CN204566691U - 一种三维扫描打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三维扫描打印机，涉及三维打印机，所述三维扫描打印机包括：壳体、扫描装置、喷头装置，还包括：固设在所述三维扫描打印机内壁上的装有复制打印物体所需材料的内嵌式材料盒装置；与所述内嵌式材料盒装置和喷头装置连接的运动装置，用于利用来自所述内嵌式材料盒装置的材料，控制喷头装置通过空间位置移动复制打印物体；与所述运动装置和扫描装置电相连的主控电路装置，用于控制运动装置，以及对来自扫描装置的三维图像数据进行处理的主控电路装置；与所述运动装置相连的托盘装置，用于放置扫描物体或者打印物体。本实用新型能够通过提供一种三维扫描打印机，具备一键复制功能，提高实用性和易用性，实现操作简单、占用空间小。

Description

一种三维扫描打印机

技术领域

本实用新型涉及三维打印机，特别涉及一种三维扫描打印机。

背景技术

三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。三维打印机的原理是把数据和原料放进三维打印机，机器会按照程序把产品一层层造出来。

三维打印机堆叠薄层的形式有多种多样。三维打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

有些三维打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。

还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术，以粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，熔铸成指定形状，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。

有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。

三维打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。尽管仍有待完善，但三维打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。

三维打印技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工，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，和许多其他领域。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。通过三维打印机也可以打印出食物，是三维打印机未来的发展方向。

在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用三维打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。

然而传统的三维打印机需要基于三维设计图纸资料才能进行打印，其弊端也正是如此，用户要么下载其他人创建的文件，要么使用软件从头开始设计模型，所以一般只能做出简单的物品，而想要打印复杂的产品，需要非常专业的工业设计能力，先通过软件设计出模型，再利用三维打印机打印成型，这对于普通的用户来说，是非常困难的，导致很多用户买了三维打印机后，却打印不出预期的效果。即使是专业设计人员，制作起来效率也比较低，且不能保证完全与实物相吻合从而影响了三维打印机的使用。

现有的三维打印机用户也可以使用三维扫描仪扫描物体，再将扫描信息转入三维打印机进行打印，从而导致操作时不仅需要较大空间而且步骤繁琐。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三维扫描打印机，能够解决目前传统三维打印机功能单一，不能满足用户多方面的立体需求，以及价格高昂，使用不便的问题。同时，本实用新型基于传统熔融挤出成型技术，结合三维激光扫描技术，使得用户花费很少的投入就能在一台机器上很方便的完成三维扫描、形成三维模型及三维打印等一系列功能操作，能方便的通过三维扫描装置将所需打印的实物快速扫描，再打印成型、制作出三维立体实物，改变了传统三维打印机需要自行设计，以及空间占用过大等给用户带来的不便。本实用新型通过专门开发的一体化三维扫描打印软件，可以兼容3DMAX、CAD、SKETCHUP、RHINO、MAYA、CATIA等主流设计软件，无需为转化格式而烦恼。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种三维扫描打印机，其特征在于，包括：

壳体；

位于所述壳体内且固定连接在所述壳体底部的托盘装置；

位于所述壳体内且固定连接在所述壳体一侧的用于扫描物体的扫描装置；

固定连接在所述壳体内侧的内嵌式材料盒装置；

与所述内嵌式材料盒装置连通的用于打印物体的喷头装置；

设置在所述壳体内部且驱动所述喷头装置进行空间位置移动的运动装置，以及与所述扫描装置、喷头装置电连接的主控电路装置。

优选地，扫描装置用于扫描物体；

喷头装置用于复制打印物体；

内嵌式材料盒装置固设在所述三维扫描打印机内壁上，装有复制打印物体所需材料；

运动装置与所述内嵌式材料盒装置和喷头装置连接，用于利用来自所述内嵌式材料盒装置的材料，控制喷头装置通过空间位置移动复制打印物体；

主控电路装置与所述运动装置和扫描装置电相连，用于控制运动装置，以及对来自扫描装置的三维图像数据进行处理的主控电路装置；

托盘装置与所述运动装置相连，用于放置扫描物体或者打印物体。

优选地，所述喷头装置是热熔塑料进料装置，包括：挤丝驱动器、热熔塑料进料头和喷头。

优选地，所述运动装置是笛卡尔机械运动系统，用于控制所述喷头装置在X轴和/或Y轴方向上滑动，以及控制所述托盘装置在Z轴方向上滑动。

优选地，所述主控电路装置根据来自扫描装置的三维图像数据，发送打印命令给运动装置，以便运动装置通过带动喷头装置复制打印物体。

优选地，所述托盘装置包括打印托盘、加热盘、扫描转盘和平台支架，所述打印托盘从上到下依次与加热盘、扫描转盘和平台支架相连，在进行物体扫描时，所述扫描转盘带动加热盘和打印托盘进行转动，在进行物体打印时，所述加热盘对打印托盘进行加热，加热温度为39°。

优选地，所述加热盘与平台支架采用螺栓与弹簧相连，用于校准所述打印托盘的打印位置。

优选地，所述扫描装置包括激光头、摄像头和扫描芯片，所述扫描芯片利用激光头和摄像头获取物体的三维图像数据，以便发送给主控电路装置。

优选地，所述内嵌式材料盒装置包括材料卷盘、材料盒和材料盒支架，所述材料盒设有卡扣，当材料盒受到向下的压力时，材料盒弹出材料盒支架。

优选地，所述壳体包括机箱内壳、机箱外壳、支撑骨架，机箱内壳与支撑骨架通过螺栓的方式连接，再与机箱外壳通过上下套装的方式安装，并采用粘结法固定。

优选地，所述壳体顶部设有机箱盖，其与壳体转动连接，机箱盖前端设有扣手，便于开启三维扫描打印机。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：能够通过提供一种集成三维扫描和打印功能于一体的三维扫描打印机，帮助用户更方便地将实物转换成为可用于三维打印的三维图像数据资料，实现同步完成，并且具备一键复制功能，从而提高了三维扫描打印机的实用性和易用性，实现操作简单、高效便捷、快速传输。同时，实现了一机多用，减小了体积、降低了成本、节省了空间，做到随时随意扫描、存储、打印，提高了工作效率，节省了人力，较传统样品、模型制作过程，能快速成型、周期更短，从而快速满足用户个性化设计制作的需要，推动三维扫描打印技术的广泛应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的外部结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的内部结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的内部结构爆炸图；

图4是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的破解结构的正视图；

图5是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的破解结构的左视图；

图6是本实用新型实施例二提供的三维扫描打印机的外部结构示意图；

图7是本实用新型实施例二提供的三维扫描打印机的破解结构的正视图；

图8是本实用新型实施例二提供的三维扫描打印机的内部结构爆炸图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的外部结构示意图，如图1所示，包括：壳体、显示屏4、控制按键5和设置于机箱盖3前端的扣手6。其中，壳体包括机箱内壳1、机箱外壳2、机箱盖3和支撑骨架，机箱内壳2起到固定支撑骨架的作用，支撑骨架与机箱内壳2通过螺栓等方式连接，机箱内壳1与机箱外壳2通过上下套装的方式安装，并采用粘接法固定。机箱盖3位于机体顶部，机箱盖3通过连杆和螺栓与机箱内壳1边缘连接，使机箱盖3可以以连杆为轴转动，机箱盖3可以采用硬质透明材料，例如亚克力板等。扣手6设置于机箱盖3前端，用于方便打开或闭合机箱盖3。显示屏4和控制按键5位于机体前端，嵌在机箱内壳1中，显示屏4作为操控三维扫描打印机体的界面。

图2是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的内部结构示意图，如图2所示，托盘装置14包括扫描转盘和打印托盘，用于放置扫描物体或者打印物体，当作为扫描转盘时，通过内嵌式扫描装置18扫描物体；材料盒17竖直固设于机体内部侧面，节省了机体空间；Y轴导轨21通过固定垫片与螺栓固定在机箱内壳1上，利用第二步进机13使传动轴旋转，提供Y轴方向上的动力，从而带动同步带；Z轴导轨23通过固定垫片固定在支撑骨架底板以及Z轴导轨固定架20上；X轴导轨22一端连接第二滑块10，另一端连接第一滑块11；热熔塑料进料装置12通过其底座与X轴导轨22连接，使其在X轴方向上横向运动，其连接方式为轴套卡在其底座下方，并套在X轴导轨22上滑动，其底座通过螺钉与卡键与同步带固定，使同步带可以带动热熔塑料进料装置滑动。

图3是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的内部结构爆炸图，如图3所示，包含材料盒支架16、材料盒17和材料卷盘40的材料盒装置，材料卷盘40通过卡扣放置于材料盒17的固定托盘中，材料盒支架16固定于左侧支撑架7外侧，所形成的一定空间用于放置材料盒17，当材料盒17受到向下的压力时，材料盒17的卡扣脱离材料盒支架16并弹出；与左侧支持骨架7用螺栓固定的扫描装置18包含扫描前盖35、摄像头36、激光头38、扫描壳体37和扫描芯片，通过扫描底板固定架32固设于左侧支撑骨架7内侧，其连接方式为摄像头36、激光头38卡扣在扫描壳体37内的支架上，扫描前盖35与扫描壳体37粘接，扫描壳体37与扫描底板固定架32采用螺丝连接。其中，扫描芯片利用激光头和摄像头获取物体的三维图像数据；托盘装置14包含合金打印托盘39、加热盘33、平台支架34、转盘15和第三进步机29，其连接方式为合金打印托盘39与加热盘33通过夹片连接固定，加热盘33用于保持打印托盘39°的温度，防止打印物件冷却时变形或开裂，并保证物体底部牢牢粘在打印托盘39上。加热盘33与平台支架采用螺栓与弹簧连接，这种连接方式具有平台校准功能，可调节喷头嘴与合金打印托盘39之间的距离，保证托盘装置14处于恰当位置，提高打印质量。平台支架34通过铜轴套与Z轴导轨23连接，以及与支撑骨架底板9采用螺栓连接。

图4是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的破解结构的正视图，如图4所示，第五步进机28通过螺栓固定于支撑骨架底板9上，第五步进机28与转盘15相连接，并驱动转盘15进行旋转实现物体扫描；主控电路装置30包含主控电路板、电源插孔、开关、数据接口等部件，其通过螺栓固定在保护支架31和支撑骨架底板9形成的空间内；热熔塑料进料装置12包含制冷风扇、散热片、挤丝驱动器、固定金属块、第四步进机41、热熔塑料进料头、加热喷头等，制冷风扇、散热片、挤丝驱动器、固定金属块、步进机通过螺钉连接固定，加热喷头通过螺钉与固定金属块连接，固定金属块与热熔塑料进料装置12底座通过螺钉连接，从而达到整体固定。热熔塑料进料装置12通过第四步进机41与挤丝驱动器连接，将塑料丝挤入高温加热喷头中变成半流体状态，从喷头嘴流出，层层累积成打印物件。其中，挤丝驱动器包括前盖、壳体、杠杆、弹簧、送丝轮、轴承等，其连接方式为杠杆通过壳体内卡槽及轴固定，并可旋转，轴承固定在杠杆上，丝料嵌在轴承和送丝轮中间，通过送丝轮作用挤入加热喷头，杠杆在弹簧力的作用下具有可调节功能，方便放入塑料丝以及防止送丝轮与丝料打滑；第二滑块10包括滑块主体、铜轴套、传送轴等，滑块主体中卡有套在导轨上的铜轴套，同步带卡在滑块主体上使其可以在Y轴导轨上滑动，第二滑块10与X轴导轨连接，使X轴导轨纵向运动，利用第二滑块10上的步进机，带动与固定在第二滑块10底部的传送轴相连的同步带，使热熔塑料进料装置12横向运动，Y轴电子挡块上的滑动固定架通过螺钉连接在左侧支撑骨架7上，防止第二滑块10运动行程过度以及帮助其回到初始打印位置。

图5是本实用新型实施例一提供的三维扫描打印机的破解结构的左视图，如图5所示，第一滑块11包括滑块主体、第一步进机42、铜轴套、电子挡块、滑动固定架等，第一步进机42通过螺钉与滑块主体连接，滑块主体中卡有套在导轨上的铜轴套，卡扣在滑块主体上的同步带使第一滑块11可以在Y轴导轨上滑动，第一滑块11通过与X轴导轨连接，带动X轴导轨纵向运动；电子挡块通过螺钉连接在滑动固定架两端，滑动固定架与滑块主体采用螺钉连接，X轴方向上的电子挡块的作用为防止热熔塑料进料装置12运动行程过度以及帮助其回到初始打印位置。

其中，热熔塑料进料装置12通过笛卡尔机械运动系统沿着三个直线方向移动，分别是X轴、Y轴、Z轴，以此来确定打印位置。笛卡尔机械运动系统主要包括导轨、传动轴、螺杆、步进机、同步带、传送轴、滑块，X轴方向上的运动为热熔塑料进料头的横向运动，其实现原理是由第一步进机42带动同步带，再由同步带驱动热熔塑料进料装置12在导轨上滑动；Y轴方向上的运动为滑块带动热熔塑料进料装置12的纵向运动，其实现原理为第二步进机13带动同步带使传动轴产生动力，再由传动轴带动同步带使滑块纵向运动并驱动热熔塑料进料装置12；Z轴方向上的运动为托盘装置14的上下运动，其实现原理是第三步进机29驱动螺杆旋转，螺杆对托盘装置14产生向上的动力，使其在连杆上上下运动；电子挡块的作用是防止X、Y、Z轴方向上的运动超过行程长度并保证开始打印时能精确的回到初始位置，三维扫描打印机在X、Y、Z轴方向上个各有一个挡块，此处的电子挡块通过螺钉与Z轴导轨固定架连接，并固定在骨架底座上，作用为防止打印平台上下运动行程过度以及帮助其回到初始打印位置。

图6是本实用新型实施例二提供的三维扫描打印机的外部结构示意图，如图6所示，包括设置于机体顶部的材料盒盖52，材料盒装置固设于材料盒盖52下端，材料盒盖52一端与机体外壳51铰连接，方便打开或闭合材料盒盖52，采用翻盖式设计，更换材料方便、简洁；操作平台54位于机体上端，包括由内屏、外屏组成的显示屏53、按键和开关键54，用于操控三维扫描打印机；以及位于机体前端的前盖56、装饰边57、固定框58和后盖。

图7是本实用新型实施例二提供的三维扫描打印机的破解结构的正视图，图8是本实用新型实施例二提供的三维扫描打印机的内部结构爆炸图，如图7，图8所示，包括材料盒装置、喷头装置、主控电路装置、托盘装置、运动装置、三维扫描机构66等。其中，材料盒装置包括料盘杆59和材料盘83。喷头装置是三维扫描打印机中最核心的部件，主要包括挤丝驱动器和热熔加热头，以及在线性轴承64上滑动的喷头84。挤丝驱动器有两种方式，一种是在喷头84上，随喷头84移动，另一种是固定在机身上，实施例二采用第二种方式，挤丝驱动器是由步进机和驱动器两部分组成，用于控制熔丝的进给；热熔加热头最主要的部件是加热元件，用于将熔丝加热成流体，经过喷头84将材料挤出。托盘装置包括扫描转盘67和打印托盘80，在扫描操作中，扫描转盘67利用转盘电机68带动扫描转盘67上的物体转动，使扫描设备可以捕捉到物体的每一个面片，在打印过程中，打印托盘80用于固定打印物体，其作用是防止物体在打印过程中开裂或冷却变形，为了防止物体冷却变形，托盘装置具有自加热功能，保证托盘装置维持恒温。扫描转盘67和打印托盘80相结合能够充分利用机内空间，该托盘装置固定在托盘固定板69上，由两块金属盘构成，既能支持打印时的支撑功能，又能满足扫描时的旋转功能。当打印时，两块金属板同时起到支撑作用；当扫描时，内部圆形金属板在转盘电机68的驱动下实现转动。另外，基于金属较强的导热性能满足托盘装置温度的恒定。运动装置包括固定件74、步进机、螺杆、传动轴63、导轨、滑块73、线性轴承64等，运用笛卡尔机械系统，采用笛卡尔坐标：X轴、Y轴、Z轴三个轴向的运动来确定打印的位置，X轴和Y轴两个轴向的运动都是由步进机提供动力，经过传送轴和同步带65的动能传递带动直线导轨转动，控制喷头84的移动，Z轴方向的移动则是由螺杆实现的，即在螺杆两端安装步进机，使螺杆转动，螺杆在线性轴承64的配合下上下移动，实现喷头84在Z轴方向移动。

此外，三维扫描打印机的工作原理具体表现为：扫描模块通过控制扫描装置将所获取到的实物三维图像数据发送给打印模块，打印模块根据所接收到的三维图像数据控制打印装置打印复制物体。其中，扫描模块中还可以预置数据转换功能，如，开发一种一体化三维扫描打印软件，使三维扫描打印机可以兼容来自3DMAX、CAD、SKETCHUP、RHINO、MAYA、CATIA等主流设计软件的三维图像数据，以便将来自外部的三维图像数据转换成适配于打印模块的三维图像数据，实现实物的复制打印。

综上所述，本实用新型具有以下技术效果：能够通过提供一种集三维扫描和三维打印功能于一体的三维扫描打印机，帮助用户更方便地将实物转换成可用于三维打印的三维图像数据资料，实现同步完成，并且具备一键复制功能，从而提高三维扫描打印机的实用性和易用性，实现操作简单、高效便捷、快速传输。同时，实现了一机多用，减小了体积、降低了成本、节省了空间，做到随时随意扫描、存储、打印，提高了工作效率，节省了人力，较传统样品、模型制作过程，能快速成型、周期更短，从而快速满足用户个性化设计制作的需要，推动三维扫描打印技术的广泛应用。

尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维扫描打印机，其特征在于，它包括：

壳体；

位于所述壳体内且固定连接在所述壳体底部的托盘装置；

位于所述壳体内且固定连接在所述壳体一侧的用于扫描物体的扫描装置；

固定连接在所述壳体内侧的内嵌式材料盒装置；

与所述内嵌式材料盒装置连通的用于打印物体的喷头装置；

设置在所述壳体内部且驱动所述喷头装置进行空间位置移动的运动装置，以及与所述扫描装置、喷头装置电连接的主控电路装置。

2.根据权利要求1所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述喷头装置是热熔塑料进料装置，包括：挤丝驱动器、热熔塑料进料头和喷头。

3.根据权利要求2所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述运动装置是笛卡尔机械运动系统，用于控制所述喷头装置在X轴和/或Y轴方向上滑动，以及控制所述托盘装置在Z轴方向上滑动。

4.根据权利要求3所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述主控电路装置根据来自扫描装置的三维图像数据，发送打印命令给运动装置，以便运动装置通过带动喷头装置复制打印物体。

5.根据权利要求1所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述托盘装置包括打印托盘、加热盘、扫描转盘和平台支架，所述打印托盘从上到下依次与加热盘、扫描转盘和平台支架相连，在进行物体扫描时，所述扫描转盘带动加热盘和打印托盘进行转动，在进行物体打印时，所述加热盘对打印托盘进行加热，加热温度为39°。

6.根据权利要求5所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述加热盘与平台支架采用螺栓与弹簧相连，用于校准所述打印托盘的打印位置。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述扫描装置包括激光头、摄像头和扫描芯片，所述扫描芯片利用激光头和摄像头获取物体的三维图像数据，以便发送给主控电路装置。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述内嵌式材料盒装置包括材料卷盘、材料盒和材料盒支架，所述材料盒设有卡扣，当材料盒受到向下的压力时，材料盒弹出材料盒支架。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述壳体包括机箱内壳、机箱外壳、支撑骨架，机箱内壳与支撑骨架通过螺栓的方式连接，再与机箱外壳通过上下套装的方式安装，并采用粘结法固定。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的三维扫描打印机，其特征在于，所述壳体顶部设有机箱盖，其与壳体转动连接，机箱盖前端设有扣手，便于开启三维扫描打印机。