3d列印方法及3d印表機的製作方法
2023-12-09 18:32:51 2
專利名稱：3d列印方法及3d印表機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種3D列印技術領域，尤其是涉及一種列印效率高的3D列印方法及3D印表機。
背景技術：
3D印表機的工作原理與普通印表機基本相同，是通過電腦控制把「列印材料」一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物，這是一項顛覆傳統製造工藝的技術革命。通常的3D印表機列印速度很慢並且價格昂貴，如果要提高通常的3D印表機的列印效率，則需要將填充率參數的填充率降低，而填充率的降低則導致列印出來的物體的密度降低，強度差。因此，通常的3D印表機只能在科研機構等場所使用，3D列印技術還不能廣泛推廣應用。中國專利授權公開號:CN101531103A，授權
公開日2011年5月18日，公開了一種印表機控制方法和印表機。 包括以下步驟:存儲包括第一數據或第一命令在內的設置信息，所述第一數據或第一命令用於令所述印表機基於蜂鳴器配置命令使所述蜂鳴器發出蜂鳴聲；以及所述印表機基於所述第一數據或第一命令使所述蜂鳴器發出蜂鳴聲。不足之處是，該發明的印表機不能用於3D列印。
發明內容
本發明是為了克服現有技術中的3D印表機列印效率低的不足，提供了一種列印效率高的3D列印方法及印表機。為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
(1-1)計算機中的3D建模軟體為需要列印的物體建模，將建成的三維模型分割成m層截面，並將截面信息存儲於計算機中，預先設定儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度範圍；
(1-2)計算機控制升降平臺上升，使金屬網距離噴頭下端若干毫米；計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面低於金屬網的高度若干毫米，計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度範圍保持不變；
(1-3)在計算機的軟體上設定填充率為0，外殼層數為I ;計算機調取第一層的橫截面信息，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿導軌架滑動至第一層橫截面的邊緣坐標的起始位置；
(1-4)計算機控制擠出電機工作，膏狀紫外線固化樹脂從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第一層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源同時照射擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂，經過照射的膏狀紫外線光固化樹脂固化粘貼在金屬網上；
(1-5)當第一層列印完畢後，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼體內，對殼體內部進行填充，設定層數i=2 ；(1-6)計算機調取第i層的橫截面信息，計算機使X軸電機、Y軸電機帶動滑動座滑動至第i層橫截面的邊緣坐標處的起始位置並沿著第i層橫截面的邊緣移動；
(1-7)膏狀紫外線固化樹脂從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第i層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源對擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂和在紫外線點光源照射範圍內的第i_l層液態紫外線光固化樹脂進行照射，擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂和靠近殼體的第i_l層液態紫外線光固化樹脂固化；
(1-8)當第i層列印完畢後，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼體內，對殼體內部進行填充；
(1-9)當i〈m時,使i值增加I並重複(1_6)至(1_8)的列印及填充過程；
(1-10)計算機控制線料擠出裝置停止擠出膏狀紫外線光固化樹脂，計算機控制紫外線燈照射殼體一段時間，殼體內部的液態紫外線光固化樹脂固化，物體列印完成。本發明的3D印表機與普通的3D印表機相比，只需要設定填充率為0，外殼層數為I圈，就可以打出其它的3D印表機設定填充率100%的實心物體，可節省列印時間十幾倍，列印物體大的甚至可以提高效率幾十倍。本發明使用膏狀和液態並且的紫外線光固化樹脂作為列印材料。利用膏狀紫外線光固化樹脂列印物體的外殼，膏狀紫外線光固化樹脂靠紫外線點光源的照射進行固化；利用儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂對殼體內部進行填充，列印一層外殼，升降平臺下降一層，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂不斷流入殼體內，對殼體內部進行填充；當外殼列印完畢後，計算機控制線料擠出裝置停止擠出膏狀紫外線光固化樹脂，計算機控制紫外線燈照射殼體一段時間，殼體內部的液態紫外線光固化樹脂固化。3D建模軟體包括CAID和CAD兩類。CAID類包括alias studio`, rhino等外觀設計軟體。CAD 類包括 Pro/Engineer, UG (Unigraphics NX), CATIA, solidwork 等軟體。作為優選，所述紫外線點光源的照射方向對準噴頭下方的0.1毫米至0.2毫米處。作為優選，所述紫外線點光源的照射範圍的直徑為4毫米至6毫米。在列印殼體的過程中，只有紫外線點光源的照射範圍內的膏狀紫外線光固化樹脂和靠近殼體的液態光固化樹脂會被固化，其它的沒有被固化的液態光固化樹脂會在殼體列印完畢後由紫外線燈照射固化。作為優選，所述距離傳感器為紅外測距傳感器、雷射測距傳感器或超聲波測距傳感器。作為優選，所述步驟(1-10)中紫外線燈照射殼體的時間長度為2分鐘至10分鐘。一種3D印表機，包括機架，上端開口的儲液罐，設於機架上的第一樹脂筒、第二樹脂筒、升降平臺、線料擠出裝置和紫外線點光源；第一樹脂筒內盛有液態紫外線光固化樹月旨，第二樹脂筒內盛有膏狀紫外線光固化樹脂；第二樹脂筒下部與線料擠出裝置相聯通，線料擠出裝置上設有噴頭，紫外線點光源的照射位置位於噴頭下方；
第一樹脂筒通過導管與儲液罐的開口相連接，導管上設有電磁閥，儲液罐內設有液面高度測量裝置；
升降平臺包括中部設有通孔的平板、平板上表面上設有金屬網，平板與設於機架上的兩條導向柱滑動連接，平板與設於機架上的絲杆相連接，絲杆下端與設於機架上的Z軸電機的轉軸相連接；儲液罐下部通過導管與設於平板下表面上的上端開口的儲液箱相連通；線料擠出裝置和紫外線點光源位於滑動座上，機架上設有可帶動滑動座橫向及縱向移動的軌道架，機架上設有X軸電機、Y軸電機和與線料擠出裝置相連接的擠壓電機；
靠近所述升降平臺的機架上設有至少I個用於面向升降平臺照射的紫外線燈；計算機分別與液面高度測量裝置、電磁閥、紫外線點光源、紫外線燈和各個電機電連接。在計算機內預先設定儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度範圍；在列印操作過程中，測距傳感器不斷檢測與液態紫外線光固化樹脂上表面之間的距離，計算機內的軟體計算液態紫外線光固化樹脂上表面的高度，當計算得到的液態紫外線光固化樹脂上表面高度小於高度範圍的最小值，則計算機控制電磁閥打開，液態紫外線光固化樹脂從第一樹脂筒流入儲液罐中；當計算得到的液態紫外線光固化樹脂上表面高度大於高度範圍的最大值，則計算機控制電磁閥關閉。第二樹脂筒下部通過塑料管與線料擠出裝置相聯通。作為優選，所述液面高度測量裝置包括設於儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面上的懸浮板和設於儲液罐開口上的距離傳感器，距離傳感器的信號收發端面向懸浮板上表面，距離傳感器與計算機電連接。作為優選，所述滑動座包括與軌道架配合連接的底座、設於底座上的固定杆，固定杆上設有進料三通管，進料三通管的前埠與位於固定杆上的所述噴頭上端相連通，進料三通管前埠和後埠之間設有螺杆，螺杆後端伸出進料三通管的後埠之外並與第二齒輪相連接；
所述擠壓電機位於底座上，擠壓電機的轉軸與第一齒輪相連接，第一齒輪與第二齒輪相噬合；所述紫外線點光源位於固定杆上。作為優選，所述軌道架包括設於機架上的前橫杆、後橫杆，X軸電機的轉軸與後橫杆相連接，前、後橫杆的左端之間通過左皮帶傳動，前、後橫杆的右端之間通過右皮帶傳動；左皮帶上設有左固定座，右皮帶上設有右固定座；左固定座與設於機架上的縱向延伸的左導向杆滑動連接，右固定座與設於機架上的縱向延伸的右導向杆滑動連接，左、右固定座之間設有前導向杆和後導向杆；
Y軸電機位於右固定座上，Y軸電機的轉軸與設於左、右固定座之間傳動鏈條相連接，滑動座與傳動鏈條固定連接。因此，本發明具有如下有益效果:(1)列印效率高；(2)並且在保證列印效率的同時，可保證所列印的物體密度高，不易損壞。
圖1是本發明的一種結構示意 圖2是本發明的滑動座的一種結構示意 圖3是本發明的線料擠出裝置的一種結構示意 圖4是本發明的軌道架的一種結構示意 圖5是本發明的一種原理框 圖6是本發明的實施例的一種流程圖。圖中:計算 機1、機架2、儲液罐3、第一樹脂筒4、第二樹脂筒5、升降平臺6、線料擠出裝置7、紫外線點光源8、噴頭9、導管10、電磁閥11、距離傳感器12、平板13、金屬網14、導向柱15、絲杆16、Z軸電機17、儲液箱18、滑動座19、軌道架20、X軸電機21、Y軸電機22、擠壓電機23、紫外線燈24、固定杆25、進料三通管26、螺杆27、第二齒輪28、第一齒輪29、前橫杆30、後橫杆31、左皮帶32、右皮帶33、左固定座34、右固定座35、左導向杆36、右導向杆37、前導向杆38、後導向杆39、傳動鏈條40、底座41。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的描述。如圖1所示的實施例是一種3D印表機，包括機架2，上端開口的儲液罐3，設於機架上的第一樹脂筒4、第二樹脂筒5、升降平臺6、線料擠出裝置7和紫外線點光源8 ;第一樹脂筒內盛有液態紫外線光固化樹脂，第二樹脂筒內盛有膏狀紫外線光固化樹脂；第二樹脂筒下部與線料擠出裝置相聯通，線料擠出裝置上設有噴頭9，紫外線點光源的照射位置位於噴頭下方；
第一樹脂筒通過導管10與儲液罐的開口相連接，導管上設有電磁閥11，儲液罐內設有液面高度測量裝置；液面高度測量裝置包括設於儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面上的懸浮板和設於儲液罐開口上的距離傳感器12 ;距離傳感器的信號收發端面向懸浮板上表面；
升降平臺包括中部設有通孔的平板13、平板上表面上設有金屬網14，平板與設於機架上的兩條導向柱15滑動連接，平板與設於機架上的絲杆16相連接，絲杆下端與設於機架上的Z軸電機17的轉軸相連接；儲液罐下部通過導管與設於平板下表面上的上端開口的儲液箱18相連通； 線料擠出裝置和紫外線點光源位於滑動座19上，機架上設有可帶動滑動座橫向及縱向移動的軌道架20，機架上設有X軸電機21、Y軸電機22和與線料擠出裝置相連接的擠壓電機23 ；
靠近所述升降平臺的機架上設有I個用於面向升降平臺照射的紫外線燈24。如圖5所示，計算機I分別與距離傳感器、電磁閥、紫外線點光源、紫外線燈和各個電機電連接。如圖4所示，軌道架包括設於機架上的前橫杆30、後橫杆31，X軸電機的轉軸與後橫杆相連接，前、後橫杆的左端之間通過左皮帶32傳動，前、後橫杆的右端之間通過右皮帶33傳動；左皮帶上設有左固定座34，右皮帶上設有右固定座35 ;左固定座與設於機架上的縱向延伸的左導向杆36滑動連接，右固定座與設於機架上的縱向延伸的右導向杆37滑動連接，左、右固定座之間設有前導向杆38和後導向杆39 ；
Y軸電機位於右固定座上，Y軸電機的轉軸與設於左、右固定座之間傳動鏈條40相連接。如圖2、圖3所示，所述滑動座包括與軌道架配合連接的底座41、設於底座上的固定杆25，固定杆上設有進料三通管26，進料三通管的前埠與位於固定杆上的所述噴頭上端相連通，進料三通管前埠和後埠之間設有螺杆27，螺杆後端伸出進料三通管的後埠之外並與第二齒輪28相連接；
所述擠壓電機位於底座上，擠壓電機的轉軸與第一齒輪29相連接,第一齒輪與第二齒輪相噬合；所述紫外線點光源位於固定杆上。底座與傳動鏈條固定連接，前導向杆和後導向杆分別穿過設有底座上的導向孔，前導向杆和後導向杆分別與底座滑動連接。紫外線點光源的照射方向與噴頭呈45度夾角。紫外線點光源的照射方向對準噴頭下方的0.15毫米處。紫外線點光源的照射範圍的直徑為5毫米。距離傳感器為紅外測距傳感器。噴頭出料口的直徑為0.4毫米。本實施例中採用的液態紫 外線光固化樹脂和膏狀紫外線光固化樹脂均為無色透明的。如圖6所示，使用本發明的3D印表機列印一個邊長為100毫米的立方體的列印方法包括如下步驟:
步驟100，計算機中的3D建模軟體為立方體建模，將建成的三維模型分割成層厚為
0.27毫米的370層截面，並將截面信息存儲於計算機中，預先設定懸浮板上表面的高度範圍為50釐米-8毫米至50釐米+8毫米，懸浮板的厚度為2釐米；液態紫外線光固化樹脂上表面的高度範圍為48釐米-8毫米至48釐米+8毫米。步驟200，計算機控制升降平臺上升，使金屬網距離噴頭下端0.15毫米；計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面低於金屬網的高度2.15毫米，計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度保持不變；
在列印的同時，計算機通過電磁閥控制裝在第一樹脂筒內的液態紫外線光固化樹脂不斷的流入儲液罐中，使懸浮板的高度始終在預設的高度範圍:50釐米-8毫米至50釐米+8毫米內。步驟300，在計算機的軟體上設定填充率為0，外殼層數為I ;計算機調取第一層的橫截面信息，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿導軌架滑動至第一層橫截面的邊緣坐標的起始位置；
步驟400，計算機控制膏狀紫外線固化樹脂以35毫米/秒的速度從噴頭擠出，計算機使X軸電機、Y軸電機帶動滑動座滑動沿著第一層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源同時照射擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂，經過照射的膏狀紫外線光固化樹脂固化粘貼在金屬網上；
步驟500，當第一層列印完畢後，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼體內，對殼體內部進行填充，設定層數i=2 ；
步驟600，計算機調取第i層的橫截面信息，計算機使X軸電機、Y軸電機帶動滑動座滑動至第i層橫截面的邊緣坐標處的起始位置並沿著第i層橫截面的邊緣移動；
步驟700，膏狀紫外線固化樹脂從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第i層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源對擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂和在紫外線點光源照射範圍內的第i_l層液態紫外線光固化樹脂進行照射，擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂和靠近殼體的第i_l層液態紫外線光固化樹脂固化；
步驟800，當第i層列印完畢後，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼體內，對殼體內部進行填充；
步驟900，當i〈370時，使i值增加I並重複步驟600至步驟800的列印及填充過程；步驟1000，計算機控制線料擠出裝置停止擠出膏狀紫外線光固化樹脂，計算機控制紫外線燈照射殼體5分鐘，殼體內部的液態紫外線光固化樹脂固化，物體列印完成。立方體列印完成，總用時大約I小時。丨、灰為木發叨的:)山打卬機1J竹皿的:川打卬機的效棗對比灰
權利要求
1.一種3D列印方法，其特徵是，包括如下步驟: (1-1)計算機中的3D建模軟體為需要列印的物體建模，將建成的三維模型分割成m層截面，並將截面信息存儲於計算機中，預先設定儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度範圍； (1-2)計算機控制升降平臺上升，使金屬網距離噴頭下端若干毫米；計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面低於平臺金屬網的高度若干毫米，計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度範圍保持不變； (1-3)在計算機的軟體上設定填充率為O，外殼層數為I ;計算機調取第一層的橫截面信息，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿導軌架滑動至第一層橫截面的邊緣坐標的起始位置； (1-4)計算機控制擠出電機工作，膏狀紫外線固化樹脂從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第一層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源同時照射擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂，經過照射的膏狀紫外線光固化樹脂固化粘貼在平臺金屬網上； (1-5)當第一層列印完畢後，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼體內，對殼體內部進行填充，設定層數i=2 ； (1-6)計算機調取第i層的橫截面信息，計算機使X軸電機、Y軸電機帶動滑動座滑動至第i層橫截面的邊緣坐標處的起始位置並沿著第i層橫截面的邊緣移動； (1-7)膏狀紫外線固化樹脂從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第i層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源對擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂和在紫外線點光源照射範圍內的第i_l層液態紫外線光固化樹脂進行照射，擠出來的膏狀紫外線光固化樹脂和靠近殼體的第i_l層液態紫外線光固化樹脂固化； (1-8)當第i層列印完畢後，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼 體內，對殼體內部進行填充； (1-9)當i〈m時,使i值增加I並重複(1_6)至(1_8)的列印及填充過程； (1-10)計算機控制線料擠出裝置停止擠出膏狀紫外線光固化樹脂，計算機控制紫外線燈照射殼體一段時間，殼體內部的液態紫外線光固化樹脂固化，物體列印完成。
2.根據權利要求1所述的3D列印方法，其特徵是，所述紫外線點光源的照射方向對準噴頭下方的0.1毫米至0.2毫米處。
3.根據權利要求1所述的3D列印方法，其特徵是，所述紫外線點光源的照射範圍的直徑為4毫米至6毫米。
4.根據權利要求1所述的3D列印方法，其特徵是，所述距離傳感器為紅外測距傳感器、雷射測距傳感器或超聲波測距傳感器。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的3D列印方法，其特徵是，所述步驟(1-10)中紫外線燈照射殼體的時間長度為2分鐘至10分鐘。
6.一種適用於權利要求1所述的3D列印方法中的3D印表機，其特徵是，包括機架(2)，上端開口的儲液罐(3)，設於機架上的第一樹脂筒(4)、第二樹脂筒(5)、升降平臺(6)、線料擠出裝置(7)和紫外線點光源(8);第一樹脂筒內盛有液態紫外線光固化樹脂，第二樹脂筒內盛有膏狀紫外線光固化樹脂；第二樹脂筒下部與線料擠出裝置相聯通，線料擠出裝置上設有噴頭(9)，紫外線點光源的照射位置位於噴頭下方；第一樹脂筒通過導管(10)與儲液罐的開口相連接，導管上設有電磁閥(11)，儲液罐內設有液面高度測量裝置； 所述升降平臺包括中部設有通孔的平板(13)、平板上表面上設有金屬網(14)，平板與設於機架上的兩條導向柱(15)滑動連接，平板與設於機架上的絲杆(16)相連接，絲杆下端與設於機架上的Z軸電機(17)的轉軸相連接；儲液罐下部通過導管與設於平板下表面上的上端開口的儲液箱(18)相連通； 線料擠出裝置和紫外線點光源位於滑動座(19)上，機架上設有可帶動滑動座橫向及縱向移動的軌道架(20)，機架上設有X軸電機(21)、Y軸電機(22)和與線料擠出裝置相連接的擠壓電機(23)； 靠近所述升降平臺的機架上設有至少I個用於面向升降平臺照射的紫外線燈(24);計算機(I)分別與液面高度測量裝置、電磁閥、紫外線點光源、紫外線燈和各個電機電連接。
7.根據權利要求6所述的3D印表機，其特徵是，所述液面高度測量裝置包括設於儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面上的懸浮板和設於儲液罐開口上的距離傳感器(12)，距離傳感器的信號收發端面向懸浮板上表面，距離傳感器與計算機電連接。
8.根據權利要求6所述的3D印表機，其特徵是，所述滑動座包括與軌道架配合連接的底座(41)、設於底座上的固定杆(25)，固定杆上設有進料三通管(26)，進料三通管的前埠與位於固定杆上的所述噴頭上端相連通，進料三通管前埠和後埠之間設有螺杆(27),螺杆後端伸出進料三通管的後埠之外並與第二齒輪(28)相連接； 所述擠壓電機位於底座上，擠壓電機的轉軸與第一齒輪(29)相連接,第一齒輪與第二齒輪相噬合；所述紫外線點光源位於固定杆上。
9.根據權利要求6或7或8所`述的3D印表機，其特徵是，所述軌道架包括設於機架上的前橫杆(30)、後橫杆(31)，X軸電機的轉軸與後橫杆相連接，前、後橫杆的左端之間通過左皮帶(32)傳動，前、後橫杆的右端之間通過右皮帶(33)傳動；左皮帶上設有左固定座(34)，右皮帶上設有右固定座(35);左固定座與設於機架上的縱向延伸的左導向杆(36)滑動連接，右固定座與設於機架上的縱向延伸的右導向杆(37 )滑動連接，左、右固定座之間設有前導向杆(38)和後導向杆(39)； Y軸電機位於右固定座上，Y軸電機的轉軸與設於左、右固定座之間傳動鏈條(40)相連接，滑動座與傳動鏈條固定連接。
全文摘要
本發明公開了一種3D列印方法及3D印表機。包括如下步驟計算機中的3D建模軟體為需要列印的物體建模；計算機控制升降平臺上升；計算機控制儲液罐內的液態紫外線光固化樹脂上表面的高度保持不變；依次列印第一層至最後一層的外殼，在外殼的列印過程中，計算機通過Z軸電機依次控制升降平臺下降一層高度，儲液箱內的液態紫外線光固化樹脂流入殼體內，對殼體內部進行填充；外殼列印完畢後，計算機控制線料擠出裝置停止擠出膏狀紫外線光固化樹脂，計算機控制紫外線燈照射殼體一段時間，殼體內部的液態紫外線光固化樹脂固化。本發明具有列印效率高；並且在保證列印效率的同時，可保證所列印的物體密度高，不易損壞的特點。
文檔編號B29C67/00GK103231513SQ20131011063
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月1日 優先權日2013年4月1日
發明者李啟凜 申請人:杭州筆水畫王電子科技有限公司