CN110641017B - 一种3d打印机结构及其支撑打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，且公开了一种3D打印机结构及其支撑打印方法，包括工作台和打印头，所述工作台设于蓄水腔内，所述蓄水腔的上方设有填充物注入头和粘胶注射头。外侧填充液和打印高度同步提升，而内部填充液的流速要远远快于打印碰头出料速度，大大提高了打印中需要填充的空腔填充时间，提高了打印效率，在填充液上升的过程中，对打印结构实现快速的降温，帮助其硬化，且填充液上升过程平稳，对打印结构干扰较小，打印结构两侧水压相同，减少打印构造的变形，悬浮颗粒随水面上升时已经对悬浮颗粒的上表面进行初步找平，而涂抹凝胶时喷头对其进行再次抹平，最后支撑构造彻底消除不平整，且效率较高。

Description

一种3D打印机结构及其支撑打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印机结构及其支撑打印方法。
背景技术
FDM三维打印是以数字模型文件为基础，将热塑性材料加热熔化，通过逐层挤出的方式来构造物体的技术，由于刚挤出的材料是软的，需要支撑结构支撑以避免其变形，实际使用中通常在需要支撑的位置填充不同材质的其他材料，冷却定型后再将其他材料构成的支撑去除。
申请号201510106340.7提出了一种FDM 3D打印方法、打印机及其支撑装置，通过工作台及其工作缸和升降机构、颗粒状支撑材料及其送料机构、感应器和控制装置的配合使用，可高效低成本的实现需要支撑结构的模型(譬如模型带有向主体外延伸的悬空部位等)的打印，并且打印结束后可方便的去除支撑物。
上述FDM 3D打印方法、打印机及其支撑装置存在以下不足：
1、使用震动将颗粒物震平，由于此时的打印物品并没有完全冷却，此过程很可能将构造震变形，或震动移位，影响打印精度。
2、颗粒支撑物多堆积在打印物品外侧，若打印物品内侧需要支撑则无法使用，用途有限。
3、颗粒物本身并没有束缚，堆积在已打印的物品一侧会对打印物品制造出较大的压力，将其压变形或直接损毁，特别在整体震动的时候。
4、颗粒物本身堆积和找平较慢，其效率较低。
发明内容
针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种3D打印机结构的支撑打印方法，具备打印效率高，打印物品质量好的优点，解决了背景技术提出的问题。
本发明提供如下技术方案：一种3D打印机结构，包括工作台和打印头，所述工作台设于蓄水腔内，所述蓄水腔的上方设有填充物注入头和粘胶注射头；
所述蓄水腔内根据打印速度注入填充液，所述填充物注入头注入悬浮颗粒物和补充填充液，所述粘胶注射头注入将悬浮颗粒物上层凝结成整体的凝胶。
优选的，所述打印头安装在第一移动臂上，所述填充物注入头和粘胶注射头安装在第二移动臂上。
优选的，所述打印头包括有构造材料喷头和支撑材料喷头，所述打印头注入的支撑材料喷头和悬浮颗粒物的密度均小于填充液密度。
一种3D打印机结构的支撑打印方法，包括步骤如下：
S1：分析打印物品的形状，设计支撑结构；
S2：分析支撑结构，判断是否存在需要大量填充的模块，若没有则按通常模式打印，若有则使用支撑打印模式；
所述支撑打印模式构建填充液层、悬浮颗粒和凝胶混合层和构成支撑层三层支撑结构。
优选的，所述步骤S2中支撑打印模式的工作步骤包括有：
S21：在打印物品打印到一定高度后，在蓄水腔内放入适量悬浮颗粒物，并随打印的高度升高向蓄水腔内同步冲入填充液，保证填充悬浮颗粒物低于已打印高度，并保证二者高度差为定值；
S22：打印机打印到需大量填充位置时，暂停打印工作，通过粘胶注射头向相应位置注入凝胶，将对应位置表面的悬浮颗粒物凝结成整体；
S23：通过打印头的支撑材料喷头先逐层打印出支撑构造，再逐层在支撑构造上打印目标构造；
S24：重复步骤S21-S23，直至所有设计的支撑构造打印完毕。
优选的，在所述步骤S22停止打印后，先判断支撑位置悬空高度，设一个定值H1，若悬空高度不高于H1，则直接打印支撑构造。
优选的，在判断支撑构造悬空高度之后再判断支撑构造是否位于打印构造内腔，若支撑构造位于打印构造内腔时，则先通过填充物注入头向内腔补充填充液和悬浮颗粒物。
优选的，先使用填充物注入头向内腔补充适当厚度的悬浮颗粒无后，再通过填充物注入头缓慢补充。
本发明具备以下有益效果：
1、外侧填充液和打印高度同步提升，而内部填充液的流速要远远快于打印碰头出料速度，大大提高了打印中需要填充的空腔填充时间，提高了打印效率，同时，填充液和悬浮颗粒物可以直接倒出，而打印出的支撑构建较薄，去除液相对容易，进一步提高了打印效率。
2、在填充液上升的过程中，对打印结构实现快速的降温，帮助其硬化，且填充液上升过程平稳，对打印结构干扰较小，提高打印质量。
3、打印结构两侧水压相同，不会对打印构造产生过大的压力，同时打印构造也快速冷却变硬，减少打印构造的变形，获得高质量打印物。
4、悬浮颗粒随水面上升时已经对悬浮颗粒的上表面进行初步找平，而涂抹凝胶时喷头对其进行再次抹平，最后支撑构造彻底消除不平整，且效率较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中支撑构造的结构示意图。
图中：1、工作台；2、打印头；3、蓄水腔；4、填充物注入头；5、粘胶注射头；6、第一移动臂；7、第二移动臂。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，一种3D打印机结构，包括工作台1和打印头2，工作台1左右移动，工作台1设于蓄水腔3内，本发明中通过工作台1或蓄水腔3实现前后移动和上下运动均可，本实施例中通过蓄水腔3实现运动，蓄水腔3的上方设有填充物注入头4和粘胶注射头5，填充物注入头4和粘胶注射头5同样可以左右运动；
蓄水腔3内根据打印速度注入填充液，蓄水腔3内填充液通过蓄水腔3底部设置的阀门实现，填充物注入头4注入悬浮颗粒物和补充填充液，悬浮颗粒物和补充填充液既可以混合盛装也可分别两个容器装，本实施例中分别盛装，粘胶注射头5注入将悬浮颗粒物上层凝结成整体的凝胶，进而减少悬浮颗粒的晃动。
其中，打印头2安装在第一移动臂6上，填充物注入头4和粘胶注射头5安装在第二移动臂7上，填充物注入头4和粘胶注射头5于打印头2分开减少打印头2和第一移动臂6的重量，提高打印头2移动的灵敏度。
其中，打印头2包括有构造材料喷头和支撑材料喷头，打印头2注入的支撑材料喷头和悬浮颗粒物的密度均小于填充液密度，低密度减少支撑构造和悬浮颗粒的下沉。
一种3D打印机结构的支撑打印方法，包括步骤如下：
S1：分析打印物品的形状，设计支撑结构；
S2：分析支撑结构，判断是否存在需要大量填充的模块，若没有则按通常模式打印，若有则使用支撑打印模式；
支撑打印模式构建填充液层、悬浮颗粒和凝胶混合层和构成支撑层三层支撑结构，结构详见图2。
其中，步骤S2中支撑打印模式的工作步骤包括有：
S21：在打印物品打印到一定高度后，在蓄水腔3内放入适量悬浮颗粒物，并随打印的高度升高向蓄水腔3内同步冲入填充液，提前填充外部，减少外部填充等待时间，保证填充悬浮颗粒物低于已打印高度，并保证二者高度差为定值，保证可以直接打印支撑物；
S22：打印机打印到需大量填充位置时，暂停打印工作，通过粘胶注射头5向相应位置注入凝胶，将对应位置表面的悬浮颗粒物凝结成整体，减少液面不平静带来的影响；
S23：通过打印头2的支撑材料喷头先逐层打印出支撑构造，再逐层在支撑构造上打印目标构造；
S24：重复步骤S21-S23，直至所有设计的支撑构造打印完毕。
其中，在步骤S22停止打印后，先判断支撑位置悬空高度，设一个定值H1，若悬空高度不高于H1，则直接打印支撑构造，悬空高度为支撑结构到页面或工作台1的高度，最终形成一个阶梯形的支撑构造，参加图打印头2。
其中，在判断支撑构造悬空高度之后再判断支撑构造是否位于打印构造内腔，若支撑构造位于打印构造内腔时，则先通过填充物注入头4向内腔补充填充液和悬浮颗粒物，使得内腔也可以填充。
其中，先使用填充物注入头4向内腔补充适当厚度的悬浮颗粒无后，再通过填充物注入头4缓慢补充，减少悬浮颗粒找平的时间。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种使用3D打印机结构的打印支撑结构的方法，其特征在于：所述一种3D打印机结构包括工作台（1）和打印头（2），所述工作台（1）设于蓄水腔（3）内，所述蓄水腔（3）的上方设有填充物注入头（4）和粘胶注射头（5）；
所述蓄水腔（3）内根据打印速度注入填充液，所述填充物注入头（4）注入悬浮颗粒物和补充填充液，所述粘胶注射头（5）注入将悬浮颗粒物上层凝结成整体的凝胶；
所述打印头（2）安装在第一移动臂（6）上，所述填充物注入头（4）和粘胶注射头（5）安装在第二移动臂（7）上；
所述打印头（2）包括有构造材料喷头和支撑材料喷头，所述打印头（2）注入的支撑材料喷头和悬浮颗粒物的密度均小于填充液密度；
所述支撑结构的打印方法包括步骤如下：
S1：分析打印物品的形状，设计支撑结构；
S2：分析支撑结构，判断是否存在需要大量填充的模块，若没有则按通常模式打印，若有则使用支撑打印模式；
所述支撑打印模式构建填充液层、悬浮颗粒和凝胶混合层构成支撑层三层支撑结构；
所述步骤S2中支撑打印模式的工作步骤包括有：
S21：在打印物品打印到一定高度后，在蓄水腔（3）内放入适量悬浮颗粒物，并随打印的高度升高向蓄水腔（3）内同步冲入填充液，保证填充悬浮颗粒物低于已打印高度，并保证二者高度差为定值；
S22：打印机打印到需大量填充位置时，暂停打印工作，通过粘胶注射头（5）向相应位置注入凝胶，将对应位置表面的悬浮颗粒物凝结成整体；
S23：通过打印头（2）的支撑材料喷头先逐层打印出支撑结构，再逐层在支撑结构上打印目标构造；
S24：重复步骤S21-S23，直至所有设计的支撑结构打印完毕；
在所述步骤S22停止打印后，先判断支撑位置悬空高度，设一个定值H1，若悬空高度不高于H1，则直接打印支撑结构；
在判断支撑结构悬空高度之后再判断支撑结构是否位于打印构造内腔，若支撑结构位于打印构造内腔时，则先通过填充物注入头（4）向内腔补充填充液和悬浮颗粒物；
先使用填充物注入头（4）向内腔补充适当厚度的悬浮颗粒物后，再通过填充物注入头（4）缓慢补充。
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