彩色三維沙盤快速噴印機的製作方法

2023-11-04 12:41:12 1

專利名稱：彩色三維沙盤快速噴印機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自由成形系統，尤其涉及一種利用壓電式噴頭和鋪粉機構組合而成的彩色三維沙盤快速噴印機。
背景技術：
Wi^ S ￠) (Freeform Fabrication with Micro-droplet Jetting, FFMJ) ^ 基於加成製造法的一種新型成形方法，起源於20世紀80年代末出現的快速成形(Rapid Prototyping, RP)0快速成形能根據工件的CAD模型直接製作三維實體，而無需傳統的工具機與工模具，因此曾經被譽為製造領域的一場革命。但是由於它可以採用的原材料有較大的限制，致使多數快速成形件的性能與實際工件的要求有較大的差別。為克服上述弊端，近年來出現了微滴噴射自由成形，這種方法可採用的原材料幾乎不受限制，從而為新材料的應用，特別是功能器件的製作創造了極為有利的條件。微噴自由成形利用精細噴頭噴射容積為微升至飛升的液滴(通常稱為墨滴)，此液滴沉積在基材上逐步形成二維或三維結構。其中，壓電式噴頭是噴墨印表機上十分先進而成熟的產品，其噴嘴直徑為微米級， 每個噴頭上的噴嘴數可達1000個以上，噴射液滴的自然解析度可達到幾百dpi (每英寸長度上的液滴數)以上，噴射頻率可達幾十KHz，因此，只需將噴墨印表機通常用的墨水變更為自由成形所需的特殊「墨水」(例如陶瓷墨水、金屬墨水、聚合物墨水、細胞液等)，就能實現二維或三維的自由成形，高效率地製作精細的功能機電器件、功能陶瓷器件、功能梯度材料構件和功能生物醫學器件等。有鑑於此，本領域技術人員針對上述問題，提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機。

發明內容
本發明提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機，克服了現有技術的困難，可高效製作彩色結構件。本發明採用如下技術方案
本發明提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機，用於向工作檯鋪設一定厚度的粉料的鋪粉機構；
用於向工作檯上已鋪設的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結劑或噴射彩色紫外線固化墨水的高速噴印裝置；
用於固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結構的紫外線燈固化機構； 用於驅動鋪粉機構、高速噴印裝置和紫外線燈機構，使之完成鋪粉、著色、固化功能的三軸聯動工作檯以及自動控制系統；
所述高速噴印裝置包括若干個單色噴印裝置組成的噴頭陣列，設置在所述三軸聯動工作檯上方；
所述鋪粉機構包括分別設置在所述高速噴印裝置兩側的左鋪粉輥、左送粉缸以及右鋪
3粉輥、右送粉缸；
所述紫外線燈固化機構包括分別設置在所述高速噴印裝置兩側與所述鋪粉機構之間的左紫外燈和右紫外燈；
所述左鋪粉輥、右鋪粉輥、左紫外燈以及右紫外燈均沿垂直所述噴頭陣列的方向移動。優選地，所述單色噴印裝置包括恆溫超聲波震蕩墨瓶、供墨泵、恆液位墨盒、氣壓平衡裝置、噴頭、以及管道；
所述恆溫超聲波震蕩墨瓶通過管道依次連接所述供墨泵、恆液位墨盒以及氣壓平衡裝置，所述恆液位墨盒以及所述恆溫超聲波震蕩墨瓶分別連接所述噴頭。優選地，所述單色噴印裝置還包括高精度過濾器，設置在所述供墨泵與所述恆液位墨盒之間的管道上。優選地，所述單色噴印裝置還包括噴頭自動清洗專用迴路，設置在所述恆溫超聲波震蕩墨瓶與所述噴頭之間的管道上。優選地，所述單色噴印裝置還包括液位傳感器，設置在所述恆液位墨盒內。優選地，所述鋪粉機構的左送粉缸以及右送粉缸中分別設有攪拌裝置。優選地，所述單色噴印裝置是壓電式噴頭。優選地，所述高速噴印裝置的噴頭陣列與三軸工作檯中的水平二軸傳動連接。本發明的彩色三維沙盤快速噴印機的各機構結構及功能如下 鋪粉機構，用於向工作檯鋪設一定厚度的粉料；
高速噴印裝置，用於向工作檯上已鋪設的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、 粘結劑或噴射彩色紫外線固化墨水；
紫外線燈固化機構，用於固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結構； 可升降工作檯，用於驅動鋪粉機構、壓電式彩色噴頭陣列和紫外線燈機構，使之完成鋪粉、著色、固化功能；
自動控制系統，用於對鋪粉機構、噴印系統、紫外固化機構、可升降工作檯實施全自動精確控制。鋪粉機構，進一步包括
鋪粉輥，由減速電機、粉鬥、攪拌器、定量器、刮粉輥、高度調節器和清除器等組成； 送粉缸，由鏈輪、鏈條、角板、斜導板和儲粉盒等組成； 高速噴印裝置，進一步包括
彩色噴頭陣列，由若干工業壓電式噴頭排列而成的噴頭陣列固定在噴印機的橫掃描運動軸上；
供墨系統，進一步包括
恆溫超聲波震蕩墨瓶，用於存儲和加熱墨水，並使其定期震蕩，避免墨水中的顆粒物質沉降、團聚；
供墨泵，用於抽取墨瓶中的墨水並將其輸送至墨盒； 高精度過濾器，用於過濾墨水中的較大顆粒和雜質；
恆液位墨盒，用於存儲定量的墨水，並使其中的墨水液面相對噴嘴的高度保持恆定，不斷供應噴頭所需墨水；
噴頭專用清洗迴路，通過供墨泵和控制閥的作用，排除供墨管和噴頭中殘存的雜質和
4氣泡；
紫外線燈固化機構，進一步包括
驅動電源，用於驅動紫外燈發射一定頻譜範圍的紫外光線； 紫外燈管，用於產生一定頻譜範圍的紫外光線； 可升降工作檯，進一步包括
可升降工作檯面，能在步進電機的驅動下，沿Z嚮往復運動，用於支撐正在逐層成形的三維結構件，並在每層成形完畢後，按照設定的層厚下降一層的高度；
V軸，彩色噴頭陣列在高速噴印裝置的驅動下能沿V軸嚮往復運動，按照結構件每層圖形輪廓的要求，向下方鋪設的粉層及噴射墨水、粘結劑或紫外線固化彩色墨水。自動控制系統，用於對鋪粉機構、高速噴印裝置、紫外固化機構、三軸聯動工作檯實施全自動精確控制。由於採用了上述技術，與現有技術相比，本發明具有如下優點
本發明的彩色三維沙盤快速噴印機，可同時實現不同粉料材料三維成形和真彩著色功能，製作精細三維彩色結構件。相對於現有技術，本發明一次性完成三維成形，彩色著色，以及固化等功能，大幅縮短該類三維產品的製作周期和製作質量。以下結合附圖及實施例進一步說明本發明。


圖1是本發明的彩色三維沙盤快速噴印機的實施例原理圖； 圖2是根據本發明實施例的高速噴印裝置的供墨系統原理圖。
具體實施例方式下面通過圖1至2來介紹本發明的具體實施例。如圖1和2所示，本發明提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機，包括用於向工作檯鋪設一定厚度的粉料的鋪粉機構101 ；用於向工作檯上已鋪設的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結劑或噴射彩色紫外線固化墨水的高速噴印裝置102 ；用於固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結構的紫外線燈固化機構103 ；用於驅動鋪粉機構、高速噴印裝置和紫外線燈機構，使之完成鋪粉、著色、固化功能的三軸聯動工作檯111以及自動控制系統；所述高速噴印裝置102包括若干個單色噴印裝置200組成的噴頭陣列108，設置在所述三軸聯動工作檯111上方；所述鋪粉機構101包括分別設置在所述高速噴印裝置102兩側的左鋪粉輥106、左送粉缸105以及右鋪粉輥107、右送粉缸104 ；所述紫外線燈固化機構 103包括分別設置在所述高速噴印裝置102兩側與所述鋪粉機構101之間的左紫外燈109 和右紫外燈110 ；所述左鋪粉輥106、右鋪粉輥107、左紫外燈109以及右紫外燈110均沿垂直所述噴頭陣列108的方向移動。所述單色噴印裝置200包括恆溫超聲波震蕩墨瓶201、供墨泵202、恆液位墨盒 204、氣壓平衡裝置205、噴頭206、以及管道208 ；所述恆溫超聲波震蕩墨瓶201通過管道 208依次連接所述供墨泵202、恆液位墨盒204以及氣壓平衡裝置205，所述恆液位墨盒204
5以及所述恆溫超聲波震蕩墨瓶201分別連接所述噴頭206。所述單色噴印裝置200還包括高精度過濾器203，設置在所述供墨泵202與所述恆液位墨盒204之間的管道上。所述單色噴印裝置200還包括噴頭自動清洗專用迴路207，設置在所述恆溫超聲波震蕩墨瓶201與所述噴頭206之間的管道上。所述單色噴印裝置200 還包括液位傳感器209，設置在所述恆液位墨盒204內。所述鋪粉機構101的左送粉缸105 以及右送粉缸104中分別設有攪拌裝置。所述單色噴印裝置200是壓電式噴頭。所述高速噴印裝置102的噴頭陣列108與三軸工作檯中的水平二軸傳動連接。本發明的彩色三維沙盤快速噴印機的具體實施方式

如下
圖1顯示了本發明的彩色三維沙盤快速噴印機的實施例原理圖，本實施例的彩色三維沙盤快速噴印機包括鋪粉機構101、高速噴印裝置102、紫外線燈固化機構103、可升降工作檯111、自動控制系統。其中鋪粉機構101由左鋪粉輥106、右鋪粉輥107、左送粉缸105、 右送粉缸104等組成。紫外線燈固化機構103由左紫外燈109、右紫外燈110等組成。鋪粉機構101驅動左鋪粉輥106延V軸112將粉料自左到右鋪設到可升降工作檯111上，同時左紫外燈109、右紫外燈110、噴頭陣列108、右鋪粉輥107自左向右隨動。鋪粉結束後， 噴頭陣列108向已鋪設的粉料按自動控制系統的控制要求，自右向左噴印彩色紫外固化墨水，同時右紫外燈跟隨其後進行即時固化，完成一層切片圖形的噴印和固化。而右鋪粉輥 107緊隨其後完成後續疊加層的粉料鋪設，繼而開始後續疊加層噴印。左鋪粉輥106、右鋪粉輥107內的粉料分別由左鋪粉輥106、右鋪粉輥107即時供給。本發明的實施例中，高速噴印裝置102 (參見圖2)由多個單色噴印裝置200組成， 其中單色噴印裝置200由恆溫超聲波震蕩墨瓶201、供墨泵202、高精度過濾器203、恆液位墨盒204、氣壓平衡裝置205、噴頭206和噴頭自動清洗專用迴路207等組成。其中，恆溫超聲波震蕩墨瓶301確保在惡劣環境下(冬季或夏季)墨水黏度符合噴頭噴射要求，避免墨水中顆粒沉積和團聚。供墨泵202通過管道208抽取墨瓶201中的墨水，並將墨水輸送至恆液位墨盒204。高精度過濾器203能阻擋墨水中的較大顆粒物質進入墨盒204和噴頭206， 避免噴頭206中發生堵塞。墨盒204中設有液位傳感器209，當墨盒204的液面210低於設定高度時，控制系統使供墨泵202不斷運轉並向墨盒204供墨；當墨盒204的液面210高於設定高度時，控制系統使供墨泵202停止運轉、不向墨盒204供墨，從而能使墨盒204中的液面210保持恆定的高度，即施加噴射系統的供墨壓力穩定。保證噴印正常進行。綜上可知，本發明的彩色三維沙盤快速噴印機，可同時實現不同粉料材料三維成形和真彩著色功能，製作精細三維彩色結構件。相對於現有技術，本發明一次性完成三維成形，彩色著色，以及固化等功能，大幅縮短該類三維產品的製作周期和製作質量。以上所述的實施例僅用於說明本發明的技術思想及特點，其目的在於使本領域內的技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，不能僅以本實施例來限定本發明的專利範圍，即凡依本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發明的專利範圍內。
權利要求
1.一種彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於包括用於向工作檯鋪設一定厚度的粉料的鋪粉機構(101)；用於向工作檯上已鋪設的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結劑或噴射彩色紫外線固化墨水的高速噴印裝置(102)；用於固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結構的紫外線燈固化機構(103)； 用於驅動鋪粉機構、高速噴印裝置和紫外線燈機構，使之完成鋪粉、著色、固化功能的三軸聯動工作檯(111)以及自動控制系統；所述高速噴印裝置(102)包括若干個單色噴印裝置(200)組成的噴頭陣列(108)，設置在所述三軸聯動工作檯(111)上方；所述鋪粉機構(101)包括分別設置在所述高速噴印裝置(102)兩側的左鋪粉輥(106)、 左送粉缸(105)以及右鋪粉輥(107)、右送粉缸(104)；所述紫外線燈固化機構(103)包括分別設置在所述高速噴印裝置(102)兩側與所述鋪粉機構(101)之間的左紫外燈(109)和右紫外燈(110)；所述左鋪粉輥(106)、右鋪粉輥(107)、左紫外燈(109)以及右紫外燈(110)均沿垂直所述噴頭陣列(108)的方向移動。
2.如權利要求1所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述單色噴印裝置(200)包括恆溫超聲波震蕩墨瓶(201)、供墨泵(202)、恆液位墨盒(204)、氣壓平衡裝置 (205)、噴頭(206)、以及管道(208)；所述恆溫超聲波震蕩墨瓶(201)通過管道(208)依次連接所述供墨泵(202)、恆液位墨盒(204)以及氣壓平衡裝置(205)，所述恆液位墨盒(204)以及所述恆溫超聲波震蕩墨瓶(201)分別連接所述噴頭(206)。
3.如權利要求2所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述單色噴印裝置 (200)還包括高精度過濾器(203)，設置在所述供墨泵(202)與所述恆液位墨盒(204)之間的管道上。
4.如權利要求2所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述單色噴印裝置 (200 )還包括噴頭自動清洗專用迴路(207 )，設置在所述恆溫超聲波震蕩墨瓶(201)與所述噴頭(206)之間的管道上。
5.如權利要求2所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述單色噴印裝置 (200)還包括液位傳感器(209)，設置在所述恆液位墨盒(204)內。
6.如權利要求1至5中任意一項所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述鋪粉機構(101)的左送粉缸(105)以及右送粉缸(104)中分別設有攪拌裝置。
7.如權利要求1至5中任意一項所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述單色噴印裝置(200)是壓電式噴頭。
8.如權利要求1至5中任意一項所述的彩色三維沙盤快速噴印機，其特徵在於所述高速噴印裝置(102)的噴頭陣列(108)與三軸工作檯中的水平二軸傳動連接。
全文摘要
本發明公開了一種利用壓電式噴頭和鋪粉機構組合而成的彩色三維沙盤快速噴印機，實現不同粉料材料三維成形和真彩著色功能，製作精細三維彩色結構件。其技術方案為在三軸工作檯驅動下，鋪粉機構鋪設一定層高的粉料，高速噴印裝置按指定圖案掃描噴射彩色墨水、粘結劑或紫外線固化彩色墨水，由固化爐或紫外燈固化粉料，逐步成形三維彩色結構件。
文檔編號B41J3/00GK102363393SQ201010557128
公開日2012年2月29日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者文成, 李寶, 牧青, 王宣, 王運贛, 繆育博, 黃哲贇 申請人:上海富奇凡機電科技有限公司, 江蘇銳畢利實業有限公司