CN205889905U - 一种3d物体打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种3D物体打印装置，包括，控制器分别连接成型装置、校平辊、传感器以及支撑平台，所述控制器控制所述成型装置沿层打印方向打印界面层，所述控制器控制所述支撑平台沿层叠加方向的相反方向移动，沿所述层叠加方向所述校平辊位于所述支撑平台的上方；其中，所述传感器连接所述校平辊，所述传感器检测所述校平辊与所述界面层的接触状态并输出接触信号，所述控制器根据所述接触信号控制所述校平辊旋转。本实用新型涉及的打印装置既可以节约能源，同时降低了校平辊对喷墨打印过程的干扰，提高了目标物体的打印精度。

Description

一种3D物体打印装置

技术领域

本实用新型涉及三维成型技术领域，尤其涉及三维成型装置，特别是一种3D物体打印装置。

背景技术

三维成型技术又称快速原型制造技术或加式制造技术，目前常用的技术包括：熔融沉积技术(简称：FDM技术)、立体光刻技术(简称：SLA技术)、选择性激光烧结技术(简称：SLS技术)、叠层成型技术(简称：LOM技术)或三维喷墨打印技术(简称：3DP技术)等，这些技术通用的基本原理都是基于3D模型切片后逐层加工堆积起来制作3D物体。其中，3DP技术是通过喷涂装置(如喷墨打印头或挤出头等)逐层分配材料液滴至支撑平台上逐层叠加最终制成目标3D物体。

采用3DP技术打印3D物体的过程中，分配的材料层厚度受喷涂装置结构性能的影响或周围环境的影响或材料本身性能的影响等，常常导致打印的材料层表面不平整或打印的物体高度与理论上目标物体的高度不一致，现有技术中为了克服该技术问题，在3D物体打印过程中，通过在打印装置上安装一个铣刀用以将打印形成的每层表面铲平，例如专利CN94193647.3中公开了一种技术方案，在该专利中，为了将铲下的碎屑从铣刀上移走还需安装一个真空管，结构相对复杂。另外，现有技术中还有的采用校平辊将层表面校平，但是在整个喷墨打印过程中校平辊一直处于运转状态，一方面浪费能源，另一方面校平辊一直转动扰动周围空气流动，最终影响喷涂装置分配的材料滴的落点，影响3D物体成型精度。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，根据本实用新型的一个方面，提供一种3D物体打印装置，控制器分别连接成型装置、校平辊、传感器以及支撑平台，所述控制器控制所述成型装置沿层打印方向打印界面层，所述控制器控制所述支撑平台沿层叠加方向的相反方向移动，沿所述层叠加方向所述校平辊位于所述支撑平台的上方；

其中，所述传感器连接所述校平辊，所述传感器检测所述校平辊与所述界面层的接触状态并输出接触信号，所述控制器根据所述接触信号控制所述校平辊旋转。

优选地，所述传感器为加速传感器或者压力传感器。

优选地，所述校平辊处于第一终止状态，其中，所述校平辊与所述界面层分离，所述传感器向所述控制器输出分离信号，所述控制器根据所述分离信号控制所述校平辊停止旋转。

优选地，所述校平辊处于第二终止状态，其中，所述校平辊通过所述控制器与所述成型装置连接，所述成型装置完成所述界面层的打印后向所述控制器输出指示信号，所述控制器根据所述指示信号控制所述校平辊停止旋转。

优选地，沿所述层叠加方向所述校平辊的下表面到所述支撑平台的初始距离等于所述控制器控制所述支撑平台沿所述层叠加方向的相反方向单次移动幅度。

优选地，所述控制器控制所述支撑平台沿所述层叠加方向的相反方向单次移动幅度为H，所述控制器控制所述成型装置打印的所述界面层厚度为S，则H＝N×S，其中，N为大于1的整数。

优选地，所述控制器控制所述支撑平台沿所述层叠加方向的相反方向单次移动幅度均相同。

优选地，所述成型装置包括材料储存装置和喷涂装置，沿所述层叠加方向所述喷涂装置的下表面到所述支撑平台的初始距离为L₁，沿所述层叠加方向所述校平辊的下表面到所述支撑平台的初始距离为L₂，其中，L₁＞L₂。

优选地，沿所述层打印方向还设置有光源，所述校平辊位于所述喷涂装置和所述光源之间。

优选地，多个所述光源沿所述层打印方向分别设置在所述喷涂装置的两侧。

优选地，多个所述校平辊沿所述层打印方向分别设置在所述喷涂装置的两侧。

优选地，所述控制器包括成型控制装置、校平控制装置和驱动控制装置，所述成型控制装置连接所述成型装置，所述校平控制装置连接所述校平辊，所述驱动控制装置连接所述支撑平台。

本实用新型通过传感器、控制器以及校平辊的配合工作，能够更好的控制校平辊的工作状态，即，根据实际需要控制校平辊旋转或者停止旋转，既可以节约能源，同时降低了校平辊对喷墨打印过程的干扰，提高目标物体的打印精度，这样能确保打印的目标3D物体的高度与实际物体的高度一致，且能保证3D物体的表面精度，同时该打印装置结构简单，操作方便。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本实用新型的第一实施例的，一种3D物体打印装置的结构示意图；

图2示出根据本实用新型的第二实施例的，一种3D物体打印装置的结构示意图；

图3示出根据本实用新型的第一实施例的，一种3D物体打印装置的流程示意框图；

图4示出根据本实用新型的第一实施例的，3D物体打印装置完成部分3D物体打印的结构示意图；

图5示出根据本实用新型的第三实施例的，设置有两个光源的3D物体打印装置的结构示意图；

图6示出根据本实用新型的第四实施例的，设置有两个校平辊的3D物体打印装置的结构示意图；以及

图7示出根据本实用新型的第五实施例的，一种3D物体打印装置的流程示意框图。

具体实施方式

图1示出了本实用新型的第一实施例的，一种3D物体打印装置的结构示意图，图3示出了第一实施例中所述打印装置的流程示意框图，如图1所示，成型装置3包括材料存储器1、2以及喷涂装置4、5，材料存储器1、2分别用于存放成型材料和支撑材料，喷涂装置4、5分别用于喷射成型材料和支撑材料。作为一些变化，根据成型材料和支撑材料的种类和数量的不同，成型材料存储器1、2和支撑材料存储器1、2的数量还可以变化，以及喷涂装置4、5的数量发生相应的变化。具体地，所述喷涂装置4、5可以是喷墨打印头或者挤出头等。

进一步地，结合图1和图3所示，控制器100连接所述成型装置3，所述控制器100控制所述喷涂装置4、5工作。具体地，所述控制器100连接一处理终端(图中未示出)，所述处理终端用于将目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和非结构信息转换成每层对应的层打印数据，图中示出的打印装置所要打印的目标物体分为实体结构和支撑结构，则所述层打印数据至少包括层实体结构数据和层支撑结构数据。作为一种变化，如果目标物体的实体结构还呈现某种颜色，则所述层打印数据还包括层色彩数据。更为具体地，所述打印装置在三维空间完成整个打印过程，为了更清楚描述本实用新型的技术方案，图1中建立了三维坐标系，包括X轴、Y轴和Z轴方向，所述控制器100根据所述层打印数据沿层打印方向控制所述喷涂装置4、5工作，所述层打印方向为X轴方向，在一个界面层101打印过程中，所述控制器100控制所述喷涂装置4、5在X轴方向完成一个进程的打印，之后所述喷涂装置4、5沿Y轴方向移动一个步进，再继续下一个进程的打印，直至所述喷涂装置4、5在一个XY平面完成一个所述界面层101的打印。接着继续下一个所述界面层101打印过程，即控制器100按照类似的方式在下一个XY平面完成下一个所述界面层101的打印，本领域技术人员理解，下一个所述界面层101叠加在上一个所述界面层101之上，如此循环多个所述界面层101打印过程使多个所述界面层101沿层叠加方向逐渐叠加进而完成3D物体的打印，所述层叠加方向即为图1中的Z轴方向，即，在整个打印过程中多个所述界面层101在Z轴方向的叠加高度逐渐升高，这些均属于现有技术，本领域技术人员可以结合现有技术实现具体的过程控制，在此不予赘述。

进一步地，结合图1和图3所示，所述控制器100还分别连接校平辊6和传感器7，且所述校平辊6连接所述传感器7，所述传感器7用于检测所述校平辊6与每个所述界面层101是否接触并基于接触状态输出接触信号，所述控制器100接收到所述接触信号控制所述校平辊6旋转。本领域技术人员理解，在现有技术中，校平辊6在打印一开始的阶段即开始旋转直至整个3D物体打印完成，既浪费能源又会干扰整个打印进程的顺利进行。而本实用新型通过增加传感器7，并通过传感器7和控制器100配合工作实现所述校平辊6的智能化开启，不仅节约能源，同时还能有效避免校平辊6对打印进程的干扰。

进一步地，如图1所示，所述传感器7为加速传感器，具体地，所述加速传感器安装在所述校平辊6上，所述加速传感器可以直接检测所述校平辊6的受力变化，当校平辊6接触到所述界面层101时所述校平辊6受到一个分布在XY平面上的力，此时加速传感器感受到该力并将接触信号反馈给所述控制器100，所述控制器100控制校平辊6旋转从而将所述界面层101进行校平。

进一步地，所述控制器100可以通过多种方式控制所述校平辊6停止旋转。例如，当所述校平辊6与所述界面层101分离后，所述校平辊6受到的力消失，相应地，所述加速传感器向所述控制器100输出分离信号给所述控制器100，所述控制器100控制所述校平辊6停止旋转。又例如，在单个所述界面层101未打印完成时，所述校平辊6一直处于旋转状态，当所述控制器100控制所述成型装置3完成单个所述界面层101的打印后，所述成型装置3向所述控制器100输出指示信号，所述控制器100根据所述指示信号控制所述校平辊6停止旋转。

作为本实用新型的第二实施例，图2示出了一种3D物体打印装置的结构示意图；如图2所示，传感器7′为压力传感器，具体地，所述压力传感器安装在所述校平辊6的外部，具体地，所述压力传感器通过牵拉装置连接所述校平辊6，所述压力传感器通过牵拉装置检测所述校平辊6的受力变化，当所述校平辊6没有与所述界面层101发生接触时，压力传感器受到的拉力大小等于校平辊6的重力，此时压力传感器不会输出接触信号到控制器100；当所述校平辊6与所述界面层101发生接触时，所述校平辊6受到所述界面层101对其沿Z轴方向的支撑力，此时压力传感器受到的拉力变小，所述压力传感器检测到校平辊6的受力变化并发出接触信号到所述控制器100，所述控制器100驱动校平辊6旋转从而将所述界面层101进行校平。

进一步地，所述控制器100可以通过多种方式控制所述校平辊6停止旋转。例如，当所述校平辊6与所述界面层101分离后，所述校平辊6受到的力消失，相应地，所述压力传感器恢复到受力平衡状态，即所述压力传感器受到的拉力大小等于所述校平辊6的重力，此时所述压力传感器向所述控制器100输出分离信号给所述控制器100，所述控制器100控制所述校平辊6停止旋转。又例如，在单个所述界面层101未打印完成时，所述校平辊6一直处于旋转状态，当所述控制器100控制所述成型装置3完成单个所述界面层101的打印后，所述成型装置3向所述控制器100输出指示信号，所述控制器100根据所述指示信号控制所述校平辊6停止旋转。

进一步地，结合图1和图3所示，所述控制器100还连接支撑平台9，沿层叠加方向(即图中的Z轴方向)所述校平辊6位于所述支撑平台9的上方，所述支撑平台9用于承接所述成型装置打印的所述界面层101。具体地，图1中示出的是所述打印装置还未开始打印的状态(即初始状态)，相应地，沿所述层叠加方向所述喷涂装置4、5的下表面到所述支撑平台9的初始距离为L₁，沿所述层叠加方向所述校平辊6的下表面到所述支撑平台9的初始距离为L₂，其中，L₁＞L₂。更具体地，如果所述处理终端对目标物体的分层厚度为S，则所述控制器100控制所述成型装置3打印的所述界面层101厚度为S，优选地，L₂＝N×S，其中，N为大于或等于1的整数，即，所述L₂是所述S的正整数倍，考虑到提高3D物体的打印速度以及降低打印装置的制造成本且综合3D物体的成型精度，本实用新型中优选N为大于1的整数。本领域技术人员理解，所述S为理论上的分层厚度数据，在实际的打印过程中，受到喷涂装置4、5精度的限制，并不能保证每个完成的所述界面层101的厚度都能精确到理论数值，这也是需要对所述界面层101进行校平的原因。

进一步地，图4示出了第一实施例中，3D物体打印装置完成部分3D物体打印的结构示意图；如图4所示，当所述控制器100控制所述成型装置3完成多个打印进程进而形成逐渐叠加的多个所述界面层101后，多个所述界面层101叠加形成部分3D物体10，此时，所述喷涂装置4、5的下表面到所述支撑平台9上的界面层的距离已经变小(小于所述L₁)，本领域技术人员理解，在形成逐渐叠加的多个所述界面层101的过程中，所述成型装置3打印完成每个所述界面层101均需经过传感器的检测并判断是否需要所述校平辊6的校平，具体的检测和校平过程可以参见前面的描述，在此基础上，经过校平辊6校平的所述界面层打印完成后，所述控制器100再控制所述支撑平台9沿所述层叠加方向的相反方向移动(即沿Z轴方向的相反方向)，优选地，如果所述支撑平台9的单次移动幅度为H，则H＝N×S，即，所述支撑平台9每次移动的距离等于所述L₂，相应地，如果所述部分3D物体10的高度为L₃，则L₃＝L₂×N′，N′为大于或等于1的整数。本领域技术人员理解，按照此方式多次循环后，最终完成整个3D物体的打印。

进一步地，结合图1至图3所示，所述打印装置沿所述层打印方向还设置有光源8，所述校平辊6位于所述喷涂装置4、5和所述光源8之间，所述光源8用于对所述界面层101进行光固化，具体的固化方式有三种，一种是每打印完成单个所述界面层101后，即使用所述光源8对该单个所述界面层101进行固化；另一种方式是，打印完成多个所述界面层101后，多个所述界面层101叠加后再进行光固化；再一种方式是，所述界面层101的打印与光固化同时进行。具体地，图1中示出的打印装置只设置有一个光源8，作为一种变化，图5示出了本实用新型的第三实施例的，设置有两个光源的3D物体打印装置的结构示意图；如图5所示，所述打印装置设置两个光源8、8′，两个所述光源8、8′沿所述层打印方向分别设置在所述喷涂装置4、5的两侧这样，在进行喷墨打印过程中两个光源8、8′可同时使用或交替使用。作为另一种变化，所述打印装置还可以设置更多的光源，在此不予赘述。

在一个变化例中，图6示出了本实用新型的第四实施例的，设置有两个校平辊的3D物体打印装置的结构示意图；如图6所示，所述打印装置设置两个校平辊6，且两个校平辊6分别连接一个压力传感器，两个所述校平辊6沿层打印方向分别设置在所述喷涂装置4、5的两侧。具体地，在实际的打印过程中，控制器100在层打印方向上控制所述喷涂装置4、5移动，相应地，两个所述校平辊6中，沿所述喷涂装置4、5的移动方向，一个校平辊6位于所述喷涂装置4、5的前方，另一个校平辊6位于所述喷涂装置4、5的后方，当需要执行校平动作时(即所述控制器100接收到所述传感器7的接触信号)，所述控制器100控制位于所述喷涂装置4、5后方的校平辊6旋转，同时所述控制器100控制位于所述喷涂装置4、5前方的校平辊6停止旋转，这样在实现校平作用的同时还可以更好的避免校平辊6对打印过程的干扰。

作为本实用新型的第五实施例，所述控制器100包括成型控制装置1002、校平控制装置1001和驱动控制装置1003，所述成型控制装置1002连接所述成型装置3，所述校平控制装置1001连接所述校平辊6，所述驱动控制装置1003连接所述支撑平台9，相应地，所述成型控制装置1002用于控制所述成型装置3完成所述界面层101的打印，所述校平控制装置1001用于控制所述校平辊6完成校平动作，所述驱动控制装置1003用于控制所述支撑平台9沿所述层叠加方向的相反方向运动。具体地，所述打印装置的成型装置、校平辊、传感器以及支撑平台可以参考前述实施例中的描述，图7中示出本实用新型第五实施例的，一种3D物体打印装置的流程示意框图，本领域技术人员可以结合前面描述理解本变化例的实现过程，在此不予赘述。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (12)

1.一种3D物体打印装置，其特征在于，控制器分别连接成型装置、校平辊、传感器以及支撑平台，所述控制器控制所述成型装置沿层打印方向打印界面层，所述控制器控制所述支撑平台沿层叠加方向的相反方向移动，沿所述层叠加方向所述校平辊位于所述支撑平台的上方；

其中，所述传感器连接所述校平辊，所述传感器检测所述校平辊与所述界面层的接触状态并输出接触信号，所述控制器根据所述接触信号控制所述校平辊旋转。

2.根据权利要求1所述的打印装置，其特征在于，所述传感器为加速传感器或者压力传感器。

3.根据权利要求2所述的打印装置，其特征在于，所述校平辊处于第一终止状态，其中，所述校平辊与所述界面层分离，所述传感器向所述控制器输出分离信号，所述控制器根据所述分离信号控制所述校平辊停止旋转。

4.根据权利要求2所述的打印装置，其特征在于，所述校平辊处于第二终止状态，其中，所述校平辊通过所述控制器与所述成型装置连接，所述成型装置完成所述界面层的打印后向所述控制器输出指示信号，所述控制器根据所述指示信号控制所述校平辊停止旋转。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的打印装置，其特征在于，沿所述层叠加方向所述校平辊的下表面到所述支撑平台的初始距离等于所述控制器控制所述支撑平台沿所述层叠加方向的相反方向单次移动幅度。

6.根据权利要求5所述的打印装置，其特征在于，所述控制器控制所述支撑平台沿所述层叠加方向的相反方向单次移动幅度为H，所述控制器控制所述成型装置打印的所述界面层厚度为S，则H＝N×S，其中，N为大于1的整数。

7.根据权利要求6所述的打印装置，其特征在于，所述控制器控制所述支撑平台沿所述层叠加方向的相反方向单次移动幅度均相同。

8.根据权利要求1至4和6至7中任一项所述的打印装置，其特征 在于，所述成型装置包括材料储存装置和喷涂装置，沿所述层叠加方向所述喷涂装置的下表面到所述支撑平台的初始距离为L，沿所述层叠加方向所述校平辊的下表面到所述支撑平台的初始距离为L₂，其中，L₁＞L₂。

9.根据权利要求8所述的打印装置，其特征在于，沿所述层打印方向还设置有光源，所述校平辊位于所述喷涂装置和所述光源之间。

10.根据权利要求9所述的打印装置，其特征在于，多个所述光源沿所述层打印方向分别设置在所述喷涂装置的两侧。

11.根据权利要求10所述的打印装置，其特征在于，多个所述校平辊沿所述层打印方向分别设置在所述喷涂装置的两侧。

12.根据权利要求1至4和6至7和9至11中任一项所述的打印装置，其特征在于，所述控制器包括成型控制装置、校平控制装置和驱动控制装置，所述成型控制装置连接所述成型装置，所述校平控制装置连接所述校平辊，所述驱动控制装置连接所述支撑平台。