CN112654491A - 用于三维打印机的塑型头和用于校正所述塑型头的方法 - Google Patents

用于三维打印机的塑型头和用于校正所述塑型头的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于三维打印机的塑型头，包括：基体(20)，其具有工作表面(22)，该工作表面(22)适合于允许物体的形成和粘附；支撑设备(30)，其与所述基体和用于移动所述基体(20)的移动部件(40)连接；其中支撑设备(30)是可调节的，以便改变基体(20)特别是工作表面(22)相对于移动部件(40)的方位，并且支撑设备(30)被配置成以自动化的方式在未锁定构造和锁定构造之间转换，在未锁定构造，支撑设备(30)允许基体(20)相对于移动部件(40)的方位的改变，在锁定构造，支撑设备(30)锁定由基体(20)采取的相对于移动部件(40)的方位。

Description

用于三维打印机的塑型头和用于校正所述塑型头的方法
技术领域
本发明涉及用于三维打印机的塑型头。本发明还涉及用于校正上述塑型头的方法。
更详细地，本发明属于所谓的“3D打印”或者“立体平版印刷”的领域，如所知的，“3D打印”或者“立体平版印刷”是一种能够通过固化和叠加由在外部刺激作用下容易固化的液态树脂获得的多个层来生产三维物体的技术。
背景技术
对于从塑料至黄金加工领域的各种类型的产业，三维打印技术可以具体并有效地用于生产原型(prototype)。
根据现有技术，三维打印机包括用于容纳液态树脂的缸和配备有工作表面的塑型头，该工作表面通常是平的，适于支撑待生产的三维物体的固化的层。此外，存在包括照射源的树脂刺激装置，通常是激光发射器或者投光器(技术术语中称作DLP，数字光处理)，其能够选择性地照射邻近缸底部的液态树脂层以使其固化。更详细地，通过选择性地刺激树脂以使其在构成待生产的物体的对应截面的点处固化，来得到该物体的每一层。
根据应用非常广泛的已知技术，照射源位于缸的下方，缸的底部对由照射源本身发出的辐射适当地透明。在这种情况下，三维打印工艺首先要求塑型头设置有朝向下方以面对缸底部的工作表面，并且被定位在距缸底部一定距离处，该距离与待固化的第一层的厚度相等。接着，照射源选择性地照射邻近缸底部的液态树脂层以使其固化。更详细地，塑型头被配置以使固化的层粘附在其上，而缸底部相反地具有减小这种粘附力的涂层。为了形成后续的每个层，塑型头远离缸底部移动，每次的量等于待生产的层的厚度，以便恢复加工下一层所需的液态树脂的厚度。在多层的生产结束时，塑型头升起，将产品带出树脂，并且通过与工作表面分离来收回产品。
在该已知方案中，每一层的厚度由在下方被缸的底部界定并且在上方被塑型头的工作表面界定(如果是第一层)或者被所生产的最后一层界定的液态树脂部分来限定。
因此，生产具有均匀厚度的层(对于待生产的产品的整齐性而言是必要的特征)就要求塑型头的工作表面与容纳树脂的缸的底部完全对齐，并且以精确的距离(通常等于待打印的第一层的厚度)定位，该距离通常在10微米至200微米之间，并且就未对齐而言最大误差不大于5微米。
以目前的技术水平，这一平行度通过手动类的补偿系统来管理，该系统执行起来很费劲，并且引入的精确度对所需标准而言是不够的。
根据现有技术，文献US2017/0173881是被人所知的，其示出了一种具有可选择性地锁定的支撑件的三维打印机。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种用于三维打印机的塑型头，该塑型头克服了如上所述的现有技术的缺点。
具体地，本发明的一个目的是提供一种用于三维打印机的塑型头以及一种用于校正该塑型头的方法，其能够使生产具有高精确性，特别是对所生产的层的厚度的公差而言。
本发明的另一个目的是提供一种用于三维打印机的塑型头以及一种用于校正该塑型头的方法，其简化了预调整程序。
所陈述的技术任务和所指出的目的基本上通过一种用于三维打印机的塑型头以及一种用于校正该塑型头的方法达成，所述塑型头和方法包括在独立权利要求和/或一个或多个从属权利要求中所揭示的技术特征。从属权利要求对应于根据本发明的塑型头的其他实施例。
附图说明
本发明的附加特征和优点将从如附图中所示的用于三维打印机的塑型头以及用于校正该塑型头的方法的优选但非排他性的实施例的概略且因此非限制性的描述中变得更清楚，其中：
-图1示出了根据本发明的塑型头；
-图2示出了根据不同角度的图1的塑型头；
-图3示出了图1的塑型头的放大的细节；
-图4示出了图1中示出的塑型头的部分分解图；
-图5-8以根据本发明的校正方法的操作步骤的顺序示出了图1的塑型头。
具体实施方式
参照附图，数字10表示用于三维打印机的塑型头整体。
特别参考图1、2和4，塑型头10包括基体20，支撑设备30与基体20连接，支撑设备30又与移动部件40(在图2中部分可见)连接，移动部件40具有在竖直方向上可操作地移动基体20的功能。
更详细地，基体20基本上为盒状，内部是中空的，并且在底部设置有平面形平台21，平台21限定了下工作表面22，下工作表面22限定了用于待生产的多层产品的第一层的抓持区。
如在图4中所示，在基体20的内部设置有由相应的独立致动器致动的抽出器体或板23，其与工作表面22相配合，并且其外形适于在一个或多个点处穿透工作表面22以促进形成于工作表面上或者粘附至工作表面的物体与工作表面22的分离。更详细地，抽出器板23设置有突出部24，突出部24被配置以一旦生产已经结束，就穿过形成在平台21中的对应的开口，以便从平台21的底部伸出并且帮助多层物体分离。
对于支撑设备30(其可以在例如图2中看到)，它包括支撑板31和调节装置，该调节装置被设置以便将支撑板31与基体20连接，并且被配置以允许基体20特别是工作表面22相对于移动部件40的方位发生改变。借助于这样的调节装置，支撑设备30可以以自动化的方式(即，以机械化的方式，因此通过机械致动和传动系统)在未锁定构造和锁定构造之间转换，在未锁定构造，该调节装置允许基体20相对于移动部件40的方位发生改变，在锁定构造，该调节装置锁定了基体20采取的相对于移动部件40的方位。借助于机械化，这样的转换几乎是瞬间进行的，尤其是在夹具33致动的同时进行。所述转换的进行例如基于用户的命令(按压校准启动和/或停止按钮)或者是完全自动化过程的一部分，例如通过由属于三维打印机的处理和控制单元启动的例行程序进行。
在所示的实施例中，调节装置包括多个杆32，多个杆32与基体20连接，并且对于每个杆32，相应的夹具33被配置以采取夹紧构造和释放状态，该夹紧构造与前述支撑设备30的锁定构造相对应，并且在该夹紧构造中，夹具33将相应的杆32锁定在适当位置，该释放状态与所述支撑设备30的未锁定构造相对应，并且在该释放状态，夹具33允许相应的杆32在相应的夹具33中的纵向平移。
为了使得杆32能够被引导，板31设置有孔34(图4)，杆32可滑动地容纳于孔34内，并且每个孔与相应的夹具33相关联，以允许或者阻止杆32穿过孔34的平移。
为了吸收基体20和移动部件40之间的任何不对齐(或者在任何情况下，方位的改变)，每个杆32以可调节和/或浮动的方式连接至基体20，因此以这种方式使得杆32可以改变其相对于基体20的倾斜度，并且优选地还在其接合基体20的点处和/或位于杆32和孔34之间的联结处进行小的横向移动。每个杆32优选地通过球形连接件与基体20连接，特别是通过插入形成于基体20上的球形容纳部的杆32的球形端部与基体20连接。
此外，每个杆32优选地与相应的反作用的弹簧32a(其可见于例如图4和5中)相关联，以维持在轴向方向上朝向杆的行程末端的位置推压杆32。反作用的弹簧32a优选地是压缩弹簧，该压缩弹簧被配置以维持远离支撑设备30和移动部件40地推压基体20。
在所示出的实施例中，提供了四个杆32和相同数量的夹具33，但是杆和对应的夹具的数量可以是任意的(优选地，最少的数量为3，使用3个杆，可使更均衡的支撑最佳化)。
夹具33及其操作原理可以在图2和图3中详细地看到。
具体地，每个夹具33由在上述夹紧构造和释放构造之间可弹性变形的部件限定。在本实施例中，如图4中的分解图中所示，每个夹具33具有底座(在所附附图中不可见)，该底座用于使相应的杆32通过，并且特别地，在释放构造中接近但是大于杆32的横截面尺寸，以便当杆32未被夹紧时，杆32能够在夹具33中自由平移。参考图5，底座在侧面断开，也就是说，底座具有从底座的侧部延伸到夹具33的外轮廓的狭槽35，以允许夹具33在狭槽35处弹性变形，以便允许在夹具33的夹紧构造中夹具33在相应的杆32上夹紧。
在该实施例中，每个夹具33由一体件构成，优选地是金属的。
可替代地，取代由可弹性变形的一体件式部件的限定，夹具33的每一个可以由铰接的部件限定，用于使相应的杆32通过的底座限制在铰接的部件之间，以便基于命令夹紧或者释放杆32自身。
有利地，夹具33与相应的致动器36(其可见于例如图1、2和4中)相关联，致动器36被配置以使夹具33在相应的夹紧构造和释放构造之间转换。每个致动器36优选地与一对夹具33相关联。
致动器36是直线式，优选地，是液压或气动活塞或者螺杆/螺母电磁致动器。
如在图2或图3中更佳地示出的，致动器36通过相应的凸轮传动元件37作用于相应的夹具33上。传动元件37枢转连接至板31上，以便在相应的致动器36的作用下转动，并且被配置以在围绕相应的销轴转动期间，在夹持方向上向两个相应的夹具33施加压力。换句话说，传动元件37偏心地连接(相对于其枢转销轴)至致动器36，并且具有一对凸轮表面，每一个凸轮表面面向相应的夹具33，并且与相应的夹具33滑动接触，以便随着传动元件37的转动产生对夹具33的压迫力的改变。以这种方式，每个致动器36同时执行两个夹具33的夹紧或者释放(即使如前文所述，本发明构思可应用于不同数量的致动器，因此例如每个夹具一个致动器或者所有夹具一个致动器)。
对于移动部件40，它包括机械升降机(例如液压的或者机械的，具有高精度的类型)，机械升降机具有可移动部，该可移动部被固定至支撑设备30，并且特别地，被固定至板31。
移动部件40可以是例如以本申请人的名义的专利申请EP3205484中描述的类型，其上布置有彼此以120°成角度地间隔开的三个塑型头。
图5-8示出了与用于校正根据本发明的塑型头10的方法相关的操作顺序。
图5示出了位于面向用于容纳树脂的缸100的位置并且依照相对于缸100的底部110未对齐的一般朝向的塑型头10。
图6示出了后续的使塑型头10与缸100的底部110接触的步骤，其中，由于杆32允许吸收先前的不对齐(杆32在相应的孔34中的行程不同，从而补偿了倾斜度的改变)，工作表面22与缸100的底部110是对齐(叠置)的。
图7示出了后续的升高塑型头10的步骤，例如在多层物体(附图中未示出)的生产的最后升高塑型头10。
图8示出了生产过程的最终步骤，其中，使抽出器体23降低从而穿透平台21并因此使得先前粘附至工作表面22的多层物体能够分离。
特别地，本发明使得以完全自动化的方式将塑型头的平台特别是工作表面的倾斜度调节至与缸的底部完美对齐(平行)成为可能。能够实现这，是因为支撑设备可以采取未锁定构造，在这种构造中，夹具是释放的情况下，头的简单下降和随后与缸的底部的接触带来平台的倾斜度的自动适应。之后，通过夹具将杆自动夹紧使得平台所采取的倾斜度能够被固定，它可以在多层物体的整个生产过程中都保持不变。
很清楚地，所述方法具有高精确度和快速的执行，因为它是完全自动化的，无需手动调节的干预。
此外，使用根据本发明的塑型头同时保证了工作表面的绝对位置的确定，工作表面必然位于缸底部的机械零位(也就是说，与缸底部接触)。换句话说，本发明允许容易地配置所谓的“机械零位(mechanical zero)”。最后，使用能够记忆抽出零点的软件，使得即使在缸的平台或者底部的厚度发生改变的情况下，也可以为每个打印例程进行绝对定位。

Claims (11)

1.一种用于三维打印机的塑型头，包括：
-基体(20)，其具有工作表面(22)，所述工作表面(22)适合于允许物体的形成和粘附；
-支撑设备(30)，其与所述基体(20)连接；
-移动部件(40)，其与所述支撑设备(30)连接，并且具有可操作地移动所述基体(20)的功能；
其中所述支撑设备(30)是可调节的，以改变所述基体(20)特别是所述工作表面(22)相对于所述移动部件(40)的方位，并且所述支撑设备(30)被配置成以自动化的方式在未锁定构造和锁定构造之间转换，在所述未锁定构造，所述支撑设备(30)允许所述基体(20)相对于所述移动部件(40)的方位的改变，在所述锁定构造，所述支撑设备(30)锁定由所述基体(20)采取的相对于所述移动部件(40)的方位；
并且其中所述可调节的支撑设备(30)包括多个杆(32)，所述多个杆(32)与所述基体(20)连接，并且对于每个杆(32)，相应的夹具(33)被配置以采取夹紧构造和释放状态，所述夹紧构造与所述可调节的支撑设备(30)的所述锁定构造相对应，并且在所述夹紧构造中，所述夹具(33)将相应的杆(32)阻挡在适当位置，所述释放状态与所述可调节的支撑设备(30)的所述未锁定构造相对应，并且在所述释放状态，所述夹具(33)允许相应的杆(32)在相应的夹具(33)中的纵向平移。
2.根据权利要求1所述的塑型头，其中所述可调节的支撑设备(30)还包括支撑板(31)，所述支撑板(31)被固定至所述移动部件(40)并且设置有孔(34)，所述杆(32)可滑动地容纳于所述孔(34)中，每个孔(34)与相应的夹具(33)相关联，以允许或者阻止穿过所述孔(34)的所述杆(32)的平移。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的塑型头，其中每个杆(32)以可调节和/或浮动的方式连接至所述基体(20)，优选地，通过球形连接件连接，以便吸收所述工作表面(22)相对于所述移动部件(40)的倾斜度的变化。
4.根据前述权利要求中一项或者多项所述的塑型头，其中多个所述夹具(33)与一个或者多个相应的致动器(37)相关联，所述致动器(37)被配置以使所述夹具(33)在相应的夹紧构造和释放构造之间转换，所述夹具(33)优选地以成对的方式与相同的致动器(36)相关联。
5.根据权利要求4所述的塑型头，其中所述致动器(36)是直线式的，优选地，是液压或气动活塞或者螺杆/螺母电磁致动器，并且通过相应的凸轮传动元件(37)作用于至少一个夹具(33)。
6.根据前述权利要求中一项或者多项所述的塑型头，其中每个所述夹具(33)由在所述夹紧构造和在所述释放构造之间可弹性变形的部件限定，所述部件优选地是一体件，并且其中每个所述夹具(33)具有用于使相应的杆(32)通过的底座，所述底座在侧面断开，以允许在所述夹具(33)的所述夹紧构造中将所述夹具(33)在相应的杆(32)上夹紧。
7.根据前述权利要求中一项或者多项所述的塑型头，其中，每个杆(32)与相应的反作用的弹簧(32a)相关联，以维持在轴向方向上朝向所述杆(32)的行程末端位置推压所述杆(32)，所述反作用的弹簧(32a)优选地是压缩弹簧，所述压缩弹簧被配置以维持远离所述支撑设备(30)地推压所述基体(20)。
8.根据前述权利要求中一项或者多项所述的塑型头，其中，所述移动部件(40)包括机械升降机，所述机械升降机具有可移动部，所述可移动部被固定至所述支撑设备(30)，优选地被固定至所述支撑板(31)。
9.根据前述权利要求中一项或者多项所述的塑型头，还包括抽出器体(23)，所述抽出器体(23)与所述工作表面(22)相配合，并且所述抽出器体(23)的外形适于在一个或多个点处穿透所述工作表面(22)，以促进粘附至所述工作表面(22)的形成的物体从所述工作表面(22)分离。
10.一种三维打印机，包括：
-缸(100)，其容纳有或者适于容纳可固化的液体并且与照射装置相关联；
-根据前述权利要求中一项或者多项所述的塑型头(10)；
其中，所述移动部件(40)被配置以带动所述基体(20)靠近或者远离所述缸(100)的底壁(110)直线式地移动。
11.一种用于校正根据前述权利要求1至9中一项或者多项所述的塑型头的方法，包括以下步骤：
-将所述塑型头(10)布置为使所述工作表面(22)设置在面向缸(100)的位置，所述缸(100)容纳有或者适于容纳用于三维塑型的液体；
-带动所述支撑设备(30)转换至所述未锁定构造；
-带动所述塑型头(10)靠近所述缸(100)的底部(110)，直至实现所述工作表面(22)与所述缸(100)的底部(110)对齐的接触；
-将所述支撑设备(30)转换至所述锁定构造；
-远离所述缸(100)的底部(110)地移动所述塑型头(10)，以使得能够通过照射介于所述缸(100)的底部(110)和所述工作表面(22)之间的所述液体来制备三维模型的多层产品。
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