CN1857930A - 三维彩色打印快速成型装置及方法 - Google Patents

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王伊卿
卢秉恒
丁玉成
宗学文
段玉岗
施仁
张川
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Abstract

本发明公开了一种三维彩色打印快速成型装置和方法,其装置包括X-Y扫描工作平台和Z方向运动机构。X-Y扫描工作平台上安装有供粉槽、成型槽、粉辊以及打印头。Z方向运动机构包括供粉槽和成型槽内的活塞。其快速成型的方法采用快速成型技术的基本原理与彩色打印原理相结合,利用精密打印头将多种颜色的颜料按顺序和比例喷射在成型槽内一定层厚度而且致密粉末材料上,形成彩色截面图案。待粉末材料达到一定固化程度后,将成型槽内粉料下降相当于一个层厚的高度,供粉槽内粉料上升提供一层粉料,通过粉辊的运动和转动在成型槽内形成一层新的粉料层,打印头继续喷射打印下一层截面图形,直至彩色成型制件完全固化成实体。本发明工艺简单、成型速度快。

Description

三维彩色打印快速成型装置及方法
技术领域
本发明属于制造业的先进制造技术领域,特别涉及一种新型的三维彩色打印快速成型装置及方法。
背景技术
快速成型技术是上世纪80年代发展起来的一种先进制造技术,它集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术和新型材料科学的成果,将抽象的CAD设计数据快速变成真实物体,且不需要模具与工装。
比较成熟的快速成型方法有光固化快速成型(SL-Stereolithography)、切纸叠层制造LOM(LOM-Laminated Object Manufacturing)、选择激光烧结SLS(SLS-Selective Laser Sintering)、熔融沉积FDM(FDM-Fused DepositionModeling)以及三维打印3DP(Three Dimension Print)。
目前国内开发的三维打印快速成型机主要有两种类型。一种是中国专利200510029726.9。它采用的成型方式是以液体材料作为支撑,通过喷头将成型材料喷至液体支撑材料中成型。另一种是通过喷头将液体喷至待成型粉末材料上固化成型。但只能实现单色三维打印。
随着快速成型行业的快速发展,显然单色三维打印已不能完全满足实际应用的需求。因此,这就迫切要求出现一种应用范围更广的彩色三维打印成型技术,以满足用户对产品进行快速的彩色三维打印成形需要。
发明内容
本发明的目的在于,利用申请人拥有的快速成型技术,开发一种三维彩色打印快速成型装置及使用该装置快速成型方法,采用该装置和方法具有成型速度快、精度高、原型色彩丰富等优点,具有广阔的应用领域。
为实现以上目的,本发明采用如下的技术解决方案:一种三维彩色打印快速成型装置,其特征在于,该装置包括:一个X-Y扫描工作平台,该X-Y扫描工作平台的中央安装有相互独立的供粉槽和成型槽,所述的供粉槽和成型槽的内部分别有供粉槽活塞和成型槽活塞构成的Z方向运动机构;在X-Y扫描工作平台上还平行设置有一对导轨,导轨上设有沿导轨运动的运动小车和粉辊,粉辊用于在成型槽表面上形成一层均匀致密的粉料层,运动小车上安装有一组打印头,用于对成型槽表面粉料层进行打印成型;供粉槽活塞用于提供粉料,成型槽活塞用于在X-Y扫描工作平台上进行Z向升降运动;一台和X-Y扫描工作平台相互连通的计算机,其中设有分层数据处理软件,用于得到一系列彩色模型截面图,并控制X-Y扫描工作平台上的各个部件的运动。
采用上述三维彩色打印快速成型装置的快速成型工艺步骤,其特征在于,包括下列步骤:1)首先计算机对将要打印的模型进行分层处理,得到一系列彩色模型截面图;2)计算机控制X-Y扫描工作平台上的供粉槽内的供粉活塞上升,顶出分料,计算机控制粉辊沿导轨运动和自行转动,将供粉槽表面的粉料带到成型槽表面,在成型槽表面上形成一层均匀致密的粉料层;3)计算机控制运动小车在成型槽表面进行扫描运动,运动小车上安装的打印头按照模型截面图将多种颜料按顺序和比例将颜料液体喷射在粉料上,在成型槽表面形成彩色图案;4)待粉料经一定时间后达到相当固化程度后,计算机控制成型槽内活塞下降一个层厚度的高度;5)计算机控制供粉槽内活塞的上升和粉辊的运动和转动,在成型槽表面重新形成下一层待成型粉料;6)重复进行上述步骤3)~步骤5),直至模型完全成型;7)计算机控制成型槽内活塞提升,取出成型件并去掉未固化粉料即可完成彩色打印快速成型的全部步骤。
本发明不需要设计专门的支撑结构,工艺简单、成型速度快。本发明的显著特点是该装置具有强大的彩色三维打印功能,目前在国内尚属首创。这将是一个相当有潜力的应用领域。
附图说明
图1为本发明专利的主要硬件构成示意图。
以下结合附图和本发明的机理对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实现上述发明目的的技术思路是,根据快速成型制造技术的基本原理,即分层制造的原理,计算机专业分层软件处理的三维模型的分层截面数据,驱动精密打印头,按照模型的截面形状将各种颜色的液体喷射在预先铺好的粉料层上,使部分粉料粘结在一起,形成彩色的截面图形。当一层粉料成形完成后,再铺上一层粉料,进行下一层粉料的粘结。未粘结的粉料对制件的成型起支撑作用。如此循环直至工件完成,再经过后处理得到彩色成形制件。
本发明的三维彩色打印快速成型装置,包括:一个X-Y扫描工作平台1,该X-Y扫描工作平台1的中央安装有相互独立的供粉槽2和成型槽3,所述的供粉槽2和成型槽3的内部分别有供粉槽活塞9和成型槽活塞8构成的Z方向运动机构,实现粉料的供给和成型件的升降;在X-Y扫描工作平台1上还平行设置有一对导轨4,导轨4上设有沿导轨运动的运动小车5和粉辊7,粉辊7用于在成型槽3表面上形成一层均匀、致密的粉料层,运动小车5上安装有一组打印头6,用于对成型槽3表面粉料层进行打印成型;供粉槽活塞9用于提供粉料,成型槽活塞8用于成型件Z向升降运动;所述的打印头是采用平面打印机上使用的打印头,特点是价格便宜,工艺较为成熟。
所用成型粉料是以石膏粉料和植物淀粉为主,兼有一些具有加强粘结性效果材料的混合物,成型速度快,同时具有较好的精度和强度。
一台计算机10,其中安装有分层数据处理软件,用于得到一系列彩色模型截面图的二维打印数据文件,该截面图具有一定的厚度。并控制X-Y扫描工作平台1中各个部件的运动。
比较典型的应用就是将有限元分析的模型图打印成三维实体,能更直接地进行观察和分析。
采用上述三维彩色打印快速成型装置的快速成型工艺步骤,开始对每一层截面进行三维打印,具体包括下列步骤:1)首先是计算机对将要打印的模型进行分层处理,得到一系列彩色模型截面图;2)计算机控制X-Y扫描工作平台1上的供粉槽2内的供粉活塞9上升,将供粉槽内粉料顶出,提供一定量的粉料,计算机控制粉辊7沿导轨4运动,同时粉辊自行转动,从供粉槽2表面将活塞9顶出的粉料带到成型槽3表面,粉辊在成型槽表面的运动过程中,将粉料铺平并压实,在成型槽3表面上形成一层具有一定厚度,而且致密的粉料;3)由运动小车5在成型槽3表面进行扫描运动,计算机控制运动小车5上的打印头6按照模型截面图将多种颜料按顺序和比例将液体颜料喷射在成型槽3表面的粉料上,在成型槽表面形成彩色图案;4)待粉料经一定时间后达到相当固化程度后,计算机控制成型槽3内活塞8下降一个层厚度的高度;
5)计算机控制供粉槽2内活塞9的上升,顶出粉料,计算机控制粉辊7的运动和转动,在成型槽表面重新形成下一层待成型粉料;6)重复进行上述步骤3)~步骤5),直至模型完全成型;7)计算机控制成型槽2内活塞9提升,取出成型件,并去掉未固化粉料即可完成彩色打印快速成型的全部步骤。

Claims (2)

1.一种三维彩色打印快速成型装置,其特征在于,该装置包括:一个X-Y扫描工作平台(1),该X-Y扫描工作平台(1)的中央安装有相互独立的供粉槽(2)和成型槽(3),所述的供粉槽(2)和成型槽(3)的内部分别安装有供粉槽活塞(9)和成型槽活塞(8)构成的Z方向运动机构;在X-Y扫描工作平台(1)上还平行设置有一对导轨(4),导轨(4)上设有沿导轨运动的运动小车(5)和粉辊(7),粉辊(7)用于在成型槽(3)表面上形成一层均匀、致密的粉料层,运动小车(5)上安装有一组打印头(6),用于对成型槽(3)表面粉料层进行打印成型;供粉槽活塞(9)用于提供粉料,成型槽活塞(8)用于成型件Z向升降运动;一台和X-Y扫描工作平台(1)相互连通的计算机(10),其中安装有分层数据处理软件,用于得到一系列彩色模型截面图的二维打印数据,并控制X-Y扫描工作平台(1)中各个部件的运动。
2.采用权利要求1所述的三维彩色打印快速成型工艺,其特征在于,包括下列步骤:1)首先计算机对将要打印的模型进行分层处理,得到一系列彩色模型截面图;2)计算机控制X-Y扫描工作平台上的供粉槽内的供粉活塞上升,顶出粉料,同时计算机控制粉辊沿导轨运动和自行转动,将粉料从供粉槽表面带到成型槽表面,在成型槽表面形成一层均匀、致密的粉料层;3)计算机控制运动小车在成型槽表面进行扫描运动,运动小车上安装的打印头按照模型截面图将多种颜料按顺序和比例将颜料液体喷射在粉料上,在成型槽表面形成彩色图案;4)待粉料经一定时间后达到相当固化程度后,计算机控制成型槽内活塞下降一个层厚度的高度;5)计算机控制供粉槽内活塞的上升,顶出粉料,计算机控制粉辊的运动和转动,在成型槽表面重新形成下一层待成型粉料;6)重复进行上述步骤3)~步骤5),直至模型完全成型;7)成型槽内活塞提升,取出成型件,并去掉未固化粉料即可完成彩色打印快速成型。
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