一種基于3dp與光固化技術(shù)的彩色3d打印系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)。所述基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)包括機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供墨系統(tǒng)、分層軟件和成型材料。使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨方法（3DP技術(shù)）按需打印多種彩色光固化樹脂材料，可以高精度打印彩色三維制品。解決了目前3DP技術(shù)的三維粉末粘接法制作彩色產(chǎn)品表面不夠細(xì)膩、強度較弱的問題。
【專利說明】—種基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印領(lǐng)域，具體涉及一種基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末、絲狀材料、液態(tài)可固化材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印是一種增材制造技術(shù)，將三維實體切片后按層輪廓截面一層層成形后疊加而得到最終的制件
目前較為主流的3D打印技術(shù)包括:熔融沉積快速成型(Fused Deposit1nModeling, FDM),光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus, SLA),三維粉末粘接型(Three Dimens1nal Printing and Gluing, 3DP),選擇性激光燒結(jié)型(Selecting LaserSintering, SLS)等
FDM打印機由美國學(xué)者Scott Crump于1988年研制成功。FDM的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等。以絲狀供料，材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿制件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)，通過材料的層層堆積形成最終成品。FDM的機械結(jié)構(gòu)最簡單，成本也最低，打印精度較差，是在家用的桌面級3D打印機中使用得最多的技術(shù)
光固化技術(shù)(SLA)以光敏樹脂為原料，通過計算機控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。一層固化完成后，工作臺下移一個層厚的距離，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到三維實體模型。該方法成型速度快，自動化程度高，可成形任意復(fù)雜形狀，尺寸精度高，主要應(yīng)用于復(fù)雜、高精度的精細(xì)工件快速成型采用3DP技術(shù)的3D打印機使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印技術(shù)，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，創(chuàng)建三維實體模型，采用這種技術(shù)打印的優(yōu)勢在于成型速度快、無需支撐結(jié)構(gòu)，而且能夠輸出彩色打印產(chǎn)品。但其制作的產(chǎn)品表面不夠細(xì)膩，精度相對較差
選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝由美國德克薩斯大學(xué)提出，于1992年開發(fā)了商業(yè)成型機。SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)是通過預(yù)先在工作臺上鋪一層粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)，然后讓激光在計算機控制下按照界面輪廓信息對實心部分粉末進行燒結(jié)，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型。SLS技術(shù)的優(yōu)勢是在于金屬成品的制作，主要應(yīng)用于鑄造業(yè)快速制作模具。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)及制備彩色三維制品的方法。使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨方法(3DP技術(shù))按需打印多種彩色光固化樹脂材料，可以高精度打印彩色三維制品。既解決了目前三維粉末粘接法制作彩色產(chǎn)品表面不夠細(xì)膩、強度較弱的問題，又能實現(xiàn)全彩色3D打印。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)，如圖1所示，包括主墨倉(I)、供墨管道(2)、副墨倉(3)、打印頭支架(4)、噴墨打印頭(5)、切削輥子(6)、打印平臺(7)、基座
(8)、紫外線光源(9);其中至少一個噴頭、至少一個紫外線光源、至少一個可以升降的打印平臺，至少一路供墨通道
所述的打印頭支架上安裝6個壓電噴墨打印頭，分別對應(yīng)青色(C)、洋紅色(M)、黃色(Y)、黑色(K)、白色(W)五種顏色UV樹脂墨水以及可以用水或醇類有機溶劑溶解的支撐材料，每個噴頭可以有多至1024個噴嘴同時工作，提高打印速度。由電腦將彩色三維計算機模型進行切片分層，得到每一層的所有像素的顏色信息與所需的支撐信息，根據(jù)圖像的分辨率與所選的打印分辨率進行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)分批送到打印控制主板的打印緩沖區(qū)。打印控制主板主板將打印緩沖區(qū)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到每個打印頭的每個噴嘴所述的打印頭支架可以在X、Y兩個方向運動所述的打印頭支架上安裝2個紫外線光源，用來固化UV墨水所述的打印頭支架上安裝加熱元件，用來加熱UV墨水，調(diào)節(jié)墨水黏度所述的打印頭支架上安裝切削輥子，在旋轉(zhuǎn)輥子上安裝刀片，切削輥子底面比噴頭的噴嘴面低Imm。不同的UV樹脂材料膨脹系數(shù)不同，為了保持打印層厚的準(zhǔn)確性，每打印一定層數(shù)(一般在層厚10?20微米)，打印平臺上升，讓切削輥子切除多出的成型材料
所述的打印頭支架上安裝6個副墨倉,每個副墨倉兩端分別連接主墨倉與打印頭,副墨倉內(nèi)安裝液位傳感器與氣壓傳感器。供墨系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)副墨倉內(nèi)墨水液位與保持墨水彎月面的負(fù)壓，保證在打印過程中不斷墨，同時墨水不會自流而從噴嘴滲出所述的主墨倉共6個，分別向6個副墨倉供墨所述的打印平臺可以升降，用來承載三維打印制備件。

【具體實施方式】
[0005]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明具體實施I
本實施例涉及的彩色3D打印機如圖1所示，在打印頭支架(4)上裝有6個壓電式標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印噴頭(5)，6個噴頭分別對應(yīng)C、M、Y、K、W這5種顏色UV樹脂墨水和UV樹脂支撐墨水，打印方式為掃描方式。打印頭支架(4)上安裝2個LED紫外光源(9)，在每個噴頭的安裝處裝有加熱元件，噴頭的墨水入口處有測溫元件。在X軸方向安裝光柵尺，用來作為全閉環(huán)伺服控制的測量元件。主墨倉(I)為每個噴頭供應(yīng)合適壓力的對應(yīng)顏色與功能的墨水，副墨倉(3)內(nèi)安裝負(fù)壓傳感器與液位傳感器。打印頭支架(4)上還安裝一個切削輥子(6)，用來對打印層單元進行實際層厚控制。在基座(8)上有一個可以升降的打印平臺(7)，用來承載三維打印制備件
制備三維彩色制品時包括如下步驟:
a、建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的所有像素的顏色信息與所需的支撐信息，根據(jù)圖像的分辨率與所選的打印分辨率進行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)分批送到打印控制主板的打印緩沖區(qū)；
b、打印主板控制三軸復(fù)位，對打印頭進墨溫度、供墨壓力進行控制調(diào)節(jié)，直到穩(wěn)定在設(shè)置值；
C、打印主板將打印緩沖區(qū)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到每個打印頭，以pass為單位并標(biāo)定每個點X軸坐標(biāo)，分別送到6個打印頭驅(qū)動板；
d、打印頭驅(qū)動板根據(jù)接受的打印信息控制打印頭上噴嘴是否噴墨。打印頭移動的位置由光柵尺測量并反饋到打印控制主板。各個打印頭的安裝偏差在上位機軟件中補償；
e、打印頭在X軸來回掃描打印一pass后，打印頭支架在Y方向前移一 pass距離。打印機繼續(xù)下一 pass打印,如此往復(fù),直到當(dāng)前層所有pass打印完成,打印頭支架回到下一層的打印起始點；
f、打印平臺在Z軸方向下降相應(yīng)的打印層厚，準(zhǔn)備下一層打印；
g、打印過程中，噴頭組兩側(cè)的LED紫外光源一直工作，用以固化噴頭噴射出的UV墨水；
h、當(dāng)打印層數(shù)達到上位機軟件中設(shè)置值，切削輥子滾動切削，控制實際打印層厚的精度；
1、如此循環(huán)，直到打印完所有切片層數(shù)；
j、將打印完的制備件在水中浸泡3分鐘，再沖洗，清除掉支撐材料，就得到彩色的三維物體。
[0006]【專利附圖】

【附圖說明】:圖1是彩色3D打印系統(tǒng)示意圖。
【權(quán)利要求】
1.一種基于3DP與光固化技術(shù)的彩色3D打印系統(tǒng)，如圖1所示，包括主墨倉(I)、供墨管道(2)、副墨倉(3)、打印頭支架(4)、噴墨打印頭(5)、切削輥子(6)、打印平臺(7)、基座(8)、紫外線光源(9);其中至少一個噴頭、至少一個紫外線光源、至少一個可以升降的打印平臺，至少一路供墨通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨方法(3DP技術(shù))按需打印多種彩色UV樹脂材料，提高彩色三維制品的打印精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用負(fù)壓與液位調(diào)節(jié)的供墨系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用切削輥子控制打印層厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用水或醇類有機溶劑溶解的支撐材料 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用彩色UV樹脂作為3D打印成型材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用水溶性或醇溶性UV樹脂作為3D打印的支撐材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求6所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于使用LED紫外線光源固化UV樹脂墨水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色3D打印系統(tǒng)，其特征在于打印平臺升降。
【文檔編號】B29C67/00GK104290322SQ201410192193
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】王紅 申請人:青島尤尼科技有限公司