CN109774117A - 一种三维复印装置及三维复印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三维复印装置,其包括:底台;旋转平台,其可转动地安装于底台上;水平移动平台,其安装于旋转平台上;移动架,其可升降地安装于升降导轨机构上,升降导轨机构安装于底台上,移动架上还滑动连接有打印喷头,且移动架上还安装有TOF相机。本发明还提供了一种三维复印方法。本发明相较于现有技术可以解决现有设备硬件成本高、体积庞大、3D扫描获得数据模型文件速度慢、容易受环境光影响等问题。
Description
技术领域
本发明涉及三维打印领域,具体而言,涉及一种三维复印装置及三维复印方法。
背景技术
快速成型制造是为了满足快速生产零件,模具,物理模型等而催生的新型制造工具和方式,广泛应用在家电,玩具,工业,通讯,汽车和建筑等诸多行业中。
快速成型制造是通过使用CAD模型,可以较快制造出任意形状的三维化实物的技术过程。它主要是通过材料累加制造理念,在原本材料应用基础上生长材料,而非将材料去除,在加工过程中不需要模具和刀具,因此材料的使用效率较高。制造时长和制程成本也较传统加工方式有大幅度降低。
现有的快速成型制造方式主要使用由3D扫描装置、计算机和3D打印装置组成的设备。使用过程中用3D扫描设备对需要生产的目标零件进行扫描得到一系列的物体二维数据,之后通过三维重建的方式在计算机上生成对应的3D数据模型文件,再用计算机连接3D打印设备后逐层增加材料来形成实体。
目前的这类设备的主要缺点在于:
1)需要独立的3D扫描设备、3D打印设备和计算机,硬件成本高,不利于普及到各行各业;
2)上述的这3类硬件设备都需要占用独立的空间,不利于制造生产场地的有效利用,增加生产成本;
3)硬件移动和搬运繁琐,制约了在其他生产场合的使用;
4)计算机上的3D数据模型文件存在被恶意复制和传播的风险,损害到生产企业的利益;
5)目前常用的3D扫描设备中,主要采用双目立体视觉和激光扫描的方式采集目标物体的数据;这两种方式的软件复杂度极高,扫描获得3D数据模型文件速度慢,增加了生产时间;且双目立体视觉属于被动受光方式,在低环境光条件下运行的效果较差,制约了应用场景。
发明内容
鉴于此,本发明提供了一种三维复印装置及三维复印方法,主要用以解决现有设备硬件成本高、体积庞大、3D扫描获得数据模型文件速度慢、容易受环境光影响等问题。
为此,一方面,本发明提供了一种三维复印装置,其包括:
底台;
旋转平台,其可转动地安装于底台上;
水平移动平台,其安装于旋转平台上;
移动架,其可升降地安装于升降导轨机构上,升降导轨机构安装于底台上,移动架上还滑动连接有打印喷头,且移动架上还安装有TOF相机。
进一步地,上述水平移动平台上设置有零件台、霍尔开关和永磁体,零件台在水平移动平台进行水平移动,霍尔开关在水平移动平台上沿着靠近或者远离永磁体的方向进行水平移动。
进一步地,上述零件台的水平移动方向垂直于霍尔开关的水平移动方向。
进一步地,上述零件台的一侧安装有电位器,其与零件台进行信号连接。
进一步地,上述升降导轨机构包括至少两垂直布置的丝杆,其由电机驱动转动,移动架套装于丝杆上。
另一方面,本发明提供了一种三维复印方法,其包括以下步骤:
将目标物体放置在水平移动平台上,设置所需的打印比例;
启动TOF相机,同时零件台开始旋转,零件台旋转过程中TOF相机采集目标物体的三维数据后传送给控制板,控制板根据采集的三维数据生成目标物体的3D数据模型文件,控制板根据打印比例生成符合比例的三维打印数据文件。
从水平移动平台上移走目标物体,启动打印喷头,控制板根据符合比例的三维打印数据文件来控制打印喷头和水平移动平台的移动行程,打印喷头逐步分层堆积出所需的零件。
进一步地,上述水平移动平台上,移动零件台,零件台驱使电位器输出不同的电阻值给控制板,控制板根据不同的电阻值关联不同的打印比例。
进一步地,上述水平移动平台上:
移动霍尔开关,霍尔开关检测到永磁体后,霍尔开关动作,触发控制板启动TOF相机,同时触发零件台旋转;
向相反方向继续移动霍尔开关,霍尔开关检测不到永磁体后再次动作,触发控制板启动打印喷头。
本发明所提供的一种三维复印装置及三维复印方法,其相较于现有技术主要具有以下优点:
将3D扫描装置和3D打印装置有效地整合在一起,使得所占体积保持为普通3D打印装置的大小,在不影响使用的前提下从根本上解决了硬件成本,硬件体积,应用场景等问题。
将计算机功能集成到复印机中,摆脱了对独立计算机的依赖,恶意获取3D生产文件后进行复制和传播的可能性大大降低了,且无需复杂的界面和参数设置;
3D扫描功能采用了TOF(飞行时间)相机作为目标物体数据采集装置,提高了获得3D数据模型文件的速度,并且提高了对环境光的适应能力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明中实施例提供的一种三维复印装置在前视角度下的结构示意图;
图2为本发明中实施例提供的一种三维复印装置在侧视角度下的结构示意图;
图3为本发明中实施例提供的一种三维复印装置在俯视角度下的结构示意图;
图4为本发明中实施例提供的一种三维复印装置及三维复印方法所涉及的控制系统结构图;
图5本发明中实施例提供的一种三维复印装置及三维复印方法所涉及的水平移动平台的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参见图1至图3,图中示出了本发明实施例提供的一种三维复印装置,其中主要设置了底台1、旋转平台2、水平移动平台3和移动架4;旋转平台2可转动地安装于底台1上,水平移动平台3安装于旋转平台2上,移动架4可升降地安装于升降导轨机构41上,升降导轨机构41安装于底台1上,移动架4上还滑动连接有打印喷头42,且移动架4上还安装有TOF相机43。
参见图1至图4,升降导轨机构41包括两垂直布置的丝杆411,其分别由左垂直控制电机412和右垂直控制电机413驱动转动,移动架4套装于丝杆411上。
继续参见图1至图4,水平控制电机421连接水平螺纹丝杆422,可带动打印喷头42在水平方向上左右移动,打印喷头42用来加热制造材料,使之具有流动性后挤出打印喷头42,堆积成型实现物体制造。TOF相机43和它们安装在一起,用来采集目标物体的数据,再传输给控制板12。TOF相机43内的发射器主动发射特定波长的光信号到目标物体的表面上,然后接收目标物体反射回来的光,通过反射光和反射光之间的相位差可以得到距离信息,再转化进一步为得到景深,用于后期控制板12上生成3D数据模型文件。TOF相机43可以发射红外或近红外光,这样使得在低光环境下也不受影响。相位差的计算比其他3D扫描方式的计算要快很多。
继续参见图1至图4,左垂直控制电机412和右垂直控制电机413装在控制箱内,分别连接两丝杆411,可以控制TOF相机43和打印喷头42等在垂直方向上做上下移动。
继续参见图1至图4,水平移动平台3上装有前后移动控制电机34,可使水平移动平台3在水平方向上做前后移动。它与打印喷头42配合,可实现在水平方向上的二维移动,而打印喷头42本身又可以垂直上下移动,这样就可以完成各种分层堆积,实现三维制造。
继续参见图1至图4,旋转平台控制电机21安装在控制箱(其安装于底台1内)内,连接旋转平台2。旋转平台2连接水平移动平台3,这样可以实现水平移动平台3的旋转运动,为目标物体的三维扫描服务。
继续参见图1至图4,控制板12安装在控制箱内。
继续参见图1至图4,本发明中实施例提供的一种三维复印装置及三维复印方法所涉及的运行过程如下:
1)将目标物体放置在水平移动平台3的零件平台31上,前后移动零件平台31设置所需的打印比例;
2)向左移动运行启动装置321,开始3D扫描过程;
3)TOF相机43在垂直方向上移动到适合位置后,旋转平台2开始带动目标物体做旋转,TOF相机43采集目标物体数据后传送给控制板12。旋转结束后控制板12开始生成三维物体数据模型文件供后期制造使用;
4)用户移走目标物体,向右移动运行启动装置321,开始3D打印过程;
5)控制板12控制打印喷头41和水平移动平台3按之前设置的打印比例分层堆积出所需的零件来。
参见图5,零件平台31上放置待扫描物体和打印完成的物体,它可以在打印比例设置装置331上进行前后移动,这样可以使得电位器311输出不同的电阻值给控制板12,这样用户就能方便地实现3D打印比例的设置。运行启动装置321上装有霍尔开关32,将它向左移动,检测到永磁体33后霍尔开关32动作,触发控制板12启动3D扫描过程,将它向右移动,霍尔开关32检测不到永磁体33后再次动作,触发控制板12启动3D打印过程。
因而,本实施例所提供的一种三维复印装置及三维复印方法,其相较于现有技术主要具有以下优点:
将3D扫描装置和3D打印装置有效地整合在一起,使得所占体积保持为普通3D打印装置的大小,在不影响使用的前提下从根本上解决了硬件成本,硬件体积,应用场景等问题。
将计算机功能集成到复印机中,摆脱了对独立计算机的依赖,恶意获取3D生产文件后进行复制和传播的可能性大大降低了,且无需复杂的界面和参数设置;
3D扫描功能采用了TOF(飞行时间)相机作为目标物体数据采集装置,提高了获得3D数据模型文件的速度,并且提高了对环境光的适应能力。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种三维复印装置,其特征在于,包括:
底台(1);
旋转平台(2),其可转动地安装于所述底台(1)上;
水平移动平台(3),其安装于所述旋转平台(2)上;
移动架(4),其可升降地安装于升降导轨机构(41)上,所述升降导轨机构(41)安装于所述底台(1)上,所述移动架(4)上还滑动连接有打印喷头(42),且所述移动架(4)上还安装有TOF相机(43)。
2.根据权利要求1所述的一种三维复印装置,其特征在于,所述水平移动平台(3)上设置有零件台(31)、霍尔开关(32)和永磁体(33),所述零件台(31)在所述水平移动平台(3)进行水平移动,所述霍尔开关(32)在所述水平移动平台(3)上沿着靠近或者远离永磁体(33)的方向进行水平移动。
3.根据权利要求2所述的一种三维复印装置,其特征在于,所述零件台(31)的水平移动方向垂直于所述霍尔开关(32)的水平移动方向。
4.根据权利要求2所述的一种三维复印装置,其特征在于,所述零件台(31)的一侧安装有电位器(311),其与所述零件台(31)进行信号连接。
5.根据权利要求1所述的一种三维复印装置,其特征在于,所述升降导轨机构(41)包括至少两垂直布置的丝杆(411),其由电机驱动转动,所述移动架(4)套装于所述丝杆(411)上。
6.一种三维复印方法,其特征在于,包括以下步骤:
将目标物体放置在水平移动平台上,设置所需的打印比例;
启动TOF相机,同时零件台开始旋转,零件台旋转过程中TOF相机采集目标物体的三维数据后传送给控制板,控制板根据采集的三维数据生成目标物体的3D数据模型文件,控制板根据所述打印比例生成符合比例的三维打印数据文件。
从所述水平移动平台上移走目标物体,启动打印喷头,控制板根据符合比例的三维打印数据文件来控制所述打印喷头和所述水平移动平台的移动行程,所述打印喷头逐步分层堆积出所需的零件。
7.根据权利要求6所述的一种三维复印方法,其特征在于,所述水平移动平台上,移动零件台,零件台驱使电位器输出不同的电阻值给所述控制板,所述控制板根据不同的电阻值关联不同的打印比例。
8.根据权利要求6所述的一种三维复印方法,其特征在于,所述水平移动平台上:
移动霍尔开关,所述霍尔开关检测到永磁体后,所述霍尔开关动作,触发所述控制板启动所述TOF相机,同时触发所述零件台旋转;
向相反方向继续移动霍尔开关,所述霍尔开关检测不到所述永磁体后再次动作,触发所述控制板启动所述打印喷头。
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