中,3D打印主体获得离心力, 使打印材料堆叠在外侧的打印板上。
作为优选,所述旋转机构包括中心轴和中心轴旋转控制电机,所述中心轴旋转控制电机用于控制中心轴的旋转。
作为优选,所述中心轴的轴旋转速度可调。通过调整转速,可以获得不同的离心力,使材料堆叠时受到的力不同,可以根据需要打印出不同的材料密度。
作为优选,所述中心轴旋转控制电机直接设置于所述中心轴的轴向固定端,或者,所述中心轴旋转控制电机通过皮带或者齿轮带动所述中心轴,传动方便且稳定。
作为优选,所述连接杆为固定式连接杆、伸缩式连接杆、折叠式连接杆、摆动式 连接杆或者叉形臂式连接杆。这些连接杆的结构使其长度可调,因此可以使3D打印 主体在离心旋转时具有不同的转动半径,也即可以获得不同的离心力。
作为优选,所述浮力式重力补偿装置包括:气/液压阀和至少一个气/液压喷嘴;所述气/液压喷嘴,产生压力气体或者压力液体,作用于被打印对象的所述打印材料;所 述气/液压阀,用于控制所述压力气体或者压力液体的气/液压力。该方式适用于从下往 上打印,打印的同时通过向上吹出的气体或液体,或者2个气/液压喷嘴均斜向上吹出 的气体或液体,给刚被吐料出的打印材料向上的力补偿,最初的一层打印材料就这样 被打印在顶部的打印板上;通过调节吹出的流体的压力和流速,可以获得不同的向上 的浮力,起到对堆叠时作用力的调整,可以获得不同的堆叠密度,当然打印材料属于 非常易于在气冷或者液冷的作用下,迅速凝结,由半流体变为固体的材料,同时该方 案可以避免打印物件自坍塌现象的发生。
作为优选,所述气/液压喷嘴对称设置于打印嘴的周边,所述气/液压喷嘴产生压力 气体或者压力液体,对所述打印嘴吐出的所述打印材料实施作用力。该结构中,该结 构中,对称设置的气/液压喷嘴可以为2-6个,对称设置保持作用力在各个方向上的均 匀和稳定,保证3D打印的精度。
作为优选,还包括导流槽,所述导流槽设置于所述3D打印主体底部,用于从所 述3D打印主体中导流出液体,该结构适用于液体的实施方式中。
作为优选,还包括导气孔,所述导气孔设置于所述3D打印主体上,用于平衡所 述3D打印主体内的气压,该结构适用于气体的实施方式中。
作为优选,所述磁力式重力补偿装置包括:打印顶平台和至少1个电磁控制器; 所述电磁控制器设置于所述打印顶平台之上,用于对所述打印材料施加磁吸力。该结 构适用于打印材料中添加有磁粉、铁粉等铁磁性粉末的情况下使用,打印时,打印材 料从打印嘴喷出后,在顶部平台上的电磁控制器的吸引下克服重力向上移动,并在顶 部打印板上进行堆叠打印成型;通过控制电磁控制器的磁吸力可以实现不同的堆叠力, 进而实现不同的堆叠密度。电磁控制器可以磁体或电磁体。
作为优选,所述电磁控制器的数量为1、3、4、6或者9个;当所述电磁控制器的 数量为3个时,3个所述电磁控制器成“品”字形排列;当所述电磁控制器的数量为4 个时,4个所述电磁控制器成“田”字形排列;当所述电磁控制器的数量为6个时,6 个所述电磁控制器成“用”字形排列;当所述电磁控制器的数量为9个时,9个所述 电磁控制器成“井”字形排列。以上排布方式保证磁吸力稳定,使3D打印精度高。
作为优选,所述磁力式重力补偿装置还包括电磁定位控制器,所述电磁定位控制器,用于对不同位置的电磁控制器实施磁力的大小控制。该结构中,可以实现不同区 域的不同磁吸力,通过对磁吸力的调整,因此可以适应复杂的打印堆叠操作。
作为优选,所述磁力式重力补偿装置还包括顶层移动装置,所述顶层移动装置,用于移动所述电磁控制器。该结构可以使磁吸力的作用范围发生移动,因此可以适应 复杂的打印堆叠操作。
作为优选,本申请的3D打印设备还包括:打印控制计算机,所述打印控制计算 机,用于控制所述3D打印设备的打印顺序、打印路径、打印进度、打印精度、打印 间隔、打印密度、打印形状、所述重力补偿力的大小、移动方式中的一种或多种。
作为优选,所述打印控制计算机进一步包括:CPU、GPU、MEM、HDD、I/O设 备和通讯芯片。
以上的本发明中的3D打印设备,通过向侧部或向上部的力补偿装置,改变了目 前依靠重力自上而下的3D打印方式,实现了侧向3D打印和自下向上的3D打印,拓 宽了3D打印技术的应用领域,同时通过对补偿力大小的控制和调整,实现了不同堆 叠密度的打印,可以打印具有不同密度层级分布的物件;同时发明中的3D打印设备 也避免了打印物件自坍塌、裂纹等现象的发生。
本发明的目的之二是提供一种3D打印方法,包括如下步骤:S100:获取3D打 印对象的信息;S200:根据所述3D打印对象的信息,实施3D侧打印模式或者3D倒 打印模式的3D打印。
优选的,本申请中,所述S200步骤之后还包括:S300:在实施所述3D打印的同 时对打印材料进行重力补偿。
优选的,本申请中,所述S300步骤包括如下任一步骤:S310:在实施所述3D打 印的过程中,通过对离心力的大小进行实时控制来进行力补偿;S320:在实施所述3D 打印的过程中,通过对气压力的大小进行实时控制来进行重力补偿;S330:在实施所 述3D打印的过程中,通过对液压力的大小进行实时控制来进行重力补偿;S340:在 实施所述3D打印的过程中,通过对磁力的大小进行实时控制来进行重力补偿。
以上的3D打印方法中,通过侧打或倒打的方式,使打印时的堆叠力可调,可以 适应更广泛的3D打印需求。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:提供了一种具有力补偿装置的3D 打印设备及其所对应的3D打印方法,通过力补偿功能,实现的侧向打印或倒向打印, 可以通过调节获得不同的补偿力,实现不同的材料堆叠密实度。
附图说明
图1为本发明的实施方式一中的旋转式力补偿3D打印设备的立体图。
图2为本发明的实施方式一中的3D打印主体的框体的结构示意图。
图3为本发明的实施方式一中的3D打印主体的内部结构示意图一。
图4为本发明的实施方式一中的3D打印主体的内部结构示意图二。
图5为本发明的实施方式一中的打印喷头结构处的立体图。
图6为本发明的实施方式二中的旋转式力补偿3D打印设备的立体图。
图7为本发明的实施方式二中的3D打印主体的内部结构示意图一。
图8为本发明的实施方式二中的3D打印主体的内部结构示意图二。
图9为本发明的实施方式二中的3D打印组件的结构示意图。
图10为侧向打印时的打印材料的受力分析图。
图11为本发明的实施方式三中的气/液压浮力式重力补偿3D打印设备的立体图。
图12为本发明的实施方式三中的气/液压浮力式重力补偿3D打印设备的内部示意图一。
图13为本发明的实施方式三中的气/液压浮力式重力补偿3D打印设备的内部示意图二。
图14为本发明的实施方式三中的气/液压浮力式重力补偿3D打印设备的打印喷头结构处的立体图。
图15为本发明的实施方式四中的磁力式重力补偿3D打印设备的立体图。
图16为本发明的实施方式四中的磁力式重力补偿3D打印设备的内部示意图一。
图17为本发明的实施方式四中的磁力式重力补偿3D打印设备的内部示意图二。
图18为本发明的实施方式四中的磁力式重力补偿3D打印设备的打印平台的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参照图1至图18,本发明涉及的一种3D打印设备,至少包括:3D打印主体和力 补偿装置,所述3D打印主体,用于实施3D打印;所述力补偿装置,用于在实施所述3D打印的同时对打印材料进行力补偿。
本申请中,所述力补偿装置至少包括旋转离心式重力补偿装置、气/液压浮力式重力补偿装置、磁力式重力补偿装置中的一种;其中:所述旋转离心式力补偿装置,用 于在3D打印过程对离心力的大小进行控制;所述浮力式重力补偿装置,用于在3D打 印过程对浮力的大小进行控制;所述磁力式重力补偿装置,用于在3D打印过程对磁 力的大小进行控制。
具体的,所述旋转离心式力补偿装置包括:旋转机构和连接杆;所述连接杆,用 于连接所述一种3D打印主体和所述旋转机构;所述旋转机构,用于对所述3D打印 主体实施旋转。所述旋转机构包括中心轴和中心轴旋转控制电机,所述中心轴旋转控 制电机用于控制中心轴的旋转;所述中心轴的轴旋转速度可调。所述中心轴旋转控制 电机直接设置于所述中心轴的轴向固定端,或者,所述中心轴旋转控制电机通过皮带 或者齿轮带动所述中心轴。所述连接杆为固定式连接杆、伸缩式连接杆、折叠式连接 杆、摆动式连接杆或者叉形臂式连接杆。
具体的,所述浮力式重力补偿装置包括:气/液压阀和至少一个气/液压喷嘴;所述气/液压喷嘴,产生压力气体或者压力液体,作用于被打印对象的所述打印材料;所述 气/液压阀,用于控制所述压力气体或者压力液体的气/液压力。所述气/液压喷嘴对称 设置于打印嘴的周边,所述气/液压喷嘴产生压力气体或者压力液体,对所述打印嘴吐 出的所述打印材料实施作用力。当流体为液体时,还包括导流槽,所述导流槽设置于 所述3D打印主体底部,用于从所述3D打印主体中导流出液体。当流体为气体时,还 包括导气孔,所述导气孔设置于所述3D打印主体上,用于平衡所述3D打印主体内的 气压。
具体的,所述磁力式重力补偿装置包括:打印顶平台和至少1个电磁控制器;所 述电磁控制器设置于所述打印顶平台之上,用于对所述打印材料施加磁吸力。所述电 磁控制器的数量为1、3、4、6或者9个;当所述电磁控制器的数量为3个时,3个所 述电磁控制器成“品”字形排列;当所述电磁控制器的数量为4个时,4个所述电磁 控制器成“田”字形排列;当所述电磁控制器的数量为6个时,6个所述电磁控制器 成“用”字形排列;当所述电磁控制器的数量为9个时,9个所述电磁控制器成“井” 字形排列。所述磁力式重力补偿装置还包括电磁定位控制器,所述电磁定位控制器, 用于对不同位置的电磁控制器实施磁力的大小控制。所述磁力式重力补偿装置还包括 顶层移动装置,所述顶层移动装置,用于移动所述电磁控制器。
此外,本申请中的3D打印设备,还包括:打印控制计算机,所述打印控制计算 机,用于控制所述3D打印设备的打印顺序、打印路径、打印进度、打印精度、打印 间隔、打印密度、打印形状、所述重力补偿力的大小、移动方式中的一种或多种。所 述打印控制计算机进一步包括:CPU、GPU、MEM、HDD、I/O设备和通讯芯片。
本申请中还涉及一种3D打印方法,包括如下步骤:S100:获取3D打印对象的 信息;S200:根据所述3D打印对象的信息,实施3D侧打印模式或者3D倒打印模式 的3D打印。其中,所述S200步骤之后还包括:S300:在实施所述3D打印的同时对 打印材料进行重力补偿。所述S300步骤包括如下任一步骤:S310:在实施所述3D打 印的过程中,通过对离心力的大小进行实时控制来进行力补偿;S320:在实施所述3D 打印的过程中,通过对气压力的大小进行实时控制来进行重力补偿;S330:在实施所 述3D打印的过程中,通过对液压力的大小进行实时控制来进行重力补偿;S340:在 实施所述3D打印的过程中,通过对磁力的大小进行实时控制来进行重力补偿。
以下从数个实施例对本申请中的技术方案做详细说明。
实施例一
见图1至图5所示,实施例一为本发明中的旋转离心式力补偿装置的3D打印设 备,包括底座1,该底座1具有较大的占地面积,保证打印时的稳定性。底座1上设 有旋转机构,该旋转机构包括可转动的中心轴2和驱动中心轴2转动的皮带轮组件, 该皮带轮组件包括主动皮带轮51、从动皮带轮52、连接主动皮带轮51和从动皮带轮 52的皮带5,从动皮带轮52固定在中心轴2上,主动皮带轮51与中心轴旋转控制电 机53相连,同时底座1上还设有电机控制器54,用于控制电机开启和关闭,同时调 节电机转速。
中心轴2上设有连接杆3,该连接杆3的外侧设有打印箱4,该打印箱4中设有 3D打印主体。具体的,该3D打印主体包括侧向设置的打印台71,打印材料在该打印 台71上进行堆叠成型,还包括横向设置的两根第一滑杆72,两根第一滑杆72之间设 有第二滑杆74,第二滑杆74的端部通过第一马达73可移动设于第一滑杆71上,同 时第二滑杆74上设有可移动的第二马达751,该第二马达751上设有打印头75。打印 头75的一端连接有材料线471,该材料线471卷绕在打印箱4外侧的材料卷47上, 方便打印送料。此外,本实施方式中的打印台71通过第三马达714移动设于第三滑杆 713上,该第三滑杆713通过支撑脚712固定在打印箱4的侧板上。
本实施方式中的打印箱4为大致立方体结构的箱体,其中,顶板41可向上掀起打开,方便取件和进行维修等操作,两侧的侧板上设有方便观察内部状态的透明玻璃42, 底板上设有缓冲垫43,如橡胶垫、布垫等,当打印物件落下时起到保护作用。
本实施方式中,打印过程中,通过中心轴2的转动带动3D打印主体的离心旋转, 该过程中,打印材料从打印头75上挤出后被甩到打印台71上进行堆叠成型。通过第 一马达73、第二马达751、第三马达714的运动,可以实现打印头75与打印物件在 X\Y\Z轴方向上的移动和调整,可以很好的进行物件的打印。同时,本实施方式中, 在打印台71上设有压力传感器711,可以在打印过程中实施感知打印物件对其的压力, 并根据指令作出相应的调整,如加快转速增加离心力或降低转速减小离心力。
本申请中,第一马达73、第二马达751、第三马达714与第一滑杆72、第二滑杆74、第三滑杆713之间的移动方式可以为滚轮滑槽式移动结构或齿轮齿条啮合移动结 构,都可以很好的实现准确移动,定位准确。
实施例二
见图6至图9,实施例二为本发明中的另一种方式的旋转离心式力补偿装置的3D打印设备,包括底座1,该底座1具有较大的占地面积,保证打印时的稳定性。底座1 上设有旋转机构,该旋转机构包括可旋转的中心轴2和驱动中心轴2转动的齿轮组件, 该齿轮组件包括主动齿轮61、从动齿轮62,从动齿轮62固定在中心轴2上,主动齿 轮61与齿轮控制电机63相连,同时底座1上还设有电机控制器,用于控制电机开启 和关闭,同时调节电机转速。
中心轴2上设有连接杆3,该连接杆3的外侧设有打印箱4,该打印箱4中设有 3D打印主体。具体的,该3D打印主体包括侧向设置的打印台71,打印材料在该打印 台71上进行堆叠成型,还包括横向设置的三根第一滑杆72,三根第一滑杆72所围成 的区域内设有打印头75,该打印头75上铰接有三组联动杆731,每组联动杆731的端 部均铰接在第一马达73上,该第一马达73可在第一滑杆72上移动实现定位。打印头 75的一端连接有材料线471,该材料线471卷绕在打印箱4外侧的材料卷47上,方便 打印送料。
本实施方式中的打印箱4为大致立方体结构的箱体,其中,顶板41可向上掀起打开,方便取件和进行维修等操作,两侧的侧板上设有方便观察内部状态的透明玻璃, 底板上设有缓冲垫43,如橡胶垫、布垫等,当打印物件落下时起到保护作用。
本实施方式中,打印过程中,通过中心轴2的转动带动3D打印主体的离心旋转, 该过程中,打印材料从打印头75上挤出后被甩到打印台71上进行堆叠成型。通过三 组联动杆731在三根第一滑杆72上的移动,可以实现打印头75在X\Y\Z轴方向上的 移动和调整,可以很好的进行物件的打印,打印过程中,可以加快转速增加离心力或 降低转速减小离心力,获得不同的材料堆叠密实度。
本申请中,第一马达73与第一滑杆72之间的移动方式可以为滚轮滑槽式移动结构或齿轮齿条啮合移动结构,都可以很好的实现准确移动,定位准确。
以上实施例一和实施例二均为旋转离心式力补偿装置的3D打印设备,图10所示为3D打印过程中打印材料91的受力分析图,打印时旋转产生的离心力将挤出的打印 材料91压在打印台71上,通过摩擦力f与重力G的平衡使材料堆叠时不会掉落,同 时通过调整转速可以获得不同的离心力,进而使材料具有不同的堆叠密实度,打印出 具有密度层次感的物件,弥补了先有的3D打印技术中的空白。
此外,以上实施例中,通过改变连接杆的结构,如:采用伸缩式连接杆、折叠式 连接杆、摆动式连接杆、叉形臂式连接杆等不同形式的连接杆,可以在打印过程中调 整连接杆的长度,相当于对圆周旋转的半径的作出了改变,可以对离心力进行调整, 具体原理如下。
F=mω2r,其中,F为离心力的强度;m为物体的质量;ω为离心转子转动的角 速度,其单位为rad/s;r为离心半径(cm),即转子中心轴到物体之间的距离。离心力 随着物体的质量、转速ω和物体质量r增加而增加。打印平台与模型之间的反作用力 N=F(离心力),模型与打印平台之间摩擦力f=μN,μ为静摩擦因数。当离心力F增大, 反作用力N也增大,摩擦力f随之增大,当f=G(模型所受重力)时,模型可以克服 重力,相对打印平台静止,与打印平台一起做匀速圆周运动。离心力F越大,模型打 印层与层之间的压力越大,贴合的就越紧密。
在另一种实施方式中,为了保证圆周旋转时整体的稳定性,在中心轴2上可以设置多个3D打印主体,如设置2-4个,圆周对称分布,保证旋转时整体的稳定性,同时 可以同步实施多个打印操作,效率高。
实施例三
见图11至图14,实施例三为本发明中的浮力式重力补偿装置的3D打印设备,包 括大致立方体结构的打印箱4,该打印箱4内腔的上部设有打印台71,打印材料在该 打印台71上进行堆叠成型,同时该打印箱4中还设有两根第一滑杆72,两根第一滑 杆72之间设有第二滑杆74,第二滑杆74的端部通过第一马达73可移动设于第一滑 杆71上,同时第二滑杆74上设有可移动的第二马达751,该第二马达751上设有打 印头75。该打印头75的一端连接有材料线471,该材料线471卷绕在打印箱4外侧的 材料卷47上,方便打印送料。此外,本实施方式中的打印台71通过第三马达移动设 于第三滑杆上,该第三滑杆通过支撑脚712固定在打印箱4的顶板41上。
本实施方式中的浮力式重力补偿装置包括气/液压阀48,该气/液压阀48通过管路与泵体相连,同时气/液压阀48通过管路481与气/液压喷嘴482相连,该气/液压喷嘴 482设于第二马达751上,并且分布在打印台75的周边。本实施方式中有两个气/液压 喷嘴482,也可以为均匀分布的3-5个,保证浮力的稳定性。
本实施方式中,打印过程中,打印材料从打印头75上向上挤出,挤出后被气/液 压喷嘴482处喷出的气/液体向上吹到打印台71上,实现堆叠。通过第一马达73、第 二马达751、第三马达的运动,可以实现打印头75与打印物件在X\Y\Z轴方向上的移 动和调整,可以很好的进行物件的打印;同时,通过调整气/液压喷嘴482吹出的流体 流速,可获得不同的吹出力量,使材料堆叠时产生不同的堆叠密度,同时本实施例中 从下向上出料打印的方式,避免了打印物件的自坍塌现象。
此外,本实施例中,当采用液体(水、油等)作为浮力来源时,打印箱4内部的 底部还设有导流槽,用于从所述3D打印主体中导流出液体。当采用气体作为浮力来 源时,还包括导气孔,所述导气孔设置于所述3D打印主体上(具体设置在打印箱壁 上,用于平衡所述3D打印主体内的气压。
本申请中,第一马达73、第二马达751、第三马达与第一滑杆72、第二滑杆74、 第三滑杆之间的移动方式可以为滚轮滑槽式移动结构或齿轮齿条啮合移动结构,都可 以很好的实现准确移动,定位准确。
实施例四
见图15至图18,实施例四为本发明中的磁力式重力补偿装置的3D打印设备,包 括大致立方体结构的打印箱4,该打印箱4内腔的上部设有打印台71,打印材料在该 打印台71上进行堆叠成型,同时该打印箱4中还设有两根第一滑杆72,两根第一滑 杆72之间设有第二滑杆74,第二滑杆74的端部通过第一马达73可移动设于第一滑 杆71上,同时第二滑杆74上设有可移动的第二马达751,该第二马达751上设有打 印头75。该打印头75的一端连接有材料线471,该材料线471卷绕在打印箱4外侧的 材料卷47上,方便打印送料。此外,本实施方式中的打印台71通过第三马达714移 动设于第三滑杆713上,该第三滑杆713通过支撑脚712固定在打印箱4的顶板41 上。
在打印台71上设有用于产生磁吸力的电磁控制器716,该电磁控制器716的数量可以为一个或多个,当设置多个时,可用隔断717互相隔开。具体的,为了保证磁吸 力分布的均匀性,所述电磁控制器的数量可以为1、3、4、6或者9个;当所述电磁控 制器的数量为3个时,3个所述电磁控制器成“品”字形排列;当所述电磁控制器的 数量为4个时,4个所述电磁控制器成“田”字形排列;当所述电磁控制器的数量为6 个时,6个所述电磁控制器成“用”字形排列;当所述电磁控制器的数量为9个时,9 个所述电磁控制器成“井”字形排列。
本实施例中还包括电磁定位控制器,所述电磁定位控制器,用于对不同位置的电磁控制器716实施磁力的大小控制,能够适用不同目的的3D打印。
本实施方式的3D打印设备,适用于打印材料中添加有磁粉、铁粉等磁性物质粉 末的材料。打印过程中,打印材料从打印头75上向上挤出,挤出后被磁吸力吸到打印 台71上,实现堆叠。通过第一马达73、第二马达751、第三马达714的运动,可以实 现打印头75与打印物件在X\Y\Z轴方向上的移动和调整,可以很好的进行物件的打 印;同时,通过调整电磁控制器716的磁吸力,可获得不同的磁吸力,使材料堆叠时 产生不同的堆叠密度,同时本实施例中从下向上出料打印的方式,避免了打印物件的 自坍塌现象。
本申请中,第一马达73、第二马达751、第三马达714与第一滑杆72、第二滑杆 74、第三滑杆713之间的移动方式可以为滚轮滑槽式移动结构或齿轮齿条啮合移动结 构,都可以很好的实现准确移动,定位准确。
此外,以上实施例中,3D打印设备还打印控制计算机,所述打印控制计算机可以内置于3D打印主体中,也可以外外接设备,用于控制所述3D打印设备的打印顺序、 打印路径、打印进度、打印精度、打印间隔、打印密度、打印形状、移动方式中的一 种或多种。在一种可实施的方案中,所述打印控制计算机包括:CPU、GPU、MEM、 HDD、I/O设备和/或通讯芯片。3D打印设备除了机械结构以外,还有电气结构和控制 系统,CPU相当于机器人的大脑,进行统筹;GPU与各摄像头相连相当于机器人的眼 睛,进行对三维世界的识别;MEM是辅助CPU进行计算的半导体器件;HDD相当于 机器人的记忆,该记忆可以被植入,比如被打印对象的3D空间数据;I/O设备和通讯 芯片是相互配合运作的,相当于机器人的神经系统,工作前或者工作过程中,负责收 取打印指令、被打印对象的3D空间数据等。
此外,本申请中打印头、电机、马达、滑杆、中心轴等,为现有技术中常规结构, 其开关和控制方式也为常规技术。本申请中的用电单元通过电线接入到电网中使用, 或者与3D打印装备中的蓄电池连接进行工作。
以上实施例中的3D打印设备,所涉及的3D打印方法,包括如下步骤:
S100:获取3D打印对象的信息:3D打印对象的信息可以来自计算机上的建模 信息,也可以来此3D扫描机扫描物件后生产的数据信息,也可以是其他方式产品的 可被识别的模型信息。
S200:根据所述3D打印对象的信息,实施3D侧打印模式或者3D倒打印模式的 3D打印。
S300:在实施所述3D打印的同时对打印材料进行重力补偿。
具体,针对不同的力补偿方式,细分步骤如下。
S310:在实施所述3D打印的过程中,通过对离心力的大小进行实时控制来进行 力补偿;适用于实施例一和实施例二中的旋转离心式力补偿装置的3D打印设备。
S320:在实施所述3D打印的过程中,通过对气压力的大小进行实时控制来进行 重力补偿;适用于实施例三中的浮力式重力补偿装置的3D打印设备,其中的浮力源 为气体。
S330:在实施所述3D打印的过程中,通过对液压力的大小进行实时控制来进行 重力补偿;适用于实施例三中的浮力式重力补偿装置的3D打印设备,其中的浮力源 为液体。
S340:在实施所述3D打印的过程中,通过对磁力的大小进行实时控制来进行重 力补偿;适用于实施例四中的磁力式重力补偿装置的3D打印设备。
以上3D打印方法中的步骤,其序号不代表步骤之间的先后顺序,实际打印过程 中可以根据需要选择其中的步骤进行。
以上所述的本发明中3D打印设备及3D打印方法,打破了目前自上而下依靠重力堆叠的常规方式,采用了力补偿装置,使其与重力共同配合从而达到打印材料堆叠力 可调的目的,可以实现不同材料、不同密度的材料堆叠,扩展了3D打印的应用领域。 具体来看,针对现有技术中的一些问题,本发明中的技术方案:1.突破了现有3D打印 模型贴合不完全的缺点,可以打印出更结实,密度更大,强度更强的模型。2.通过保 持固定的匀速圆周运动,实现层与层之间的压力一致,保证3D打印模型密度保持一 致。3.适当增大补偿力,可以降低模型边缘卷起的概率。4.适当增大补偿力,可以增 大层与层之间的粘附力,降低模型边缘裂缝。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式,本发明的保护范围以权利要求书为准,任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本 发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印设备,其特征在于,至少包括:3D打印主体和力补偿装置,
所述3D打印主体,用于实施3D打印;
所述力补偿装置,用于在实施所述3D打印的同时对打印材料进行力补偿。
2.如权利要求1所述的一种3D打印设备,其特征在于,所述力补偿装置至少包括旋转离心式重力补偿装置、气/液压浮力式重力补偿装置、磁力式重力补偿装置中的一种;
所述旋转离心式力补偿装置,用于在所述3D打印过程对离心力的大小进行控制;
所述浮力式重力补偿装置,用于在所述3D打印过程对浮力的大小进行控制;
所述磁力式重力补偿装置,用于在所述3D打印过程对磁力的大小进行控制。
3.如权利要求2所述的一种3D打印设备,其特征在于,所述旋转离心式力补偿装置包括:旋转机构和连接杆;
所述连接杆,用于连接所述一种3D打印主体和所述旋转机构;
所述旋转机构,用于对所述3D打印主体实施旋转。
4.如权利要求2所述的一种3D打印设备,其特征在于,所述浮力式重力补偿装置包括:气/液压阀和至少一个气/液压喷嘴;
所述气/液压喷嘴,产生压力气体或者压力液体,作用于被打印对象的所述打印材料;
所述气/液压阀,用于控制所述压力气体或者压力液体的气/液压力。
5.如权利要求2所述的一种3D打印设备,其特征在于,所述磁力式重力补偿装置包括:打印顶平台和至少1个电磁控制器;
所述电磁控制器设置于所述打印顶平台之上,用于对所述打印材料施加磁吸力。
6.如权利要求1所述的一种3D打印设备,其特征在于,还包括:打印控制计算机,所述打印控制计算机,用于控制所述3D打印设备的打印顺序、打印路径、打印进度、打印精度、打印间隔、打印密度、打印形状、所述重力补偿力的大小、移动方式中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的一种3D打印设备,其特征在于,所述打印控制计算机进一步包括:CPU、GPU、MEM、HDD、I/O设备和通讯芯片。
8.一种3D打印设备的一种3D打印方法,其特征在于,包括如下步骤:
S100:获取3D打印对象的信息;
S200:根据所述3D打印对象的信息,实施3D侧打印模式或者3D倒打印模式。
9.如权利要求8所述的一种3D打印方法,其特征在于,所述S200步骤之后还包括:
S300:在实施所述3D打印的同时对打印材料进行重力补偿。
10.如权利要求9所述的一种3D打印方法,其特征在于,所述S300步骤包括如下任一步骤:
S310:在实施所述3D打印的过程中,通过对离心力的大小进行实时控制来进行力补偿;
S320:在实施所述3D打印的过程中,通过对气压力的大小进行实时控制来进行重力补偿;
S330:在实施所述3D打印的过程中,通过对液压力的大小进行实时控制来进行重力补偿;
S340:在实施所述3D打印的过程中,通过对磁力的大小进行实时控制来进行重力补偿。
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