CN110450420A - 一种多幅面3d打印机及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印领域，具体公开了一种多幅面3D打印机及打印方法。其中的包括投影设备，及用于盛装和提供打印材料的料盒，所述投影设备在料盒的工作面上的投影聚焦光程为H；所述投影设备的投影方向垂直于料盒的工作面，所述料盒的工作面上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面，所述投影设备和打印幅面的投影路径上包括一个一级反射镜和一个二级反射镜，所述投影设备投射出的光线到达多个所述打印幅面上的光程为H。以上所述的多幅面3D打印机，通过两级反射镜，将影像投射至工作面上不同的区域，在确保打印精度的前提下，以增加打印幅面的方式，增大打印面积，提高打印机的适用范围。

Description

一种多幅面3D打印机及打印方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种多幅面3D打印机及打印方法。

背景技术

目前市场上桌面光固化原理的3D打印工艺主要有两种：SLA和DLP，其中SLA工艺用雷射光扫描绘制图层，而DLP工艺采用投影绘制图层。与SLA工艺相比，DLP工艺具有打印速度快，效率高等优点。但受限于现有投影设备的投影精度，当打印较大幅面的零件时，零件的打印精度会大大降低，这也就在很大程度上限制了DLP打印机的适用范围。

公开号为CN 104093547B的中国发明专利公开了一种3D打印系统，以设置多个DMD芯片或移动式DMD芯片的方式，来扩大打印截面积。但是DMD芯片的价格较高，多DMD芯片必然导致设备成本提高；而移动式DMD芯片的移动速度过低，大大降低了整体的打印效率。

本发明的目的即是针对现有DLP打印机中存在的幅面小的缺陷，提供一种多幅面的3D打印机，在保证打印精度的前提下，以多幅面的形式，提高所打印产品的尺寸，扩大DLP打印的适用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多幅面3D打印机及打印方法，通过两级反射镜，将影像投射至工作面上不同的区域，在确保打印精度的前提下，以增加打印幅面的方式，增大打印面积，提高打印机的适用范围。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种多幅面3D打印机，包括投影设备，及用于盛装和提供打印材料的料盒，所述投影设备在料盒的工作面上的投影聚焦光程为H；所述投影设备的投影方向垂直于料盒的工作面，所述料盒的工作面上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面，所述投影设备和打印幅面的投影路径上包括一个一级反射镜和一个二级反射镜，所述投影设备投射出的光线到达多个所述打印幅面上的光程为H。

本申请通过一级反射镜和二级反射镜，将同一投影设备投射的影像选择性的反射至不同的打印幅面，以此来实现多幅面打印。与现有的多幅面打印设备相比，本申请仅增加一级反射镜和二级反射镜，结构简单，成本低，技术实现难度较低。所述投影设备投射出的光线到达多个所述打印幅面上的光程为H；此时经由不同投射路径照射到工作面上的影像幅面尺寸均为最佳投影尺寸，产品的打印精度可以有效的得到保障。

作为优选，多个所述的二级反射镜与同一一级反射镜对应，所述的一级反射镜具有与任一二级反射镜对应的工作位置。在打印的过程中，当一个幅面完成打印后，只需要调整一级反射镜的工作位置，使其与下一个二级反射镜对应，即可进行下一个打印幅面的打印。

所述打印幅面的宽度为D，相邻两个二级反射镜中心在平行于工作面方向上的距离小于或等于D。相邻两个打印幅面之间不会存在间隙，甚至可以做到部分重叠，以确保打印幅面之间的连续性。

作为优选，所述的二级反射镜分布在投影设备的同一侧。

作为优选，所述投影设备的两侧均分布有二级反射镜，由于投影聚焦光程H的限制，投影设备单侧可安装的二级反射镜是有限的，在投影设备的两侧分别设置二级反射镜，可以提高幅面的上限。距投影设备最近的二级反射镜与投影设备在平行于工作面方向上的中心距小于或等于1/2D，是为了保证两侧所打印幅面之间的连续性。

作为优选，所述的打印幅面分为两组，且两组打印幅面之间不连续；所述的投影设备位于两组打印幅面之间。

采用上述结构，可以实现一组投影设备同时对两个产品打印，通过合理的设置投影影像，还可以同时打印两个不同的形状的产品，特别适用于样品的打印。在应用于产品的大规模批量生产时，当其中一个产品完成一个层高，进行产品抬高和材料补充操作的过程中，投影设备对另一个产品进行投影打印，实现交替打印，在最大程度上提高打印效率，并且由于两个产品之间没有打印幅面连续的要求，也就意味着不需要考虑一级反射镜对光路造成遮挡的问题，一级反射镜和二级反射镜的布置难度更小。

作为优选，所述料盒的数量为两个，且两个所述料盒的工作面共面；每一所述料盒的工作面上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面。两个料盒可以盛装不同的材料，便于同时打印不同材质要求的产品。

一种基于如上所述的多幅面3D打印机的打印方法，至少包括以下步骤：

步骤一 往料盒内注入打印材料；

步骤二 调整一级反射镜的角度，使一级反射镜与任一二级反射镜对应；

步骤三 投影设备投射影像，图像经过一级发射镜和对应的二级反射镜，到达工作面，对应打印幅面上的打印材料开始固化；待对应打印幅面上的打印材料完成固化，投影设备结束投影；

步骤四 调整一级反射镜的角度，使一级反射镜与任一未打印的二级反射镜对应；投影设备投射影像，开始对应打印幅面的打印。

作为优选，所述的打印幅面从左至右或从右至左依次打印。

作为优选，还包括以下步骤：

步骤五 判断单层打印材料固化是否完成，如果完成，则进入步骤六；否则，重复步骤三至步骤五；

步骤六 判断产品打印是否完成，如果已经打印完成，则停止工作；否则，产品抬高一个层高，并重复步骤二至步骤六。

与传统的打印方法相比，本申请的打印方法仅通过增加并合理布置一级反射镜和二级反射镜，在不增加投影设备的基础上，仅通过简单的调整一级反射镜的角度，即可实现多幅面打印，控制方便，操作简单。实践表明，在现有打印设备所采用的投影设备基础上，至少可以实现六幅面的打印，突破了DLP打印工艺的产品尺寸上限，提高了DLP工艺的适用范围。

附图说明

图1为本实施例多幅面3D打印机的结构示意图；

图2为本发明第一实施例多幅面3D打印机的工作流程示意图；

图3为本发明第二实施例多幅面3D打印机的结构示意图；

图4为本发明第四实施例多幅面3D打印机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1和图2所示，一种多幅面3D打印机，包括投影设备4，及用于盛装和提供打印材料的料盒，所述投影设备4在料盒的工作面21上的投影聚焦光程为H；所述投影设备4的投影方向垂直于料盒的工作面21，所述料盒2的工作面21上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面。

如图1和图2所示，所述投影设备4和打印幅面的投影路径上包括一个一级反射镜1和一个二级反射镜3，且多个所述的二级反射镜3与同一一级反射镜1对应，所述的一级反射镜具有与任一二级反射镜3对应的工作位置，优选形式为，一级反射镜1可以旋转至与任一二级反射镜3平行。在打印的过程中，当一个幅面完成打印后，只需要调整一级反射镜1的工作位置，使其与下一个二级反射镜3对应，即可进行下一个打印幅面的打印。

本申请通过一级反射镜1和二级反射镜3，将同一投影设备4投射的影像选择性的反射至不同的打印幅面，以此来实现多幅面打印。与现有的多幅面打印设备相比，本申请仅增加一级反射镜1和二级反射镜3，结构简单，成本低，技术实现难度较低。

如图1和图2所示，所述投影设备4投射出的光线到达多个所述打印幅面上的光程为H。此时经由不同投射路径照射到工作面上的影像幅面尺寸均为最佳投影尺寸，产品的打印精度可以有效的得到保障。所述打印幅面的宽度为D，相邻两个二级反射镜3中心在平行于工作面21方向上的距离小于或等于D。相邻两个打印幅面之间不会存在间隙，甚至可以做到部分重叠，以确保打印幅面之间的连续性。

如图2所示，所述的二级反射镜3分布在投影设备4的同一侧，此时，各二级反射镜3之间只需要保证中心在平行于工作面21方向上的距离小于或等于D即可。

上述的投影设备4在工作面21上的投影聚焦光程为H，并非本申请打印机中投影设备距离工作面的距离，而是与投影设备分辨率对应的可达到打印精度要求的投影距离；D为此时所对应的打印幅面宽度。以分辨率为1024X230的投影设备为例，在投影聚焦光程H为1000mm时，投影效果最佳，投影精度可以满足3D打印的需求，此时的幅面尺寸为110X230，即幅面宽度D为110。投影设备4优选设置在距离工作面625mm处（对应图1中h），对应的，一级反射镜1可以设置在距离投影设备125mm处（对应图1中L）。

实施例二

如图1和图3所示，与实施例一相比，本实施例的不同之处在于：所述投影设备4的两侧均分布有二级反射镜3，由于投影聚焦光程H的限制，投影设备4单侧可安装的二级反射镜3是有限的，在投影设备4的两侧分别设置二级反射镜3，可以提高幅面的上限。距投影设备4最近的二级反射镜3与投影设备4在平行于工作面21方向上的中心距小于或等于1/2D，是为了保证两侧所打印幅面之间的连续性。并且，同时需要满足一级反射镜1的最高点不高于投影设备4与工作面21之间的中点，避免一级反射镜1对二级反射镜3所反射的影像造成遮挡。

实施例三

与实施例一相比，本实施例的不同之处在于：所述的打印幅面分为两组，且两组打印幅面之间不连续；所述的投影设备4位于两组打印幅面之间。

采用上述结构，可以实现一组投影设备4同时对两个产品进行打印，通过合理的设置投影影像，还可以同时打印两个不同形状的产品，特别适用于样品的打印。在应用于产品的大规模批量生产时，当其中一个产品完成一个层高的打印，进行产品抬高和材料补充操作的过程中，投影设备4对另一个产品进行投影打印，实现交替打印，在最大程度上提高打印效率，并且由于两个产品之间没有打印幅面连续的要求，也就意味着不需要考虑一级反射镜对光路造成遮挡的问题，一级反射镜1和二级反射镜3的布置难度更小。

实施例四

如图4所示，与实施例三相比，本实施例的不同之处在于：所述料盒2的数量为两个，且两个所述料盒2的工作面共面；每一所述料盒2的工作面上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面。两个料盒2可以盛装不同的材料，便于同时打印不同材质要求的产品。

一种基于如上所述的多幅面3D打印机的打印方法，至少包括以下步骤：

步骤一 往料盒内注入打印材料；

步骤二 调整一级反射镜1的角度，使一级反射镜1与任一二级反射镜3对应；

步骤三 投影设备4投射影像，图像经过一级发射镜1和对应的二级反射镜3，到达工作面21，对应打印幅面上的打印材料开始固化；待对应打印幅面上的打印材料完成固化，投影设备4结束投影；

步骤四 调整一级反射镜1的角度，使一级反射镜1与任一未打印的二级反射镜3对应；投影设备4投射影像，开始对应打印幅面的打印。

步骤五 判断单层打印材料固化是否完成，如果完成，则进入步骤六；否则，重复步骤三至步骤五；

步骤六 判断产品打印是否完成，如果已经打印完成，则停止工作；否则，产品抬高一个层高，并重复步骤二至步骤六。

与传统的打印方法相比，本申请的打印方法仅通过增加并合理布置一级反射镜和二级反射镜，在不增加投影设备的基础上，仅通过简单的调整一级反射镜的角度，即可实现多幅面打印，控制方便，操作简单。在实际使用的过程中，为了提高打印效率，优选按从左至右或从右至左依次对打印幅面进行固化打印。实践表明，在现有打印设备所采用的投影设备基础上，至少可以实现六幅面的打印，突破了DLP打印工艺的产品尺寸上限，提高了DLP工艺的适用范围。

以上所述的多幅面3D打印机及打印方法，通过两级反射镜，将影像投射至工作面上不同的区域，在确保打印精度的前提下，以增加打印幅面的方式，增大打印面积，提高打印机的适用范围。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多幅面3D打印机，包括投影设备（4），及用于盛装和提供打印材料的料盒，所述投影设备（4）在料盒的工作面（21）上的投影聚焦光程为H；其特征在于：所述投影设备（4）的投影方向垂直于料盒的工作面（21），所述料盒的工作面上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面，所述投影设备和打印幅面的投影路径上包括一个一级反射镜（1）和一个二级反射镜（3），所述投影设备（4）投射出的光线到达多个所述打印幅面上的光程为H。

2.根据权利要求1所述的多幅面3D打印机，其特征在于：所述的二级反射镜与打印幅面一一对应，多个所述的二级反射镜与同一一级反射镜对应，所述的一级反射镜（1）具有与任一二级反射镜（3）对应的工作位置。

3.根据权利要求2所述的多幅面3D打印机，其特征在于：所述打印幅面的宽度为D，相邻两个二级反射镜（3）中心在平行于工作面（21）方向上的距离小于或等于D。

4.根据权利要求3所述的多幅面3D打印机，其特征在于：所述的二级反射镜（3）分布在投影设备（4）的同一侧。

5.根据权利要求3所述的多幅面3D打印机，其特征在于：所述投影设备（4）的两侧均分布有二级反射镜（3），距投影设备（4）最近的二级反射镜（3）与投影设备（4）在平行于工作面（21）方向上的中心距小于或等于1/2D。

6.根据权利要求3所述的多幅面3D打印机，其特征在于：所述的打印幅面分为两组，且两组打印幅面之间不连续；所述的投影设备位于两组打印幅面之间。

7.根据权利要求6所述的多幅面3D打印机，其特征在于：所述料盒（2）的数量为两个，且两个所述料盒（2）的工作面（21）共面；每一所述料盒（2）的工作面（21）上包括至少两个连续或部分重叠的打印幅面。

8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的多幅面3D打印机的打印方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤一 往料盒内注入打印材料；

步骤二 调整一级反射镜（1）的角度，使一级反射镜（1）与任一二级反射镜（3）对应；

步骤三 投影设备（4）投射影像，图像经过一级发射镜和对应的二级反射镜（3），到达工作面（21），对应打印幅面上的打印材料开始固化；待对应打印幅面上的打印材料完成固化，投影设备（4）结束投影；

步骤四 调整一级反射镜（1）的角度，使一级反射镜（1）与任一未打印的二级反射镜（3）对应；投影设备投射影像，开始对应打印幅面的打印。

9.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于：所述的打印幅面从左至右或从右至左依次打印。

10.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤五 判断单层打印材料固化是否完成，如果完成，则进入步骤六；否则，重复步骤三至步骤五；

步骤六 判断产品打印是否完成，如果已经打印完成，则停止工作；否则，产品抬高一个层高，并重复步骤二至步骤六。