CN204278535U - 三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三维打印机，包括控制单元及受该控制单元控制的第一感光鼓、第二感光鼓、载物台及转印装置，该转印装置受控制单元控制地可沿垂直于载物台的载物面的方向移动，该转印装置包括环形转印带、第一转印辊、第二转印辊及热压装置；第一转印辊的轴心线与第一感光鼓的轴心线共第一平面且相互平行，环形转印带从第一转印辊与第一感光鼓之间的间隙穿过；第二转印辊的轴心线与第二感光鼓的轴心线共第二平面且平行，环形转印带从第二转印辊与第二感光鼓之间的间隙穿过；热压装置的热压面及载物面均平行于穿过热压面与载物面间的部分环形转印带的工作面。该三维打印机能够高速进行打印高精度的三维物体。

Description

三维打印机

技术领域

本实用新型涉及一种三维打印机，特别涉及一种利用电子照相成像技术的三维打印机。

背景技术

三维打印机，是一种基于三维物体的数字模型，利用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。

公告号为CN1216726C的专利文献的背景技术中描述了一种以丝料的形式向打印头供给成型材料的三维打印机，参见图1，三维打印机01具有打印头011、供料装置012、导管013及载物台014；供料装置012具有一个缠绕有成型丝0123的供料盘0121；打印头011具有由电机0115驱动的一对供料滚轮0113与0114，液化器0111及设于液化器0111下端的打印喷嘴0112。供料盘0121被安装于三维打印机01的供料盘安装架的转轴0122上，从而将成型丝0123提供给打印头011。在使用过程中，将成型丝0123从供料盘0121上拉出，使被拉直的成型丝通过由摩擦阻力较小的材料制成的导管013，直至将成型丝供给到供料滚轮0113及0114，在供料滚轮0113及0114的驱动下，成型丝0123进入液化器0111，成型丝在液化器0111内经加热成熔融状态的成型材料，在后续成型丝推力的作用下，从打印喷嘴0112挤出并沉积于载物台014的载物面上。三维打印机01的控制单元通过控制打印头011在水平的X-Y平面内移动，同时控制载物台014沿垂向的Z轴移动，从而逐层地打印出三维物体。

在打印过程中，为了便于打印三维物体的悬空部分及防止该悬空部分变形，需要在逐层打印三维物体同时，逐层打印对该悬空部分进行支撑的支撑结构。由于三维物体及其支撑结构均采用打印头进行打印，受限于打印喷嘴的尺寸，打印出的三维物体及支撑结构的精度不高。此外，由于处于同一切片层的支撑结构与三维物体无法同时打印，所以基本上是先打印支撑结构，三维物体与支撑结构相接触的部分表面打印精度决定于支撑结构的打印精度。

在公布号为CN103331911A的专利文献中公布了一种三维打印快速成型设备，即三维打印机，其具有第一感光鼓、第二感光鼓、承印台、转印带及光源，承印台位于转印带沿铅垂方向的下方。该三维快速成型设备利用现有激光打印机中的电子照相成像技术，在第一感光鼓上生成第一显影剂图像，第一显影剂图像由转印带转印至承印台上并经光照而固化成固体层；在第二感光鼓上生成第二显影剂图像，第二显影剂图像由转印带转印至承印台上位于固体层之外的区域。重复上述步骤，逐层打印出的固体层组成三维物体，第二显影剂图像组成粉末堆积体，形成三维物体的支撑结构。由于采用可光照固化的显影剂为成型材料，不可光照固化的显影剂为支撑材料，并采用电子照相成像技术，使打印出每层三维物体与支撑结构的厚度很薄，提高三维打印的精度。但是，由于采用可光固化显影剂经固化后形成一层固体层，难以保证形成的固体层表面为一光滑平面，无法为后续打印的固体层提供良好的参考基准面，即打印面；而且其支撑结构为由显影剂堆积成的粉末堆积体，比较松散，难以形成密实的支撑结构，无法为三维物体的悬空部分提供有效支撑。此外，该三维快速成型设备的打印方法中，同一切片层的三维物体与支撑结构无法同时进行打印。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用电子照相技术的三维打印机，旨在提高三维打印的精度及打印速度。

为了实现上述目的，本实用新型提供的三维打印机包括控制单元及受该控制单元控制的第一感光鼓、第二感光鼓及载物台；载物台可沿垂直于其自身载物面的方向移动；还包括转印装置，该转印装置受控制单元控制地可沿垂直于载物台的载物面的方向移动，该载物台包括环形转印带、第一转印辊、第二转印辊及热压装置；第一转印辊的轴心线与第一感光鼓的轴心线共第一平面且相互平行，环形转印带从第一转印辊与第一感光鼓之间的间隙穿过；第二转印辊的轴心线与第二感光鼓的轴心线共第二平面且平行，环形转印带从第二转印辊与第二感光鼓之间的间隙穿过；热压装置的热压面及载物面均平行于穿过热压面与载物面间的部分环形转印带的工作面；热压面为热压装置对环形转印带施加压力及热量的轨迹构成的平面；例如，热压装置为热压板时，热压板的工作面即为热压面，当热压装置为热压辊时，在热压过程中热压辊旋转行进过程中，对环形转印带施加热量及压力的工作面的轨迹构成热压面。

由以上方案可见，该三维打印机的第一感光鼓用于生成对应于支撑结构的一层切片层的第一静电显像，第二感光鼓用于生成对应于三维物体的一层切片层的第二静电显像，在第一转印辊及第二转印辊的作用下，第一静电显像及第二静电显像被转印至转印带的工作面上，形成对应于成型件的一层切片层的总静电显像，通过热压装置的热量及压力作用将总静电显像热压于载物台的载物面或已打印的成型件的上表面上，由于该三维打印机在打印成型件的过程中可同时进行打印同一层切片层的支撑结构及三维物体，提高三维打印速度，且这一切片层通过热压形成一很平的基准参考面，为下一层切片层的打印提供良好的打印面，从而可进行高精度的三维打印；此外，该三维打印机利用激光打印技术进行铺设切片层，提高切片层的铺设精度及均匀性，提高三维打印的打印精度。

具体的方案为热压装置优选为热压板。

更具体的方案为第一感光鼓可旋转地支承于显影盒两端的感光鼓支架上，第二感光鼓可旋转地支承于第一碳粉盒两端的感光鼓支架上，显影盒及第一碳粉盒可拆卸地安装于三维打印机上；热压板的热压面紧贴于环形转印带的内侧表面上。

由以上方案可见，可以便于对由成型材料与支撑材料构成的耗材的更换及补充。

优选的方案为上述三维打印机还包括第三感光鼓、第四感光鼓、第五感光鼓、第三转印辊、第四转印辊及第五转印辊；第三感光鼓可旋转地支承于第三碳粉盒的两端的感光鼓支架上，第四感光鼓可旋转地支承于第四碳粉盒的两端的感光鼓支架上，第五感光鼓可旋转地支承于第五碳粉盒的两端的感光鼓支架上；第三转印辊的轴心线与第三感光鼓的轴心线共第三平面且相互平行，环形转印带从第三转印辊与第三感光鼓之间的间隙穿过；第四转印辊的轴心线与第四感光鼓的轴心线共第四平面且相互平行，环形转印带从第四转印辊与第四感光鼓之间的间隙穿过；第五转印辊的轴心线与第五感光鼓的轴心线共第五平面且相互平行，环形转印带从第五转印辊与第五感光鼓之间的间隙穿过；第三碳粉盒、第四碳粉盒及第五碳粉盒可拆卸地安装于三维打印机上。

由以上方案可见，在第三碳粉盒、第四碳粉盒、第五碳粉盒及安装有第二感光鼓的第一碳粉盒的粉仓中对应地装入蓝色、红色、绿色及黑色碳粉，便可打印出彩色的高精度三维物体。

附图说明

图1是一种现有三维打印机的结构示意图；

图2是本实用新型三维打印机用于构建可溶于水的支撑结构的显影剂的制备流程图；

图3是本实用新型三维打印机第一实施例的原理示意图；

图4是使用本实用新型三维打印机第一实施例进行三维打印的流程图；

图5是采用本实用新型三维打印机第一实施例进行三维打印的转印步骤的过程示意图；

图6是采用本实用新型三维打印机第一实施例进行三维打印的热压步骤的过程示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型三维打印机以用于构建支撑结构的显影剂实施例中任一例显影剂为支撑材料，以现有碳粉为成型材料为例，对本实用新型三维打印机及其三维打印方法进行说明；其中，显影盒、第一碳粉盒、第三碳粉盒、第四碳粉盒及第五碳粉的工作原理与现有显影盒的工作原理相同，即利用电子照相成像技术在感光鼓的工作面上生成与三维物体及支撑结构的一层切片层相对应的静电显像。

在显影剂实施例中，基础材料为可溶于水的聚乙烯醇树脂或聚乙烯吡咯烷酮，电荷控制剂为可溶于水的聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺，脱模剂为可溶于水的PVA脱模剂；此外，还可以根据需要添加其他组分，以对显影剂进行改性，从而可打印出符合要求的支撑结构；例如，可以通过添加着色剂，以显示支撑结构是否从三维物体上拆除干净。

显影剂第一实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表1所示。

显影剂第二实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表1所示。

显影剂第三实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表1所示。

表1，本实用新型三维打印机用于构建可溶于水的支撑结构的显影剂第一实施例至第三实施例的原料组分及其重量份数列表：

显影剂第四实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表2所示。。

显影剂第五实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表2所示。

显影剂第六实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表2所示。

表2，本实用新型三维打印机用于构建可溶于水的支撑结构的显影剂第四实施例至第六实施例的原料组分及其重量份数列表：

显影剂第七实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表3所示。

显影剂第八实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表3所示。

显影剂第九实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表3所示。

表3，本实用新型三维打印机用于构建可溶于水的支撑结构的显影剂第七实施例至第九实施例的原料组分及其重量份数列表：

显影剂第十实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表4所示。

显影剂第十一实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表4所示。

显影剂第十二实施例

本例显影剂的组分及其重量份数如表4所示。

表4，本实用新型三维打印机用于构建可溶于水的支撑结构的显影剂第十实施例至第十二实施例的原料组分及其重量份数列表：

参见图2，显影剂第一实施例至显影剂第十二实施例的制备方法由混合步骤S11、熔融混炼步骤S12、冷却步骤S13、粉碎步骤S14、分级步骤S15、除尘步骤S16、球化步骤S17及筛选步骤S18构成。

混合步骤S11，按各例中指定组分的重量份数，将各组分混合均匀得到原料混合物。

熔融混炼步骤S12，原料混合物在双螺杆挤出混炼机内熔融混炼得到混炼物。

冷却步骤S13，混炼物经自然冷却至室温。

粉碎步骤S14，经冷却后的混炼物在流化床粉碎机内粉碎成不定形的显影剂颗粒。

分级步骤S15，显影剂颗粒经涡轮分级机分级，分拣出质量大于要求的显影剂颗粒并放回流化床粉碎机内进行再次粉碎。

除尘步骤S16，经分级后的显影剂颗粒经除尘器除去质量小于要求的显影剂颗粒。

球化步骤S17，经除尘后的显影剂颗粒进入沉降器内，经激光照射受热熔融，完成球化处理。

筛选步骤S18，经球化处理后的显影剂颗粒进入筛选机，筛选出大小符合要求的显影剂颗粒，例如，在球化处理步骤由于碰撞而结合成大颗粒显影剂颗粒需要去除。

显影剂第十三实施例

作为对本实用新型显影剂第十三实施例的说明，以下仅对与上述显影剂第一实施例的不同之处进行说明。

在球化处理步骤中，用红外光将经除尘后的显影剂颗粒进行球化处理，得到球形度高的显影剂颗粒。

显影剂第十四实施例

作为对本实用新型显影剂第十四实施例的说明，以下仅对与上述显影剂第一实施例的不同之处进行说明。

在球化处理步骤中，用热风将经除尘后的显影剂颗粒进行球化处理，得到球形度高的显影剂颗粒。

三维打印机第一实施例

参见图3，三维打印机由机架及安装于机架上控制单元、显影盒1、第一碳粉盒2、转印装置3与载物台4构成。显影盒1与第一碳粉盒2可拆卸地安装于机架上。

显影盒1具有壳体11及安装于壳体11内的送粉辊12、显影辊13、第一感光鼓14、清洁刮刀15、充电辊16与出粉刀17，粉仓18内装有上述显影剂各实施例中任一种显影剂51，用于打印支撑结构。第一碳粉盒2具有壳体21及安装于壳体21内的送粉辊22、显影辊23、第二感光鼓24、清洁刮刀25、充电辊26与出粉刀27，粉仓28内装有不溶于水的碳粉52，用于打印三维物体。

转印装置3由环形转印带31、第一转印辊32、第二转印辊33、热压板34及用于驱动环形转印带31旋转的驱动辊35构成。第一转印辊32的轴心线与第一感光鼓14的轴心线共第一平面且相互平行，该第一平面与穿过二者间的部分环形转印带31的工作垂直。第二转印辊33的轴心线与第二感光鼓24的轴心线共第二平面且相互平行，该第二面与穿过二者间的部分环形转印带31的工作垂直。第一转印辊32及第二转印辊33的工作面与环形转印带31的内侧表面相切，第一感光鼓14及第二感光鼓24的工作面与环形转印带31的工作面相距预定间距。热压板34的热压面在压力弹簧431的作用下紧贴环形转印带31的内侧表面。

参见图4，采用本例三维打印机在打印由三维物体与支撑结构构成的成型件的三维打印方法由切片步骤S21、显影步骤S22、转印步骤S23、热压步骤24及支撑结构拆除步骤S25构成。

切片步骤S21：通过计算机建立所需打印三维物体及支撑结构的数字模型，三维物体与支撑结构的数字模型一起构成所需打印成型件的数字模型，并将该成型件的数字模型沿预定方向分割成一系列具有预定厚度的切片层。

显影步骤S22：控制单元控制显影盒1在第一感光鼓14的工作面上生成由显影剂构成的第一静电显像，同时控制第一碳粉盒2在第二感光鼓24的工作面上生成由碳粉构成的第二静电显像。其中，第一静电显像对应于支撑结构的第一层切片层，第二静电显像对应于三维物体的第一层切片层。

转印步骤S23：参见图5，控制单元控制第一转印辊32对环形转印带31施加电压，使生成于第一感光鼓14的工作面上的第一静电显像的带电显影剂51在电场力的作用下，转移并吸附于环形转印带31的工作面上；随着驱动辊35的旋转，吸附有显影剂51的部分转印带旋转至第二感光鼓24的正下方，第二转印辊33对该部分环形转印带31施加电压，使生成于第二感光鼓24上的第二静电显像的带电荷碳粉52在电场力的作用下，转移并吸附于环形转印带31的工作面上；转印至环形转印带31的工作面上的第一静电显像与第二静电显像一起构成总静电显像，该总静电显像对应于成型件的第一层切片层。

热压步骤S24：参见图6，控制单元控制环形转印带31将总静电显像携带至载物台4的正上方后，控制转印装置3沿铅垂方向向下移动第一距离，至环形转印带31的工作面与载物台4的载物面间的间距等于成型件的第一层切片层的厚度，同时控制热压板34上的加热器进行加热，碳粉及显影剂在受热熔融并在载物面上生成成型件的第一层切片层6，在完成热压后，控制单元控制转印装置3沿铅垂方向向上移动第一距离，同时控制载物台4沿铅垂方向向下移动的距离为成型件第二层切片层的厚度。

以打印完的第一层切片层6的上表面为打印面，重复显影步骤S22、转印步骤S23及热压步骤S24完成成型件第二层切片层的打印，并以第二层切片层的上表面为打印面进行打印第三层，重复打印成型件的各层切片层直至完成整个成型件的打印。

支撑结构拆除步骤S25：将打印完的成型件放入水中，当支撑结构完全溶解后，将三维物体从水中取出并进行烘干。

三维打印机第二实施例

作为对本实用新型三维打印机第二实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明。

本例三维打印机还包括可拆卸地安装于机架上的第三碳粉盒、第四碳粉盒、第五碳粉盒、第三转印辊、第四转印辊及第五转印辊；第三转印辊的轴心线与安装于第三碳粉盒内的第三感光鼓的轴心线共第三平面且相互平行，该第三平面与穿过二者间的部分环形转印带的工作面垂直；第四转印辊的轴心线与安装于第四碳粉盒内的第四感光鼓的轴心线共第四平面且相互平行，该第四平面与穿过二者间的部分环形转印带的工作面垂直；第五转印辊的轴心线与安装于第五碳粉盒内的第五感光鼓的轴心线共第五平面且相互平行，该第五平面与穿过二者间的部分环形转印带的工作面垂直。

第一碳粉盒、第三碳粉盒、第四碳粉盒及第五碳粉盒对应的盛装有黑色碳粉、蓝色碳粉、红色碳粉及绿色碳粉。

在打印成型件的显影步骤中，控制单元根据三维物体的一层切片层中颜色的分布，控制第二感光鼓、第三感光鼓、第四感光鼓及第五感光鼓的工作面上分别生成预定的静电显像，这些静电显像转印至环形转印带的外侧表面上时，一起构成三维物体的该层切片层，这些不同颜色的碳粉按一定配比呈现于转印带上，以获得预定的颜色，在热压步骤由于热压板热量的作用而熔融混合，形成预定颜色三维物体的切片层。

由于在感光鼓上生成的是一层碳粉层，在进行彩色三维物体的静电显像生成时，控制单元根据三维物体一层切片层不同位置处的颜色需求，使最后转印至转印带工作面上的不同颜色碳粉间隔排列，在一定范围内的碳粉分布及比例由该范围处三维物体的颜色所决定，在受热熔融后这些不同颜色的碳粉热熔一起形成彩色颜色。

三维打印机第三实施例

作为对本实用新型三维打印机第三实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明。

在除了热压步骤之外的打印过程中，热压板的热压面与环形转印带的内侧表面保持一定间距，只在热压步骤中紧贴环形转印带的内侧表面并对其施加定压力。减少其他步骤中热压板对环形转印带内侧表面的摩擦。

三维打印机第四实施例

作为对本实用新型三维打印机第四实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明。

在热压步骤中，控制单元控制显影盒及第一碳粉盒与转印装置一起沿铅垂方向向下移动第一距离。可确保感光鼓的工作面与环形转印带的工作面间间距为一预定值，确保转印过程稳定。

三维打印机第五实施例

作为对本实用新型三维打印机第五实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明。

用热压辊替代热压板，热压辊为一内置有加热器的圆形辊筒，在热压过程中，通过在环形转印带的内侧表面上施加热量及压力，并通过旋转而完成对整个切片层的热压。

Claims (4)

1.三维打印机，包括控制单元及受所述控制单元控制的第一感光鼓、第二感光鼓及载物台；

所述载物台可沿垂直于所述载物台的载物面的方向移动；

其特征在于：

转印装置，所述转印装置受所述控制单元控制地可沿垂直于所述载物面的方向移动，所述转印装置包括环形转印带、第一转印辊、第二转印辊及热压装置；

所述第一转印辊的轴心线与所述第一感光鼓的轴心线共第一平面且相互平行，所述环形转印带穿过所述第一转印辊与所述第一感光鼓之间的间隙；

所述第二转印辊的轴心线与所述第二感光鼓的轴心线共第二平面且相互平行，所述环形转印带穿过所述第二转印辊与所述第二感光鼓之间的间隙；

所述热压装置的热压面及所述载物面均平行于穿过所述热压面与所述载物面之间的环形转印带的工作面。

2.根据权利要求1所述三维打印机，其特征在于：

所述热压装置为热压板。

3.根据权利要求2所述三维打印机，其特征在于：

所述第一感光鼓可旋转地支承于显影盒的两端的感光鼓支架上，所述第二感光鼓可旋转地支承于第一碳粉盒的两端的感光鼓支架上，所述显影盒及所述第一碳粉盒可拆卸地安装于所述三维打印机上；

所述热压板的热压面紧贴于所述环形转印带的内侧表面上。

4.根据权利要求1至3任一项所述三维打印机，其特征在于：

还包括第三感光鼓、第四感光鼓、第五感光鼓、第三转印辊、第四转印辊及第五转印辊，所述第三感光鼓可旋转地支承于第三碳粉盒的两端的感光鼓支架上，所述第四感光鼓可旋转地支承于第四碳粉盒的两端的感光鼓支架上，所述第五感光鼓可旋转地支承于第五碳粉盒的两端的感光鼓支架上；

所述第三转印辊的轴心线与所述第三感光鼓的轴心线共第三平面且相互平行，所述环形转印带穿过所述第三转印辊与所述第三感光鼓之间的间隙；

所述第四转印辊的轴心线与所述第四感光鼓的轴心线共第四平面且相互平行，所述环形转印带穿过所述第四转印辊与所述第四感光鼓之间的间隙；

所述第五转印辊的轴心线与所述第五感光鼓的轴心线共第五平面且相互平行，所述环形转印带穿过所述第五转印辊与所述第五感光鼓之间的间隙；

所述第三碳粉盒、所述第四碳粉盒及所述第五碳粉盒可拆卸地安装于所述三维打印机上。