CN111941843A - 一种3d打印机及其复位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印机，包括箱体、打印组件和驱动装置；所述箱体内设有打印介质，所述打印介质的质量百分比组成成分为：卡波姆940为1.0％～4.0％、无水乙醇为1.0％～4.0％、氯化钠为2.0％～5.0％，其余为蒸馏水；所述打印组件内储存有光敏树脂；所述驱动装置用于驱动所述打印组件沿所述箱体的X轴、Y轴和Z轴方向往复运动，所述驱动装置安设于所述箱体内且位于所述打印介质的上方。本发明具有可实现无支撑3D打印、结构简单且打印效率高的优点。相应地，本发明还提供一种复位系统。

Description

一种3D打印机及其复位系统

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及一种3D打印机及其复位系统。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

目前市面上的3D打印技术主要以空气作为3D打印构建环境为主。然而，目前3D打印主流技术FDM(熔融沉积)和SLA,DLP(光固化)存在打印过程中需要进行材料冷却，在悬空部分需要添加支撑打印，以及打印速度缓慢，无法满足针对于终端大批量生产的需求的问题。

因此，需要开发一种解决上述问题的3D打印技术。

发明内容

基于此，为了解决目前3D打印机在打印过程中需要进行材料冷却，在悬空部分需要添加支撑打印、打印速度缓慢和无法满足针对于终端大批量生产的需求的问题，本发明提供了一种3D打印机，其具体技术方案如下：

一种3D打印机，包括

箱体，所述箱体内设有打印介质，所述打印介质的质量百分比组成成分为：卡波姆940为1.0％～4.0％、无水乙醇为1.0％～4.0％、氯化钠为2.0％～5.0％，其余为蒸馏水；

打印组件，所述打印组件内储存有光敏树脂；

驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述打印组件沿所述箱体的X轴、Y轴和Z轴方向往复运动，所述驱动装置安设于所述箱体内且位于所述打印介质的上方。

上述3D打印机，通过在箱体内设置有打印介质，且所述打印介质由卡波姆940、无水乙醇、氯化钠和蒸馏水组成，并通过打印组件将光敏树脂注入到打印介质当中，并通过算法控制打印组件的移动路径，可以勾勒出模型形状。此时，在打印介质之中的光敏树脂仍处于液态，再通过紫外光照射打印介质中的光敏树脂，光敏树脂由液态转换成固态，而打印介质仍处在液态中，即可以将模型从打印介质中取出，实现无支撑3D打印，从而简化打印步骤，提高打印效率。

进一步地，所述驱动装置包括Z轴移动组件、X轴移动组件以及Y轴移动组件；所述Z轴移动组件固定安装在所述X轴移动组件上，所述X轴移动组件固定安装在所述Y轴移动组件上，所述Y轴移动组件固定安装在所述箱体上，所述X轴移动组件用于驱动所述Z轴移动组件沿X轴方向移动，所述Y轴移动组件用于驱动所述X轴移动组件沿Y轴方向移动。

进一步地，所述打印组件包括第一针筒和第一打印喷头，所述第一打印喷头固定安装在所述第一针筒上并与所述第一针筒连通，所述第一针筒固定安装在所述Z轴移动组件上，所述Z轴移动组件用于驱动所述第一针筒以及所述第一打印喷头沿Z轴方向移动。

进一步地，所述打印组件还包括第二针筒和第二打印喷头，所述第二打印喷头固定安装在所述第二针筒上并与所述第二针筒连通，所述第二针筒固定安装在所述Z轴移动组件上。

进一步地，所述第一打印喷头以及第二打印喷头均为微型打印喷头。

进一步地，所述光敏树脂分别储存于所述第一针筒内和所述第二针筒内。

本技术方案还提供了一种复位系统，包括所述3D打印机、运行状态辨识模块、打印中断判定模块、定位模块、操控模块、存储模块以及警报模块；所述运行状态辨识模块、打印中断判定模块、操控模块、定位模块顺次连接；所述存储模块分别与操控模块、定位模块连接；所述警报模块与操控模块连接。

上述复位系统，大大提高了在3D打印机打印中断时，复位系统的自我检修能力和自我复位能力，从而实现了3D打印机的自动修复能力，继而最大程度的缩短故障影响时间。

进一步地，所述运行状态辨识模块用于时刻采集所述3D打印机的工作状态信息并将其发送给所述打印中断判定模块。

进一步地，所述打印中断判定模块用于根据运行状态辨识模块采集的3D打印机工作状态信息判断3D打印机是否处于打印中断状态，若是则向操控模块发送打印中断信号。

进一步地，所述定位模块用于采集所述3D打印机中断工作时，所述打印组件的Z轴上的高度位置和X-Y平面内位置。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明一实施例所述的3D打印机的结构示意图；

图2是本发明一实施例所述的3D打印机的散热构件的结构示意图；

图3是本发明一实施例所述的复位系统的结构框图；

图4是本发明一实施例所述的复位系统的复位流程图。

附图标记说明：

1-Y轴移动组件；2-X轴移动组件；3-Z轴移动组件；4-第一针筒；5-第一打印喷头；6-第二针筒；7-第二打印喷头；8-箱体；9-安装块；10-散热装置；11-冷却装置；12-散热片。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，本发明一实施例中的一种3D打印机,包括箱体8、打印组件和驱动装置；所述箱体8内设有打印介质，所述打印介质的质量百分比组成成分为：卡波姆940为1.0％～4.0％、无水乙醇为1.0％～4.0％、氯化钠为2.0％～5.0％，其余为蒸馏水；所述打印组件内储存有光敏树脂；所述驱动装置用于驱动所述打印组件沿所述箱体8的X轴、Y轴和Z轴方向往复运动，所述驱动装置安设于所述箱体8内且位于所述打印介质的上方。

由于光敏树脂的密度与打印介质的密度相等或相近，故而将光敏树脂注入到打印介质时，可以处于悬浮状态。因此，上述3D打印机，通过在箱体8内设置有打印介质，且所述打印介质由卡波姆940、无水乙醇、氯化钠和蒸馏水组成，并通过打印组件将光敏树脂注入到打印介质当中，并通过算法控制打印组件的移动路径，可以勾勒出模型形状。此时，在打印介质之中的光敏树脂仍处于液态，再通过紫外光照射打印介质中的光敏树脂，光敏树脂由液态转换成固态，而打印介质仍处在液态中，即可以将模型从打印介质中取出，实现无支撑3D打印，从而简化打印步骤，提高打印效率。

另外，由于当将固化后的模型从打印介质中取出后，箱体8中的打印介质仍可以继续使用，故而提高了打印介质的使用效率。

在其中一个实施例中，所述驱动装置包括Z轴移动组件3、X轴移动组件2以及Y轴移动组件1；所述Z轴移动组件3固定安装在所述X轴移动组件2上，所述X轴移动组件2固定安装在所述Y轴移动组件1上，所述Y轴移动组件1固定安装在所述箱体8上，所述X轴移动组件2用于驱动所述Z轴移动组件3沿X轴方向移动，所述Y轴移动组件1用于驱动所述X轴移动组件2沿Y轴方向移动。

进一步地，所述打印组件包括第一针筒4和第一打印喷头5，所述第一打印喷头5固定安装在所述第一针筒4上并与所述第一针筒4连通，所述第一针筒4固定安装在所述Z轴移动组件3上，所述Z轴移动组件3用于驱动所述第一针筒4以及所述第一打印喷头5沿Z轴方向移动。

进一步地，所述打印组件还包括第二针筒6和第二打印喷头7，所述第二打印喷头7固定安装在所述第二针筒6上并与所述第二针筒6连通，所述第二针筒6固定安装在所述Z轴移动组件3上。

如此，通过第一针筒4和第一打印喷头5将光敏树脂注入打印介质，光敏树脂在打印介质中悬浮，打印介质充当光敏树脂的支撑，进一步，通过第一打印喷头5移动路径勾画出整体模型，最后通过紫外光照射把液体光敏树脂变成固体，实现模型与打印介质的固液分离，最终实现无支撑打印。

进一步地，储存于所述第一针筒4内的光敏树脂为柔性光敏树脂，储存于所述第二针筒6内的光敏树脂为刚性光敏树脂；如此，由于柔性光敏材料和刚性光敏材料具有相同的固化时间以及可被相同波长的紫外光固化，柔性光敏树脂以及刚性光敏树脂可以完美的混合在一起，以打印出所需要模型结构，其打印成品不易开裂。因此，解决了FDM打印技术因为不同材料熔融沉积时温度的不同，材料特性不同，故而在多材料混合打印方面，容易开裂的问题。

在其中一个实施例中，所述第一打印喷头5以及第二打印喷头7均为微型打印喷头。如此，上述3D打印机同时使用柔性光敏树脂和刚性光敏树脂，并通过微型喷头类型的第一打印喷头55以及第二打印喷头7使的柔性光敏树脂以及刚性光敏树脂在打印介质态中勾勒出模型形状，不仅可以克服SLA打印技术存在的打印出来的模型内部空腔会留下大量难以去除的支撑的问题，还可以实现20μm体素精度的无支撑打印，为鞋类、气管类以及软体机器人类打印提供帮助。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述打印组件还包括用于散热的散热构件；所述散热构件包括安装块9、散热装置10和冷却装置11；所述第一打印喷头5和第二打印喷头7设置在所述安装块9和所述散热装置10之间；所述第一打印喷头5和第二打印喷头7上均设有散热片12；所述散热装置10对所述散热片12散热；所述冷却装置11设置在所述散热装置10上，所述冷却装置11具有导风口，所述导风口朝向所述打印介质，如此，由于第一打印喷头5和第二打印喷头7在打印过程中温度会持续升高，因此，需要在打印完成后，对第一打印喷头5和第二打印喷头7进行快速冷却，从而提高第一打印喷头5和第二打印喷头7的使用寿命。

综上所述，由于3D打印机采用柔性光敏树脂以及刚性光敏树脂，以打印介质态作为3D打印环境，不仅可以克服传统3D打印技术需要支撑的问题，解决软体机器人行业中“刚柔一体化混合躯体、仿生异型软体结构以及多组织复合结构”三大核心零部件的制造生产问题，提高3D打印效率，使得打印速度达到传统3D打印机打印速度的十倍以上，还可以克服鞋底制作过程中无法一体成型、需要胶水粘合以及生产效率低下的问题，以最大程度地实现无人智能生产线。

如图3所示，本发明一实施例中的一种复位系统，包括所述3D打印机、运行状态辨识模块、打印中断判定模块、定位模块、操控模块、存储模块以及警报模块；所述运行状态辨识模块、打印中断判定模块、操控模块、定位模块顺次连接；所述存储模块分别与操控模块、定位模块连接；所述警报模块与操控模块连接。

上述复位系统，大大提高了在3D打印机打印中断时，复位系统的自我检修能力和自我复位能力，从而实现了3D打印机的自动修复能力，继而最大程度的缩短故障影响时间

进一步地，所述运行状态辨识模块用于时刻采集所述3D打印机的工作状态信息并将其发送给打印中断判定模块。

进一步地，，所述打印中断判定模块用于根据运行状态辨识模块采集的3D打印机工作状态信息判断3D打印机是否处于打印中断状态，若是则向操控模块发送打印中断信号。

进一步地，所述定位模块用于采集所述3D打印机中断工作时，所述打印组件的Z轴上的高度位置和X-Y平面内位置。

如图4所示的复位系统实现3D打印机的复位方法，包括以下步骤：

S1、运行状态辨识模块时刻采集3D打印机的工作状态信息并将其发送给打印中断判定模块；

S2、打印中断判定模块根据3D打印机工作状态信息判断3D打印机是否处于打印中断状态；若是，则向操控模块发送打印中断信号；若否，则返回步骤S1；这里的打印中断状态包括3D打印机的打印喷头断料、料丝缠绕以及3D打印机温度超过限值出现故障而导致的打印中断。

S3、操控模块收到打印中断信号后向定位模块发送位置信息采集指令，同时，控制警报模块发出预警信号；

S4、定位模块收到位置信息采集指令后，采集3D打印机的工作台打印中断时打印组件在Z轴上的高度位置和X-Y平面内的位置，并形成位置信息后存储于存储模块中；

S5、操控模块收到用户的恢复打印指令后调用存储模块中的位置信息，同时，控制警报模块停止发出预警信号；

S6、3D打印机恢复打印。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D打印机，其特征在于，包括

箱体，所述箱体内设有打印介质，所述打印介质的质量百分比组成成分为：卡波姆940为1.0％～4.0％、无水乙醇为1.0％～4.0％、氯化钠为2.0％～5.0％，其余为蒸馏水；

打印组件，所述打印组件内储存有光敏树脂；

驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述打印组件沿所述箱体的X轴、Y轴和Z轴方向往复运动，所述驱动装置安设于所述箱体内且位于所述打印介质的上方。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述驱动装置包括Z轴移动组件、X轴移动组件以及Y轴移动组件；所述Z轴移动组件固定安装在所述X轴移动组件上，所述X轴移动组件固定安装在所述Y轴移动组件上，所述Y轴移动组件固定安装在所述箱体上，所述X轴移动组件用于驱动所述Z轴移动组件沿X轴方向移动，所述Y轴移动组件用于驱动所述X轴移动组件沿Y轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，所述打印组件包括第一针筒和第一打印喷头，所述第一打印喷头固定安装在所述第一针筒上并与所述第一针筒连通，所述第一针筒固定安装在所述Z轴移动组件上，所述Z轴移动组件用于驱动所述第一针筒以及所述第一打印喷头沿Z轴方向移动。

4.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述打印组件还包括第二针筒和第二打印喷头，所述第二打印喷头固定安装在所述第二针筒上并与所述第二针筒连通，所述第二针筒固定安装在所述Z轴移动组件上。

5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述第一打印喷头以及第二打印喷头均为微型打印喷头。

6.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于，所述光敏树脂分别储存于所述第一针筒内和所述第二针筒内。

7.一种复位系统，其特征在于，包括1-6任一项所述的3D打印机、运行状态辨识模块、打印中断判定模块、定位模块、操控模块、存储模块以及警报模块；所述运行状态辨识模块、打印中断判定模块、操控模块、定位模块顺次连接；所述存储模块分别与操控模块、定位模块连接；所述警报模块与操控模块连接。

8.根据权利要求7所述的复位系统，其特征在于，所述运行状态辨识模块用于时刻采集所述3D打印机的工作状态信息并将其发送给所述打印中断判定模块。

9.根据权利要求7所述的复位系统，其特征在于，所述打印中断判定模块用于根据运行状态辨识模块采集的3D打印机工作状态信息判断3D打印机是否处于打印中断状态，若是则向操控模块发送打印中断信号。

10.根据权利要求7所述的复位系统，其特征在于，所述定位模块用于采集所述3D打印机中断工作时，所述打印组件的Z轴上的高度位置和X-Y平面内位置。

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