CN210132763U - 一种彩色3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于3D打印设备技术领域，涉及一种彩色3D打印装置，主体结构包括外壳体、滑轨、升降滑块、导电接收板、高压静电发生器、伺服电机、主动齿轮、固定轴、轴承、调色转笼、从动齿轮和顶针组件，伺服电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮通过与从动齿轮的啮合连接驱动调色转笼的旋转，实现蘸取不同颜色原料的柔性绳的转换，微型电机带动驱动滚轮旋转，驱动滚轮通过柔性绳的连接带动从动滚轮旋转，通过顶针向下伸出在柔性绳上形成凸起，凸起上的熔体/溶液在高压静电场中所形成的感应电荷集中，从而被激发形成射流，射流下落冷却固化或者溶剂挥发固化并粘接在一起，形成一定形状的固体，顶针向上抬起，凸起消失进而射流消失，实现3D打印。

Description

一种彩色3D打印装置

技术领域：

本实用新型属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种彩色3D打印装置，能够实现彩色制品的精细化快速打印。

背景技术：

3D打印是一种快速成型技术，也被称为增材制造技术，是利用高分子材料、金属、陶瓷等可粘合材料，以三维数字建模为基础通过逐层打印的方式来构造零件的技术，现已广泛应用于建筑、医学、机械制造和航空航天等领域。目前，3D打印技术主要有熔融沉积成型(FDM)和立体光固化成型(SLA)两种工艺：熔融沉积成型(FDM)的原理是利用材料的热熔性、热塑性与粘结性特征，一层层进行打印模型的堆积成型，优点为材料多样、强度高与成本低，但是在产品精度上远达不到复杂结构产品的加工要求；立体光固化成型(SLA)的原理是利用特定波长、强度的紫外激光，聚焦在液态光敏树脂材料表面，使之由点到线、由线到面顺序凝固，然后逐层叠加形成三维实体。立体光固化成型(SLA)对环境要求苛刻，设备造价高，使用和维护成本较高，受到材料强度和耐热性的局限。

当前的3D打印技术局限于单一材料，只能打印一种颜色的三维物体，无法在一个物体同时呈现多种颜色。打印多色制品意味着需要对打印机的材料进行更换，而打印机必须停止工作才能更换材料，这就带来了接续精度的问题，并且效率较低，不能满足高精度彩色制品3D打印的需求。

静电纺丝技术是利用高压静电将聚合物熔体或溶液制备成超细纤维的工艺方法，具有设备简单、操作容易、适用物质种类多等优点，已成为聚合物连续纳米纤维材料最主要的制备方式之一。随着纳米科技的发展，作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，静电纺丝技术将在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。

静电纺丝法能够制备从纳米到微米级别的连续纤维，将3D打印技术与之结合，实现多种色彩材料的高精度制品快速制备，将在生物医用材料、食品工程、化妆品、考古等领域发挥巨大的积极作用。例如，中国专利201821602408.6公开的一种快速全彩色3D打印机包括壳体以及设置在壳体上的控制平台，所述壳体的一端设有料箱，所述料箱的下部设有定量下料器，所述壳体的顶部设有铺料机构，所述铺料机构的一侧设有打印组件，所述打印组件包括打印头轨道支架，所述打印头轨道支架上设有光固化全彩喷墨打印头且光固化全彩喷墨打印头可沿打印头轨道支架滑动，所述光固化全彩喷墨打印头的底部两侧设有UV光固化灯管，所述铺料机构和打印头轨道支架的两端均可沿设置在壳体顶部两侧的运行轨道滑动，所述壳体内设有成型缸体且成型缸体可沿设置在壳体内底部两侧的导轨滑动，所述成型缸体的顶部设有成型缸上端粉床，所述壳体的端部设有出料口且出料口的外侧设有清砂装置；中国专利201810177124.5公开的均匀混色打印的彩色3D打印机包括支撑主体、设置于支撑主体上端部并且用于控制原料流向的入料控制装置、设置于支撑主体下端部且可绕自身轴线转动的旋转主体，旋转主体的下端部设置有若干个沿其圆周方向均匀间隔布置的挤出头，旋座本体与支撑主体的接触端面上设置有数量与挤出头数量相同并且与挤出头呈一一对应接通的接口，支撑主体上设置有若干个用于接收入料控制装置提供的原料的单色熔流道，并且其中的一个接口与单色熔流道的其中一条相互接通；上述的入料控制装置设置成可在串色引导状态以及混色引导状态之间切换，并且处于串色引导状态时，入料控制装置接收多股固态原料并且可引导多股固态原料依次的深入至相应的单色熔流道内；入料控制装置处于混色引导状态时，入料控制装置接收多股固态原料并引导至混料机构中并产生熔融态混合料，入料控制装置并引导熔融态混合原料进入至其中一个单色熔流道中；入料控制装置包括架体，架体上设置有引导固态原料进入的运料孔，支撑主体的上端部设置有用于引导架体沿水平方向移动的导槽，支撑主体上设置有位于导槽内并且沿导槽导向方向间隔交错布置的单色熔流道、混色入料通道，架体连接于导向切换机构并且导向切换机构输出的动力可实现入料控制装置沿导槽的导向方向运动并实现在串色引导状态以及混色引导状态之间切换；串色引导状态下，运料孔引导固态原料进入至单色熔流道内；混色引导状态下，运料孔引导固态原料进入至混色入料通道中；混色入料通道的卸料端连接于混料机构；入料控制装置还包括安装于架体的束紧机构，束紧机构与固态原料相对应且用于推动固态原料入料，所述的束紧机构包括拨杆、夹持轮体，拨杆呈L型结构且拨杆由相互垂直的长杆段、短杆段组成，长杆段、短杆段的垂直连接处设置有转轴并且拨杆可绕该转轴偏转，所述的转轴的中心轴线方向与固态原料的入料方向相垂直，短杆段的自由端部活动设置有可绕自身轴线转动的夹持轮体，夹持轮体与动力轮体相对应并且夹持轮体与动力轮体之间形成夹持区域，固态原料引入至入料控制装置内、穿过夹持轮体与动力轮体之间的夹持区域；束紧机构还包括有推动拨杆偏转并实现夹持轮体朝向动力轮体方向靠拢的弹性复位件；以及在医学领域打印人体器官的彩色替代品和人体工程组织支架的不同区域功能的识别、化妆品领域的彩色打印产品、考古领域的文物彩色修复等。因此，现阶段迫切需要开发一种彩色3D打印技术装置，以满足3D打印领域的彩色精细打印要求。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种彩色3D打印装置，在二维平面上实现不同色彩单股射流的精确沉积，以制备精细度可调控的三维彩色制品。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的彩色3D打印装置主体结构包括外壳体、滑轨、升降滑块、导电接收板、高压静电发生器、伺服电机、主动齿轮、固定轴、轴承、调色转笼、从动齿轮和顶针组件；外壳体由上壁板、下壁板、左壁板、右壁板、前门板和后壁板围合构成，下壁板的上表面上设置有滑轨，滑轨中设置有升降滑块，导电接收板与高压静电发生器电连接，右壁板上设置有伺服电机，伺服电机与主动齿轮同轴插接式连接，左壁板与右壁板之间设置有固定轴，固定轴的左右两端均套设有轴承，调色转笼分别与两个轴承连接后套设在固定轴上，调色转笼的右侧外围套设有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，固定轴上两个轴承之间还套设有顶针组件；升降滑块的顶面与导电接收板插接式连接。

本实用新型涉及的调色转笼的主体结构包括左调色滚轮、右调色滚轮、连接杆、微型电机、驱动滚轮、安装平台、从动滚轮、左料桶、右料桶和柔性绳；正六边形结构的左调色滚轮和右调色滚轮通过等间距式设置的六根连接杆连接固定成一个整体，左调色滚轮的左侧面上以左调色滚轮中心为圆心等角度式设置有六个微型电机，微型电机与驱动滚轮同轴插接式连接，右调色滚轮的右侧面上以右调色滚轮中心为圆心等角度设置有六个安装平台，安装平台上设置有从动滚轮，左调色滚轮上等间距式设置有六个左料桶，右调色滚轮上等间距式设置有六个右料桶，柔性绳环绕在驱动滚轮和从动滚轮外围并穿过左料桶和右料桶；左料桶和右料桶镜像设置，主体结构相同，均包括壳体、进出料孔、加热板、导向轮、左挤压滚轮和右挤压滚轮；壳体的顶部开设有进出料孔，壳体的外部左侧和右侧设置有加热板，壳体内柔性绳进出壳体处设置有导向轮以及成对设置的左挤压滚轮和右挤压滚轮；顶针组件的主体结构包括顶针移动滑块、顶针和滑轮；顶针移动滑块套设在固定轴上，顶针移动滑块的下端与顶针插接式连接，顶针的下端设置有滑轮，顶针接地。

本实用新型涉及的彩色3D打印装置打印制品颜色的数量根据需求选取，通过调整相应微型电机、驱动滚轮、从动滚轮、左料桶、右料桶和柔性绳的数量，实现增加或减少制品颜色的目的。

本实用新型与现有技术相比，伺服电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮通过与从动齿轮的啮合连接驱动调色转笼的旋转，实现蘸取不同颜色原料的柔性绳的转换，微型电机带动驱动滚轮旋转，驱动滚轮通过柔性绳的连接带动从动滚轮旋转，通过调节微型电机的转速控制柔性绳的移动速度，柔性绳的移动速度决定柔性绳蘸取熔体/溶液的厚度，通过顶针向下伸出在柔性绳上形成凸起，凸起上的熔体/溶液在高压静电场中所形成的感应电荷集中，从而被激发形成射流，射流下落冷却固化或者溶剂挥发固化并粘接在一起，形成一定形状的固体，顶针向上抬起，凸起消失进而射流消失，实现3D打印点的构成，通过顶针在柔性绳上的平行移动和导电接收板的平移实现平面X和Y方向的射流沉积控制，通过导电接收板的上下移动实现Z方向的沉积控制，逐面堆叠，进而形成彩色制品；其结构简单，易于操作，对未打印的熔体/溶液进行回收并重复利用，节能环保，对射流沉积的具体纵向剖切平面高度与横向剖切前后位置进行精确控制，实现彩色精度可控的3D打印。

附图说明：

图1为本实用新型的主体结构原理示意图。

图2为本实用新型的主体结构前视图。

图3为本实用新型涉及的调色转笼的主体结构原理示意图。

图4为本实用新型涉及的柔性绳的布局示意图。

图5为本实用新型涉及的左料桶的主体结构原理示意图。

图6为本实用新型涉及的右料桶的主体结构原理示意图。

图7为本实用新型涉及的顶针组件的主体结构原理示意图。

图8为本实用新型涉及的顶针的工作原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的彩色3D打印装置的主体结构包括外壳体1、滑轨2、升降滑块3、导电接收板4、高压静电发生器5、伺服电机6、主动齿轮7、固定轴8、轴承9、调色转笼10、从动齿轮11和顶针组件12；外壳体1由上壁板、下壁板、左壁板、右壁板、前门板和后壁板围合构成，下壁板的上表面上设置有滑轨2，滑轨2中设置有升降滑块3，升降滑块3的顶面与导电接收板4插接式连接，导电接收板4与高压静电发生器5电连接，右壁板上设置有伺服电机6，伺服电机6与主动齿轮7同轴插接式连接，左壁板与右壁板之间设置有固定轴8，固定轴8的左右两端均套设有轴承9，调色转笼10分别与两个轴承9连接后套设在固定轴8上，调色转笼10的右侧外围套设有从动齿轮11，主动齿轮7与从动齿轮11啮合连接，固定轴8上两个轴承9之间还套设有顶针组件12。

本实施例涉及的调色转笼10的主体结构包括左调色滚轮101、右调色滚轮102、连接杆103、微型电机104、驱动滚轮105、安装平台106、从动滚轮107、左料桶108、右料桶109和柔性绳110；正六边形结构的左调色滚轮101和右调色滚轮102通过等间距式设置的六根连接杆103连接固定成一个整体，左调色滚轮101的左侧面上以左调色滚轮101中心为圆心等角度式设置有六个微型电机104，微型电机104与驱动滚轮105同轴插接式连接，右调色滚轮102的右侧面上以右调色滚轮102中心为圆心等角度设置有六个安装平台106，安装平台106上设置有从动滚轮107，左调色滚轮101上等间距式设置有六个左料桶108，右调色滚轮102上等间距式设置有六个右料桶109，柔性绳110环绕在驱动滚轮105和从动滚轮107外围并穿过左料桶108和右料桶109。

本实施例涉及的左料桶108和右料桶109镜像设置，主体结构相同，均包括壳体1081、进出料孔1082、加热板1083、导向轮1084、左挤压滚轮1085和右挤压滚轮1086；壳体1081的顶部开设有进出料孔1082，壳体1081的外部左侧和右侧设置有加热板1083，壳体1081内柔性绳110进出壳体1081处设置有导向轮1084以及成对设置的左挤压滚轮1085和右挤压滚轮1086。

本实施例涉及的顶针组件12的主体结构包括顶针移动滑块121、顶针122和滑轮123；顶针移动滑块121套设在固定轴8上，顶针移动滑块121的下端与顶针122插接式连接，顶针122的下端设置有滑轮123，顶针122接地。

本实施例涉及的外壳体1具有绝缘和保温功能；伺服电机6能够正反转；调色转笼10具有调整当前打印熔体/溶液颜色的作用；柔性绳110为具有弹性的绳；左料桶108和右料桶109具有加热、涂覆和回收料液的一体化功能；加热板1083为不锈钢云母加热片；顶针移动滑块121能够在固定轴8上横向移动，顶针122能够在顶针移动滑块121中纵向移动。

本实施例涉及的彩色3D打印装置使用时，首先，将装置与计算机连接，计算机将制品的三维模型转化为多层二维平面，再将二维平面转化为点，并将点对应的颜色坐标转换为电信号传递到导电接收板4、伺服电机6、顶针移动滑块121和顶针122，在左料桶108内分别加入设定颜色的聚合物物料或者溶液，开启高压静电发生器5，伺服电机6运转并通过主动齿轮7和从动齿轮11带动调色转笼10旋转到所需设定颜色，顶针122下降和抬起，实现柔性绳110被顶针122顶出的凸起处射流的产生和消失，从而控制射流沉积的位置，射流下落冷却固化或者溶剂挥发固化并粘接在一起，经过设定路径分布，实现一面成型，完成一面后，导电接收板4向下移动，逐层打印，最终成型整个制品。

本实施例涉及的彩色3D打印装置打印时，向左料桶108投入设定颜色的聚合物物料或者溶液，加热板1083将聚合物物料加热熔融成熔体并对熔体或溶液进行加热保温，伺服电机6驱动主动齿轮8转动，主动齿轮7通过从动齿轮11驱动调色转笼10旋转至设定位置，使将要沉积颜色的左料桶108和右料桶109位于底部水平位置，微型电机104带动驱动滚轮105旋转，驱动滚轮105通过柔性绳110的连接带动从动滚轮107旋转，柔性绳110穿过左料桶108蘸取熔体/溶液，导电接收板4到达预定位置，顶针122通过顶针移动滑块121移动到设定的横向位置，顶针122向下移动，柔性绳110被顶针122顶出凸起，凸起蘸取的彩色熔体/溶液在导电接收板4与顶针122之间高压电场的作用下形成射流，射流冷却固化或溶剂挥发固化，沉积并粘接在导电接收板4上的已成型固体上，柔性绳110连续运行的过程中，柔性绳110上剩余的熔体/溶液在进入右料桶109后在左挤压滚轮1085与右挤压滚轮1086的旋转作用下被挤出并集中在右料桶109中，其他设定颜色的打印过程与上述过程相同，形成多个设定颜色的点的彩色射流沉积的组合，实现打印预定平面的目的，再通过升降滑块3控制导电接收板4自上向下的移动，逐面打印；顶针122向上抬起，柔性绳110由于弹性恢复直线状态，凸起消失，射流消失，停止打印，多次重复上述过程，最后打印得到设定颜色精度要求的制品；当右料桶109中的熔体/溶液的体积超过设定值时，微型电机104向相反方向转动，驱动滚轮105反向旋转，在柔性绳110带动下从动滚轮107反向旋转，柔性绳110从右料桶109中蘸取熔体/溶液进行打印，柔性绳110上剩余的熔体/溶液在左料桶108中被截留；左料桶108和右料桶109能够分别单独加料。

本实施例涉及的彩色3D打印装置通过控制顶针122的横向移动和导电接收板4的前后移动来控制水平方向射流的沉积位置，进行平面上一个设定颜色射流的沉积过程，通过多次独立的沉积过程实现二维面上不同组成颜色射流的沉积，进而实现设定二维平面的整体打印，再通过控制导电接收板4的上下移动，逐层打印，最后成型整个彩色制品。

本实施例涉及的彩色3D打印装置通过控制调色转笼10的旋转来选择设定的蘸取有不同颜色的柔性绳110，通过顶针122的升降来实现射流的通断，并通过顶针122在柔性绳110上的移动控制射流的沉积位置。

本实施例涉及的彩色3D打印装置通过顶针122的伸出距离来调节柔性绳110的凸起蘸取熔体/溶液的多少，顶针122的伸出距离长，凸起蘸取熔体/溶液多，顶针122的伸出距离短，凸起蘸取熔体/溶液少，从而控制射流的直径，达到制品局部精度的精细控制和色彩比例控制目的。

本实施例涉及的彩色3D打印装置通过调节微型电机104的转速控制柔性绳110的移动速度，进而控制柔性绳110蘸取熔体/溶液的厚度，以控制制品的整体打印精度。

Claims (5)

1.一种彩色3D打印装置，其特征在于主体结构包括外壳体、滑轨、升降滑块、导电接收板、高压静电发生器、伺服电机、主动齿轮、固定轴、轴承、调色转笼、从动齿轮和顶针组件；外壳体由上壁板、下壁板、左壁板、右壁板、前门板和后壁板围合构成，下壁板的上表面上设置有滑轨，滑轨中设置有升降滑块，导电接收板与高压静电发生器电连接，右壁板上设置有伺服电机，伺服电机与主动齿轮同轴插接式连接，左壁板与右壁板之间设置有固定轴，固定轴的左右两端均套设有轴承，调色转笼分别与两个轴承连接后套设在固定轴上，调色转笼的右侧外围套设有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，固定轴上两个轴承之间还套设有顶针组件；升降滑块的顶面与导电接收板插接式连接。

2.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于调色转笼的主体结构包括左调色滚轮、右调色滚轮、连接杆、微型电机、驱动滚轮、安装平台、从动滚轮、左料桶、右料桶和柔性绳；正六边形结构的左调色滚轮和右调色滚轮通过等间距式设置的六根连接杆连接固定成一个整体，左调色滚轮的左侧面上以左调色滚轮中心为圆心等角度式设置有六个微型电机，微型电机与驱动滚轮同轴插接式连接，右调色滚轮的右侧面上以右调色滚轮中心为圆心等角度设置有六个安装平台，安装平台上设置有从动滚轮，左调色滚轮上等间距式设置有六个左料桶，右调色滚轮上等间距式设置有六个右料桶，柔性绳环绕在驱动滚轮和从动滚轮外围并穿过左料桶和右料桶。

3.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于左料桶和右料桶镜像设置，主体结构相同，均包括壳体、进出料孔、加热板、导向轮、左挤压滚轮和右挤压滚轮；壳体的顶部开设有进出料孔，壳体的外部左侧和右侧设置有加热板，壳体内柔性绳进出壳体处设置有导向轮以及成对设置的左挤压滚轮和右挤压滚轮。

4.根据权利要求1所述的彩色3D打印装置，其特征在于顶针组件的主体结构包括顶针移动滑块、顶针和滑轮；顶针移动滑块套设在固定轴上，顶针移动滑块的下端与顶针插接式连接，顶针的下端设置有滑轮，顶针接地。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的彩色3D打印装置，其特征在于打印制品颜色的数量根据需求选取，通过调整相应微型电机、驱动滚轮、从动滚轮、左料桶、右料桶和柔性绳的数量，实现增加或减少制品颜色的目的。

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