CN112537029A - 3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印设备，该3D打印设备包括：传送机构、喷液装置和供粉机构。传送机构设有可移动的传送面。喷液装置包括多个微型喷口，所述喷液装置能够控制任意的一个或多个所述微型喷口朝向所述传送面喷射粘性液体。供粉机构设有出粉口，所述供粉机构通过所述出粉口朝向所述传送面铺设粉体，以使所述粉体粘附于所述粘性液体。本发明提供的3D打印设备极大地加快了3D打印的速度，解决现有的3D打印设备打印速度慢的问题。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印设备。
背景技术
3D打印为快速成型技术的一种，又称增材制造。3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用金属材料粉体或非金属材料粉体，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着3D打印技术的不断成熟，以及3D打印技术所用设备的稳定性不断提升，3D打印技术的应用范围不断扩大。而在3D打印行业中，随着打印物体体积的不断增大，更大的打印幅面、更快的扫描速度和更高的打印精度已成为3D打印技术需要不断改善的方面。
现有3D打印技术打印过程为：喷嘴喷出丝状高分子熔化材料，并且，电机驱动喷嘴在XY平面内运动，使得喷嘴喷出的丝状高分子熔化材料在二维平面上形成薄状的打印层，之后，重复以上过程，通过打印层的叠加，使得喷嘴喷出的丝状高分子熔化材料最终打印出三维物体。现有的3D打印方法基本原理是：高分子材料由点形成线，再由线形成面，最终由不同的面叠加形成体。但是，以上方法的打印速度较慢，在需要大规模打印的工业生产中，不利于生产效率的提高。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种3D打印设备，解决现有的3D打印方法打印速度慢的问题。
本发明提供一种3D打印设备，该3D打印设备包括：传送机构、喷液装置和供粉机构。传送机构设有可移动的传送面。喷液装置包括多个微型喷口，所述喷液装置能够控制任意的一个或多个所述微型喷口朝向所述传送面喷射粘性液体。供粉机构设有出粉口，所述供粉机构通过所述出粉口朝向所述传送面铺设粉体，以使所述粉体粘附于所述粘性液体。
于本发明的一实施例中，3D打印设备还包括加热模块，加热模块用于加热粘附于粘性液体上的粉体，以使粉体熔合。加热器模块通过粘附于粘性液体的粉体加热到指定温度，使粉体熔化后聚合在一起而形成一结构紧密的聚合体。如此设置，提高了单层打印层的结构强度，也使得整个3D打印模型的强度大大提高。
于本发明的一实施例中，控制系统电连接喷液装置，以通过控制系统控制喷液装置工作。如此设置，提高了喷液装置的喷液精度，使得喷液装置的喷液过程更加简单可控。
于本发明的一实施例中，传送机构包括大滚筒、小滚筒和传送带，传送带绕设于大滚筒和小滚筒的外侧，以使大滚筒和小滚筒同步传动，传送带背离大滚筒的一面设置为传送面。如此，传送机构的结构更加简单，从而降低了3D打印设备的加工难度。
于本发明的一实施例中，小滚筒的直径小于或等于5mm。由数学公式α＝1/R(其中，α为圆的曲率，R为圆的半径)可知，圆的半径R越小，圆的曲率α越大，也即，圆的弯曲程度越大。由此可知，小滚筒的直径越小，其曲率越大，也即小滚筒外表面的弯曲程度越大。因而，传送带经过小滚筒时，传送带与打印层接触的一侧的曲率也会急剧增大，使得打印层与传送带发生分离。因此，如此设置，有利于打印层与传送面分离。
于本发明的一实施例中，供粉机构包括可移动的出粉板，出粉口设于出粉板一端，出粉板设有出粉口的一端能够朝向斜下方抵接于传送面。如此，可使出粉板与传送面形成一夹角，粉体在重力作用下通过出粉口堆积在出粉板与传送面形成的夹角内。并且，粉体铺设完成后，可移动出粉板，使出粉板和传送面之间产生间隙，以使多余的粉体通过间隙流出出粉板。如此设置，大大提高了粉体的转移效率，也即，提高了3D打印设备的工作效率。
于本发明的一实施例中，大滚筒设于小滚筒的上方，供粉机构设于传送机构的一侧；供粉机构还包括设于出粉板下方的粉体回收部，粉体回收部用于回收从出粉板和传送面之间落下的粉体。如此设置，出粉板和传送面之间多余的粉体通过重力作用便可直接进入粉体回收部，因而大大提高了供粉机构内粉体转移的效率。
于本发明的一实施例中，，供粉机构还包括储粉部和出粉部，储粉部通过管道连通出粉部；储粉部设于粉体回收部下方，储粉部用于承接粉体回收部回收的粉体；出粉部设于出粉板上方，出粉部用于将储粉部内的粉体提供给出粉板。如此设置，粉体回收部内的粉体通过重力作用便可直接进入储粉部，并且，出粉部内的粉体通过重力作用便可直接进入出粉板，因而大大提高了供粉机构内粉体转移的效率。
于本发明的一实施例中，喷液装置包括多个喷液模块，喷液模块具有多个紧密排列的微型喷口，微型喷口的内径小于或等于1mm，每个喷液模块具有的微型喷口的数量大于或等于200个。如此，大大提高了喷液装置的喷液精度。
于本发明的一实施例中，清洁装置设于喷液装置的一侧，清洁装置用于清洁传送面上残留的粉体和粘性液体。如此设置，避免了残留在传送面上的粉体和粘性液体影响3D打印设备下一次打印的打印效果，提高了3D打印设备的打印精度。
本发明提供的3D打印设备为多个微型喷口同时操作，直接在传送面上喷射出预设形状的线性图案，该线性图案由粘性液体组成。之后，在粘性液体上铺设粉体，实现平面打印层的快速成型。相对于现有技术，本发明的3D打印设备在打印过程中，线性打印层的线条是直接成型的，而不是从一个点开始慢慢喷射形成的线性打印层。铺设粉体的过程非常短暂，也即，铺设粉体所需要的时间远小于从一个点开始慢慢喷射形成的线性打印层的时间。因此，综合来看，本发明提供的3D打印设备极大地加快了3D打印的速度，解决现有的3D打印设备打印速度慢的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例的3D打印设备的立体图；
图2为本发明一实施例的3D打印设备的左视图；
图3为本发明一实施例的3D打印设备的局部结构示意图；
图4为本发明一实施例的3D打印设备的传送机构与打印平台的配合关系示意图；
图5为本发明一实施例的3D打印设备的出粉板与传送面的配合关系示意图；
图6为本发明一实施例的3D打印设备的结构框图。
附图标记：1、传送机构；11、传送带；111、传送面；12、大滚筒；13、小滚筒；14、第三电机；2、喷液装置；3、供粉机构；31、出粉板；311、出粉口；32、粉体回收部；33、储粉部；34、出粉部；35、第一传感器；36、第二传感器；37、第一电机；38、第二电机；4、支撑架；41、水平导轨；42、水平驱动器；43、竖直导轨；44、竖直驱动器；5、加热模块；6、打印平台；7、清洁装置；8、打印层；9、控制系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
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。
请参阅图1、图3和图4，本发明提供一种3D打印设备，该3D打印设备包括：传送机构1、喷液装置2、供粉机构3、加热模块5、支撑架4、打印平台6、清洁装置7和控制系统9。传送机构1、喷液装置2、供粉机构3、加热模块5和清洁装置7均设置在支撑架4上，并且可跟随支撑架4的移动而同步运动。支撑架4内设有水平导轨41、竖直导轨43、水平驱动器42和竖直驱动器44，控制系统9通过水平驱动器42控制支撑架4沿着水平导轨41进行水平方向上的位移，控制系统9通过竖直驱动器44控制支撑架4沿着竖直导轨43进行竖直方向上的位移。传送机构1设于打印平台6的上方，传送机构1设有可移动的传送面111，3D打印设备打印出的打印层8从传送机构1的传送面111上转移到打印平台6上，通过打印层8在打印平台6上的层层堆叠，实现完整的3D模型的打印。
喷液装置2包括多个微型喷口，供粉机构3设有出粉口311。在打印过程中，喷液装置2能够控制任意的一个或多个微型喷口朝向传送面111喷射粘性液体，从而在传送面111上形成预设的形状，该预设的形状由控制系统9通过设定的程序进行控制。之后，供粉机构3通过出粉口311朝向传送面111铺设粉体，以使粉体粘附于粘性液体。如此，即可实现打印层8的快速成型。
现有的3D打印过程需要通过单个喷嘴在平面上移动，首先从一个点开始连续喷射出一条线性的打印层8，再通过多次喷射操作实现多条线性打印层8的累计，进而形成一个平面的打印层8。本发明的3D打印设备为多个微型喷口同时操作，直接在传送面111上喷射出预设形状的线性图案，该线性图案由粘性液体组成。之后，在粘性液体上铺设粉体，实现平面打印层8的快速成型。相对于现有技术，本发明的3D打印设备在打印过程中，线性打印层8的线条是直接成型的，而不是从一个点开始慢慢喷射形成的线性打印层8。铺设粉体的过程非常短暂，也即，铺设粉体所需要的时间远小于从一个点开始慢慢喷射形成的线性打印层8的时间。因此，综合来看，本发明提供的3D打印设备极大地加快了3D打印的速度，解决现有的3D打印方法打印速度慢的问题。
需要说明的是，喷射装置喷射出粘性液体，包含但不限于以下几种情况：一是喷液装置2喷射出的液体刚从喷液装置2内喷出便具有粘性；二是喷液装置2能够喷出多个部分的液体，每一部分的液体成分不同，不同液体本身不具有粘性，但是，当多种液体从喷液装置2中喷出并发生混合时，形成的混合液体具有粘性；三是喷液装置2喷出的液体不具有粘性，但是经过加热或者使用催化剂之后具有粘性。
在一实施例中，如图1、图3、图4和图6所示，加热模块5用于加热粘附于粘性液体上的粉体，以使粉体熔合。加热器模块通过粘附于粘性液体的粉体加热到指定温度，使粉体熔化后聚合在一起而形成一结构紧密的聚合体。如此设置，提高了单层打印层8的结构强度，也使得整个3D打印模型的强度大大提高。进一步地，如图6所示，加热模块5连接控制系统9，通过控制系统9实现加热模块5的自动控制，提高了3D打印设备的智能化程度。
在一实施例中，如图6所示，控制系统9电连接喷液装置2，以通过控制系统9控制喷液装置2工作。如此设置，提高了喷液装置2的喷液精度，使得喷液装置2的喷液过程更加简单可控。
在一实施例中，如图1和图3所示，传送机构1包括大滚筒12、小滚筒13和传送带11，传送带11绕设于大滚筒12和小滚筒13的外侧，以使大滚筒12和小滚筒13同步传动，传送带11背离大滚筒12的一面设置为传送面111。如此，传送机构1的结构更加简单，从而降低了3D打印设备的加工难度。进一步地，如图2和图6所示，大滚筒12设置为主动传动机构，大滚筒12连接有第三电机14，通过第三电机14驱动大滚筒12转动，从而带动传送带11和小滚筒13同步转动。并且，第三电机14可电连接控制系统9，通过控制系统9实现第三电机14的精确启停以及转速控制。
进一步地，小滚筒13的直径小于或等于5mm。由数学公式α＝1/R(其中，α为圆的曲率，R为圆的半径)可知，圆的半径R越小，圆的曲率α越大，也即，圆的弯曲程度越大。由此可知，小滚筒13的直径越小，其曲率越大，也即小滚筒13外表面的弯曲程度越大。因而，传送带11经过小滚筒13时，传送带11与打印层8接触的一侧的曲率也会急剧增大，使得打印层8与传送带11发生分离。因此，如此设置，有利于打印层8与传送面111分离。
在一实施例中，如图1、图3和图6所示，供粉机构3包括出粉板31、粉体回收部32、储粉部33和出粉部34。并且，出粉板31上设有连接控制系统9的第一传感器35，第一传感器35用于感应出粉板31上的粉体的量，粉体回收部32设有连接控制系统9的第二传感器36，第二传感器36用于感应粉体回收部32内的粉体的量。当第一传感器35检测到出粉板31内的粉体的量少于第一预定量时，出粉部34向出粉板31提供粉体。之后，出粉板31将粉体铺设于粘性液体的表面，并且多余的粉体可通过粉体回收部32回收利用。同样地，当第二传感器36检测到粉体回收部32内的粉体的量达到第二预定量时，粉体回收部32内的粉体将会进入储粉部33。而储粉部33通过管道与出粉部34连通，以实现粉体的循环利用，减少了粉体的浪费。
在一实施例中，如图1和图3所示，出粉板31是可移动设置的，出粉口311设于出粉板31一端，出粉板31设有出粉口311的一端能够朝向斜下方抵接于传送面111。如此，可使出粉板31与传送面111形成一夹角，粉体在重力作用下通过出粉口311堆积在出粉板31与传送面111形成的夹角内。并且，粉体铺设完成后，可移动出粉板31，使出粉板31和传送面111之间产生间隙，以使多余的粉体通过间隙流出出粉板31。如此设置，大大提高了粉体的转移效率，也即，提高了3D打印设备的工作效率。
进一步地，如图2和图6所示，出粉板31连接有第一电机37，第一电机37电连接控制系统9，控制系统9通过控制第一电机37的转动实现出粉板31的移动。
在一实施例中，如图1和图3所示，大滚筒12设于小滚筒13的上方，供粉机构3设于传送机构1的一侧。粉体回收部32设于出粉板31的下方，以回收从出粉板31和传送面111之间落下的粉体。如此设置，出粉板31和传送面111之间多余的粉体通过重力作用便可直接进入粉体回收部32，因而大大提高了供粉机构3内粉体转移的效率。
在一实施例中，如图1和图3所示，储粉部33设于粉体回收部32下方，储粉部33用于承接粉体回收部32回收的粉体。出粉部34设于出粉板31上方，出粉部34用于将储粉部33内的粉体提供给出粉板31。如此设置，粉体回收部32内的粉体通过重力作用便可直接进入储粉部33，并且，出粉部34内的粉体通过重力作用便可直接进入出粉板31，因而大大提高了供粉机构3内粉体转移的效率。
进一步地，如图2和图6所示，粉体回收部32连接有第二电机38，第二电机38电连接控制系统9，控制系统9通过控制第二电机38的转动实现粉体回收部32的转动，以便于粉体回收部32内粉体倾倒至储粉部33内。
在一实施例中，如图5所示，传送面111的宽度L等于出粉口311的宽度D。如此，可使粉体通过出粉口311均匀铺设于传送面111上。避免了传送面111的宽度L大于出粉口311宽度D导致粉体无法完全铺设在粘性液体上，同时，避免了传送面111的宽度L小于出粉口311宽度D导致粉体流失而造成粉体浪费。
在一实施例中，喷液装置2包括多个喷液模块，喷液模块具有多个紧密排列的微型喷口，微型喷口的内径小于或等于1mm，每个喷液模块具有的微型喷口的数量大于或等于200个。如此，大大提高了喷液装置2的喷液精度。进一步地，喷液模块的多个微型喷口处于同一平面上，且在喷液模块与传送面111的相对移动过程中，同一微喷模块的微型喷口所在平面始终与传送面111对应位置的切平面平行。
在一实施例中，如图1、图3和图4所示，打印平台6设于传送机构1的下方，传送机构1固设于支撑架4，且传送机构1能够与支撑架4一起相对打印平台6进行移动。在打印过程中，传送面111相对于打印平台6在水平方向上的速度为V，并且，控制系统9控制支撑架4在水平方向上的速度为-V，负号代表支撑架4的运动方向与传送面111的运动方向相反。由于传送机构1设于支撑架4上且与支撑架4同步移动，因此，传送机构1的整体运动速度也为-V，此时，传送面111与打印平台6处于相对静止的状态。因而，打印层8能够方便地从传送面111转移到打印平台6上。打印完一层打印层8之后，控制系统9控制支撑架4沿着竖直轨道抬升，进行下一个打印层8的转移和堆叠。如此重复以上过程，最终实现整个3D模型的打印。
在一实施例中，如图1和图3所示，清洁装置7设于喷液装置2的一侧，清洁装置7用于清洁传送面111上残留的粉体和粘性液体。如此设置，避免了残留在传送面111上的粉体和粘性液体影响3D打印设备下一次打印的打印效果，提高了3D打印设备的打印精度。
以上所述实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式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。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种3D打印设备，其特征在于，包括：
传送机构(1)，设有可移动的传送面(111)；
喷液装置(2)，包括多个微型喷口，所述喷液装置(2)能够控制任意的一个或多个所述微型喷口朝向所述传送面(111)喷射粘性液体；以及
供粉机构(3)，设有出粉口(311)，所述供粉机构(3)通过所述出粉口(311)朝向所述传送面(111)铺设粉体，以使所述粉体粘附于所述粘性液体。
2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，还包括加热模块(5)，所述加热模块(5)用于加热粘附于所述粘性液体上的粉体，以使所述粉体熔合。
3.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，还包括控制系统(9)，所述控制系统(9)电连接所述喷液装置(2)，以通过所述控制系统(9)控制所述喷液装置(2)工作。
4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述传送机构(1)包括大滚筒(12)、小滚筒(13)和传送带(11)，所述传送带(11)绕设于所述大滚筒(12)和所述小滚筒(13)的外侧，以使所述大滚筒(12)和所述小滚筒(13)同步传动；所述传送带(11)背离所述大滚筒(12)的一面设置为所述传送面(111)。
5.根据权利要求4所述的3D打印设备，其特征在于，所述小滚筒(13)的直径小于或等于5mm。
6.根据权利要求4所述的3D打印设备，其特征在于，所述供粉机构(3)包括可移动的出粉板(31)，所述出粉口(311)设于所述出粉板(31)一端，所述出粉板(31)设有出粉口(311)的一端能够朝向斜下方抵接于所述传送面(111)。
7.根据权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，所述大滚筒(12)设于所述小滚筒(13)的上方，所述供粉机构(3)设于所述传送机构(1)的一侧；所述供粉机构(3)还包括设于所述出粉板(31)下方的粉体回收部(32)，所述粉体回收部(32)用于回收从所述出粉板(31)和所述传送面(111)之间落下的所述粉体。
8.根据权利要求7所述的3D打印设备，其特征在于，所述供粉机构(3)还包括储粉部(33)和出粉部(34)，所述储粉部(33)通过管道连通所述出粉部(34)；所述储粉部(33)设于所述粉体回收部(32)下方，所述储粉部(33)用于承接所述粉体回收部(32)回收的所述粉体；所述出粉部(34)设于所述出粉板(31)上方，所述出粉部(34)用于将所述储粉部(33)内的粉体提供给所述出粉板(31)。
9.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述喷液装置(2)包括多个喷液模块，所述喷液模块具有多个紧密排列的所述微型喷口，所述微型喷口的内径小于或等于1mm，每个所述喷液模块具有的所述微型喷口的数量大于或等于200个。
10.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，还包括清洁装置(7)，所述清洁装置(7)设于所述喷液装置(2)的一侧，所述清洁装置(7)用于清洁所述传送面(111)上残留的粉体和粘性液体。
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