三維列印快速成型設備的製作方法
2023-12-01 05:27:11 2
三維列印快速成型設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型是三維列印快速成型設備。它包括第一、第二感光鼓、承印臺、轉印帶和光源。生成於第一感光鼓上的顯影劑圖像一由轉印帶轉印至承印臺上並經光照後固化成固體層。生成於第二感光鼓上的顯影劑圖像二由轉印帶轉印到承印臺上位於固體層之外的區域。承印臺位於轉印帶沿鉛垂向的下方。在鉛垂向上位於承印臺上的固體層上表面和粉末狀顯影劑圖像二的上表面位於同一個水平面內。利用該成型設備製作三維實體物時成型精度高，所得三維實體物的後續精加工較為簡便。
【專利說明】三維列印快速成型設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及快速成型設備，特別是三維列印快速成型設備。
【背景技術】
[0002]三維立體列印是快速成型技術的一種。它是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀或液體狀的金屬、塑料等可粘合材料，經過逐層列印的方式來構造物體的技術。該物體構造過程不再需要傳統的刀具、夾具和工具機等加工製造設備就可以打造出任意形狀的立體物品。
[0003]三維立體印表機是連接計算機並將計算機中的信息予以輸出的設備。在製造特定的立體物品時，通過把計算機設計的立體圖像沿特定方向分割為若干薄層，再經由三維立體印表機用原材料逐一生成對應的薄層，進而逐層疊加後獲得三維實體物。
[0004]目前，國內開發的三維立體列印快速成型設備主要是CN200510029726.9號專利文獻公開的三維列印成型設備。該設備採用的成型方式是以液體材料作為支撐，在液體支撐材料中設置可升降的工作檯並保持工作檯的鉛垂向上表面同液體支撐材料的同向上部液面處於同一個水平面內，通過噴頭將成型材料噴濺至工作檯的鉛垂向上表面後使濺射材料固化成型。這種快速成型設備，需要設置工作檯，以便提供支承濺射材料所需的支承件，因而在濺射成型過程中，其工作檯會因為成型材料濺射到工作檯表面後導致工作檯下沉，致使工作檯的鉛垂向上表面與液體支撐材料的同向上部液面出現錯位，以致提供支撐作用的液體材料浸入成型材料中，產生汙染濺射材料或者影響濺射材料固化成型的現象，甚至出現濺射材料不能成型或者成型的濺射材料不符設計規格的後果。另一方面，利用現有的其他三維立體列印快速成型設備來製造三維實體物時，在具體的成型過程中，三維實體物的一些懸空或者鏤空部位需要相應的輔助材料來充填其中以提供支撐作用。通常選用的輔助支撐材料都是既適合噴射操作又可以固化的材料如蠟等。這就導致製作三維實體物之前還需要準備不同的輔助支撐材料，同時製作三維實體物的過程被複雜化，且三維實體物成型後同輔助支撐材料之間的分離過程亦變得繁複異常，這些因素還會導致三維實體物的成型精度偏低，增大三維實體物的後續加工操作。
實用新型內容
[0005]針對上述現有三維立體列印快速成型設備的成型過程較為複雜且最終所得三維實體物成型精度偏低的問題，本實用新型目的在於提供一種三維列印快速成型設備。利用該設備製作三維實體物時，其操作過程十分簡捷，且最終所得三維實體物的成型精度較高，對所得三維實體物的後續精加工極為有利。
[0006]為達至上述實用新型目的，本實用新型開發了一種三維列印快速成型設備。它包括第一、第二感光鼓、可沿鉛垂向升降的承印臺、轉印帶和光源。生成於第一感光鼓上的粉末狀顯影劑圖像一由轉印帶轉印至承印臺上，並由光源產生的光線照射後固化成固體層。生成於第二感光鼓上的粉末狀顯影劑圖像二由轉印帶轉印到承印臺上位於固體層之外的區域。承印臺位於轉印帶沿鉛垂向的下方。在鉛垂向上，位於承印臺上的固體層的上表面和位於承印臺上的粉末狀顯影劑圖像二的上表面位於同一個水平面內。
[0007]前述三維列印快速成型設備，其光源產生的光線優選為紫外光線。
[0008]前述三維列印快速成型設備，其轉印到承印臺上的粉末狀顯影劑圖像二保持粉末狀分散狀態。
[0009]前述三維列印快速成型設備，其承印臺被置放於空筒中。
[0010]在上述實用新型目的指導下得到的三維列印快速成型設備，可以用來實施三維實體物的成型方法。這種成型方法包括下列順序工藝步驟:
[0011]①通過計算機設計出三維實體物的立體模型，並將該立體模型沿預定方向分割成一系列具有預定厚度的截面圖形。之後，
[0012]②沿著鉛垂方向，提升承印臺至適宜接受擬生成的粉末狀顯影劑圖像一或粉末狀顯影劑圖像二的位置。接著，
[0013]③計算機控制第一感光鼓和第二感光鼓分別生成與前述截面圖形的第一層對應的粉末狀顯影劑圖像一和粉末狀顯影劑圖像二。粉末狀顯影劑圖像一和粉末狀顯影劑圖像二分別經由轉印帶轉印至承印臺上。轉印到承印臺上的粉末狀顯影劑圖像一經光源產生的光線照射後固化成與前述截面圖形的第一層相同的第一固體層。轉印到承印臺上的粉末狀顯影劑圖像二保持粉末狀分散狀態。在鉛垂向上，位於承印臺上的第一固體層的上表面和位於承印臺上的粉末狀顯影劑圖像二的上表面位於同一個水平面內。隨後，
[0014]④沿著鉛垂方向，降低承印臺至適宜接受擬生成的與前述截面圖形的第二層對應的粉末狀顯影劑圖像一的位置。其後，
[0015]⑤計算機控制第一感光鼓和第二感光鼓分別生成與前述截面圖形的第二層對應的粉末狀顯影劑圖像一和粉末狀顯影劑圖像二。粉末狀顯影劑圖像一和粉末狀顯影劑圖像二分別經由轉印帶轉印至承印臺上。轉印到承印臺上的粉末狀顯影劑圖像一經光源產生的光線照射後固化成與前述截面圖形的第二層相同的第二固體層並凝結於第一固體層上。轉印到承印臺上的粉末狀顯影劑圖像二保持粉末狀分散狀態。在鉛垂向上，位於承印臺上的第二固體層的上表面和位於承印臺上的粉末狀顯影劑圖像二的上表面位於同一個水平面內。最後，
[0016]⑥重複步驟④?⑤，得到與前述截面圖形的後續層對應的後續固體層，直至三維實體物加工完畢。再從與粉末狀顯影劑圖像二對應的粉末區中取出三維實體物即可完成三維實體物的成型加工。
[0017]前述三維實體物成型方法，其光源產生的光線為紫外光線。
[0018]針對現有三維立體列印快速成型設備的成型過程較為複雜且最終所得三維實體物成型精度偏低的問題，本實用新型提供的三維列印快速成型設備由第一、第二感光鼓、可沿鉛垂向升降的承印臺、轉印帶和光源作為主要構成基礎，利用第一感光鼓經由轉印帶在承印臺上生成能夠光照固化的三維實體物，利用第二感光鼓經由轉印帶在承印臺上生成對於源自第一感光鼓的三維實體物能夠提供支撐作用的粉末堆積區。在這種構造方式下，列印成型的三維實體物同外部輔助支撐材料，即源自第二感光鼓的粉末堆積體之間，除了外部輔助支撐材料對三維實體物提供充填和支撐作用外基本不產生相互幹擾，並且外部輔助支撐材料以粉末堆積體的方式提供支撐，三維實體物被包藏於粉末堆積體中，因此，三維實體物的成型過程處於相對不受幹擾的狀態，成型後的三維實體物亦可以從粉末堆積區中直接取出，而不需要清理輔助支撐材料，促使最終所得三維實體物的成型精度較高。由此，現有三維立體列印快速成型過程較為複雜且最終所得三維實體物與輔助支撐材料分離過程較為困難以及最終所得三維實體物成型精度偏低的問題得以避免。本實用新型三維列印快速成型設備操控簡單，其三維實體物的成型過程以及同輔助支撐材料的分離過程均較為簡捷，對形狀複雜的三維實體物的成型加工尤為適用。利用該設備製作的三維實體物成型精度較高，其所得三維實體物的後續精加工亦極為簡便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1本實用新型三維列印快速成型設備結構示意圖。
[0020]圖2本實用新型三維列印快速成型設備工作過程示意圖一。
[0021]圖3本實用新型三維列印快速成型設備工作過程示意圖二。
[0022]圖4本實用新型三維列印快速成型設備工作過程示意圖三。
[0023]圖5本實用新型三維列印快速成型設備工作過程示意圖四。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖詳細描述本實用新型三維列印快速成型設備及其成型方法。
[0025]參見圖1?5，分別示出了本實用新型三維列印快速成型設備的結構示意圖和工作過程示意圖。
[0026]見圖1，該三維列印快速成型設備100的主要構成基礎是第一感光鼓101、第二感光鼓102、承印臺103、轉印帶104和光源105。
[0027]第一感光鼓101和第二感光鼓102分別是電子照相成像處理盒一和電子照相成像處理盒二的構成部件。電子照相成像處理盒一的結構與電子照相成像處理盒二的結構相同。下面主要以電子照相成像處理盒一的結構和工作過程為例加以描述，對於電子照相成像處理盒二僅描述其相異之處。除了本文關於電子照相成像處理盒的介紹外，本領域技術人員還可以參閱電子照相成像處理盒的現有技術文獻以獲取該【技術領域】更詳細的技術知識。
[0028]電子照相成像處理盒一的基本構成核心是第一感光鼓101、充電棍106、雷射掃描器107、顯影輥108和廢粉刮片109。充電輥106、雷射掃描器107、顯影輥108和廢粉刮片109沿著第一感光鼓101的圓周方向依次分布在第一感光鼓101的周圍。工作時，第一感光鼓101的表面由充電棍106均勻地充電。雷射掃描器107向第一感光鼓101的外圓柱面發射含有圖像信息並且經過調製的雷射束110，經雷射束110照射後在第一感光鼓101的圓柱形表面上形成其分布存有差異的靜電荷分布圖，亦即與待覆制的圖像對應的靜電潛像。之後，自顯影輥108傳來的碳粉111之類的顯影劑在經過出粉刀調節層厚的狀態下轉而吸附在第一感光鼓101的圓柱形表面上，將前述靜電潛像覆蓋後，把其轉換成可以肉眼觀察的可視圖像。隨著第一感光鼓101朝著箭頭X所示方向的旋轉，由碳粉111在第一感光鼓101表面形成的可視圖像換位至轉印帶104所在的位置。經轉印帶104所攜帶的轉印電壓的作用，將可視圖像形式的碳粉111轉印至位於第一感光鼓101所成可視圖像附近的轉印帶104的表面上。前述第一感光鼓101上的可視圖像在被轉印帶104轉印之後，附著於其上的殘留碳粉112由廢粉刮片109刮除至廢粉收集倉中，第一感光鼓101表面經相應消電設備消除靜電後恢復至無電無塵的備用狀態。這樣就完成了一個基本的成像工作流程。該流程反覆循環運轉的結果，就可以在轉印帶104上形成對應的圖像。電子照相成像處理盒一供應給第一感光鼓101的碳粉111為能夠在光照狀態下，特別是在紫外線照射下被固化的粉末狀顯影劑。
[0029]承印臺103沿鉛垂向位於轉印帶104的下方，它被放置於空筒113中，在鉛垂向上它處於可以升降的狀態。在轉印帶104上形成的圖像經轉印帶104沿著箭頭y所示方向轉動後，被攜帶至承印臺103的上方，經承印臺103所攜帶的轉印電壓的作用，這些圖像被轉移至承印臺103上。
[0030]光源105可發射紫外光線。它被設置於承印臺103沿鉛垂向的上方，方便光源105發出的紫外光線照射到承印臺103上。
[0031]當第一感光鼓101在轉印帶104上形成以碳粉111作為顯影劑的圖像後，轉印帶104隨即攜帶這些圖像轉移至承印臺103的上方並將其移轉到承印臺103上，這些圖像經光源105發出的紫外光線的照射，就會在承印臺103上固化進而形成固體層。
[0032]電子照相成像處理盒二的工作流程與電子照相成像處理盒一的工作流程基本相同。其不同之處是，電子照相成像處理盒二供應給第二感光鼓102的碳粉是不具備光敏特性的粉末狀顯影劑，因此在包括紫外光在內的光線的照射下用於第二感光鼓102的碳粉依然保持著粉末形態。
[0033]利用三維列印快速成型設備100製作三維實體物時，第一感光鼓101在自身表面上生成粉末狀顯影劑圖像一，粉末狀顯影劑圖像一隨即由轉印帶104轉印到承印臺103上，並由光源105產生的紫外光線照射後固化成固體層；第二感光鼓102在自身表面上生成粉末狀顯影劑圖像二，粉末狀顯影劑圖像二隨即由轉印帶104轉印到承印臺103上。粉末狀顯影劑圖像二在承印臺103上的位置介於由粉末狀顯影劑圖像一形成的固體層之外。粉末狀顯影劑圖像二被容納於由承印臺103和空筒113的筒壁圍成的空腔中。在三維實體物的具體製作過程中，於鉛垂方向上，位於承印臺103上由粉末狀顯影劑圖像一形成的固體層的上表面與位於承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像二的上表面位於同一個水平面內，以便轉印帶104同承印臺103的上表面或者承印臺103所載樣品的上表面之間保持在同一個間隙距離，並且粉末狀顯影劑圖像二即使在在包括紫外光在內的光線的照射下也依然保持粉末狀分散狀態。
[0034]作為本實用新型三維列印快速成型設備100的改進，本領域技術人員可以對該設備使用的電子照相成像處理盒的數量作出調整，在對應的電子照相成像處理盒中充填以不同顏色的顯影劑，以實現彩色三維實體物的列印成型。這種改進同本實用新型相比並非實質性的技術變化，當屬於本實用新型三維列印快速成型設備權利要求的保護範圍。
[0035]利用三維列印快速成型設備100具體製作三維實體物時，採用以下順序的工藝步驟，參見圖2、3、4、5:
[0036]首先，通過計算機設計出待製作三維實體物的立體模型，並將該立體模型沿預定方向分割成一系列具有預定厚度的截面圖形。
[0037]其次，沿著鉛垂方向，把承印臺103提升至適宜的位置，以便接受即將由第一感光鼓101生成後移轉到轉印帶104上的粉末狀顯影劑圖像一 114或即將由第二感光鼓102生成後移轉到轉印帶104上的粉末狀顯影劑圖像二 115。
[0038]接著，計算機控制第一感光鼓101和第二感光鼓102分別生成與前文所述截面圖形的第一層對應的粉末狀顯影劑圖像一 114和粉末狀顯影劑圖像二 115。粉末狀顯影劑圖像一 114和粉末狀顯影劑圖像二 115分別經由轉印帶104移轉到承印臺103上。轉印到承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像一 114經光源105所生紫外光線照射後固化成與截面圖形第一層形狀相同的第一固體層116。轉印到承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像二 115則保持粉末狀的分散狀態，亦即轉印到承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像二 115以互不固結的粉末形態方式容納於由承印臺103和空筒113的筒壁圍成的空腔中。完成截面圖形第一層的列印之後，在鉛垂方向上，位於承印臺103上的第一固體層116的上表面和位於承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像二 115的上表面位於同一水平面內。
[0039]之後，沿著鉛垂方向，在空筒113中把承印臺103降低至適宜的位置，以便承印臺103方便接受與計算機分割所得之截面圖形第二層對應的粉末狀顯影劑圖像一 114。
[0040]其後，計算機控制第一感光鼓101和第二感光鼓102分別第二次生成與計算機分割所得之截面圖形第二層對應的粉末狀顯影劑圖像一 114和粉末狀顯影劑圖像二 115。粉末狀顯影劑圖像一 114和粉末狀顯影劑圖像二 115分別經由轉印帶104轉印至承印臺103上。轉印到承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像一 114經光源105產生的紫外光線照射後固化成與截面圖形第二層形狀相同的第二固體層117並凝結於第一固體層116上(見圖4)。轉印到承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像二 115依然保持粉末狀分散狀態，並堆積於同截面圖形第一層對應的粉末狀顯影劑圖像二 115上。完成截面圖形第二層的列印之後，在鉛垂方向上，位於承印臺103上的第二固體層117的上表面和位於承印臺103上的粉末狀顯影劑圖像二 115的上表面位於同一個水平面內。
[0041]最後，重複上述第四、第五步驟，得到與計算機分割所得之截面圖形的後續層對應的後續固體層，直至三維實體物加工完畢。再從與粉末狀顯影劑圖像二 115對應的粉末區中取出三維實體物118即可完成三維實體物的初步成型加工，輔以後續精加工後即可得到目標廣品。
【權利要求】
1.三維列印快速成型設備，包括第一、第二感光鼓和可沿鉛垂向升降的承印臺，其特徵在於，還包括轉印帶和光源，生成於所述第一感光鼓上的粉末狀顯影劑圖像一由所述轉印帶轉印至所述承印臺上並由所述光源產生的光線照射後固化成固體層，生成於所述第二感光鼓上的粉末狀顯影劑圖像二由所述轉印帶轉印到所述承印臺上位於所述固體層之外的區域，所述承印臺位於所述轉印帶沿鉛垂向的下方，在鉛垂向上位於所述承印臺上的所述固體層的上表面和位於所述承印臺上的所述粉末狀顯影劑圖像二的上表面位於同一個水平面內。
2.根據權利要求1所述三維列印快速成型設備，其特徵在於，所述光源產生的光線為紫外光線。
3.根據權利要求1或2所述三維列印快速成型設備，其特徵在於，轉印到所述承印臺上的所述粉末狀顯影劑圖像二保持粉末狀分散狀態。
4.根據權利要求4所述三維列印快速成型設備，其特徵在於，所述承印臺被置放於空筒中。
【文檔編號】B29C67/00GK203401731SQ201320350051
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2013年6月18日
【發明者】何永剛 申請人:珠海天威飛馬列印耗材有限公司