一種三維打印裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維打印裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)(3DP)，是利用累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器。3D打印技術(shù)是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用熔融塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體，也即用逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。現(xiàn)階段3D打印機(jī)多被用來制造產(chǎn)品。
[0003]3D打印機(jī)主要包括打印結(jié)構(gòu)(打印頭)、成型打印臺(tái)板(產(chǎn)品在其上成型)和打印頭位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(可以在空間上改變打印頭的位置，使得打印出的原料能落在成型打印臺(tái)板上方的不同位置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維成型)。3D打印設(shè)備打印產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到需要打“支撐”的情況，例如一個(gè)產(chǎn)品某部分是懸空的，那么該懸空部分顯然無法直接打印定型，需要先在懸空部分下方打印出“支撐”，然后在支撐上打印該懸空部分，產(chǎn)品成型后，再去掉“支撐”?！爸巍笨梢赃x用易脫離的材料，也可以做成空心結(jié)構(gòu)，方便后續(xù)分離去除。但是，每打印一個(gè)“支撐”，都會(huì)消耗掉更多的材料和打印時(shí)間，且“支撐”的承載能力也有限(要保證“支撐”易分離去除)，若支撐較高較大，也容易造成產(chǎn)品局部塌陷甚至損壞。然而，目前的3D打印設(shè)備，在節(jié)省“支撐”體積、數(shù)量，提升打印效率和打印過程穩(wěn)定性等方面，仍有所欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)合理，能靈活地提供一部分外接非打印支撐，減少打印支撐的需求，可提高打印效率、減少產(chǎn)品局部塌陷的風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省支撐材料，能保證打印過程中產(chǎn)品穩(wěn)定性好的三維打印裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種三維打印裝置，包括主機(jī)架、出料打印頭、處在主機(jī)架內(nèi)的成型打印臺(tái)板，還包括一用于帶動(dòng)出料打印頭移動(dòng)從而改變出料打印頭位置的打印頭位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述出料打印頭上設(shè)有用于輸入打印原料的打印頭進(jìn)料端，所述出料打印頭內(nèi)設(shè)有與打印頭進(jìn)料端連通的出料通道，還包括至少一個(gè)側(cè)支撐臺(tái)板、至少一個(gè)可帶動(dòng)側(cè)支撐臺(tái)板進(jìn)入成型打印臺(tái)板正上方范圍內(nèi)的側(cè)支撐帶動(dòng)結(jié)構(gòu)，側(cè)支撐臺(tái)板與側(cè)支撐帶動(dòng)結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。側(cè)支撐臺(tái)板進(jìn)入(處在)成型打印臺(tái)板正上方范圍內(nèi)時(shí)，側(cè)支撐臺(tái)板水平投影落在成型打印臺(tái)板水平投影范圍之內(nèi)。出料打印頭用于輸出打印原料(如熔融塑料)至成型打印臺(tái)板，打印頭位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)出料打印頭與成型打印臺(tái)板之間的相對(duì)位置(出料打印頭出料方向始終朝下，改變的是水平位置和高度)。打印過程中，當(dāng)某部分需要打印“支撐”，則其中一個(gè)側(cè)支撐臺(tái)板可以水平移動(dòng)至該部分所對(duì)應(yīng)位置的下方，然后再進(jìn)行打印，從而可以省去該處原本所需的全部或部分“支撐”，節(jié)省了打印時(shí)間、“支撐”原料，且減少了“支撐”高度后，還提升了整體的承力能力，有助于提升打印過程中成型產(chǎn)品和整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0006]作為優(yōu)選，所述出料通道豎直且呈圓柱形，出料打印頭設(shè)于一打印頭臺(tái)架上，所述打印頭位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為一并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括三個(gè)并聯(lián)支鏈，并聯(lián)支鏈包括兩個(gè)調(diào)節(jié)桿、一個(gè)可上下移動(dòng)的帶動(dòng)塊，同一并聯(lián)支鏈中的帶動(dòng)塊與調(diào)節(jié)桿上端之間球形鉸接，各調(diào)節(jié)桿下端與打印頭臺(tái)架之間球形鉸接，三個(gè)并聯(lián)支鏈沿出料通道的周向均勻分布?！扒蛐毋q接”，亦作“球型鉸接”、“球鉸”。本方案給出了一個(gè)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的形式，通過各帶動(dòng)塊的上下移動(dòng)，從而使各調(diào)節(jié)桿的角度和高度發(fā)生變化，以帶動(dòng)打印頭臺(tái)架和出料打印頭進(jìn)行水平方向上的移動(dòng)以及高度方向上的移動(dòng)。
[0007]作為優(yōu)選，所述并聯(lián)支鏈還包括支鏈電機(jī)、豎導(dǎo)向桿、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、繞過主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)皮帶，傳動(dòng)皮帶首位閉合，同一并聯(lián)支鏈中:
主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力來自支鏈電機(jī)，帶動(dòng)塊與豎導(dǎo)向桿之間滑動(dòng)連接，帶動(dòng)塊的可滑動(dòng)方向豎直，帶動(dòng)塊上設(shè)有定孔、活孔，定孔、活孔均貫穿帶動(dòng)塊上、下表面，傳動(dòng)皮帶穿過定孔、活孔，傳動(dòng)皮帶處在定孔中的部分與帶動(dòng)塊之間固定連接。支鏈電機(jī)通過主動(dòng)輪帶動(dòng)傳動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪起到定位和配合張緊傳動(dòng)皮帶的作用。傳動(dòng)皮帶可帶著帶動(dòng)塊上下移動(dòng)，帶動(dòng)塊上下移動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)皮帶處在定孔中的部分與帶動(dòng)塊之間相對(duì)位置始終不變，而傳動(dòng)皮帶處在活孔中的部分與帶動(dòng)塊之間則有相對(duì)移動(dòng)。
[0008]作為優(yōu)選，所述側(cè)支撐帶動(dòng)結(jié)構(gòu)包括側(cè)立基、設(shè)于側(cè)立基上的伺服氣缸，伺服氣缸包括缸體、活塞桿，活塞桿的伸縮方向與水平面平行，在對(duì)應(yīng)的側(cè)支撐帶動(dòng)結(jié)構(gòu)與側(cè)支撐臺(tái)板中:活塞桿與側(cè)支撐臺(tái)板連接。不論是氣缸/油缸還是伺服氣缸/伺服油缸，只要能實(shí)現(xiàn)側(cè)支撐臺(tái)板的橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)即可，也可以選用其它任意常用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如絲桿機(jī)構(gòu)等。
[0009]作為優(yōu)選，所述成型打印臺(tái)板為一圓板，任一所述活塞桿伸出到極限位置時(shí)，連接該活塞桿的側(cè)支撐臺(tái)板處在成型打印臺(tái)板正上方范圍內(nèi)，任一活塞桿收縮到極限位置時(shí)，連接該活塞桿的側(cè)支撐臺(tái)板處在主機(jī)架外。即活塞桿收回時(shí)，該活塞桿上的側(cè)支撐臺(tái)板離開了成型打印臺(tái)板正上方范圍，不會(huì)與打印頭干涉、不會(huì)影響正常打印。
[0010]作為優(yōu)選，還包括一加色環(huán)管，加色環(huán)管套在出料打印頭外且與出料通道同軸，加色環(huán)管上設(shè)有多根著色管，著色管進(jìn)口連通加色環(huán)管，著色管出口連通出料通道，各著色管沿出料通道周向均勻分布，所述加色環(huán)管通過顏料輸送栗接通至顏料筒。顏料輸送栗將顏料筒中的顏料(即染色料、著色料)輸送到加色環(huán)管，加色環(huán)管通過各著色管將顏料輸入出料通道，從而可在出料通道中對(duì)打印原料進(jìn)行著色。該著色方式，可以不用預(yù)先進(jìn)行打印原料與顏料之間的調(diào)和，避免了打印原料與顏料調(diào)和后，易在混合原料(帶有顏料)儲(chǔ)存容器中出現(xiàn)沉積分層(顏料和打印原料重沉輕浮)，而導(dǎo)致的后續(xù)打印時(shí)混合原料均勻性差的問題。而且，3D打印原料并非一定是熔融原料(熔融塑料等)，也可以是固體條形料(固體條形料在進(jìn)入出料通道后才被加熱熔融)，本方案的著色方式就可以滿足該類打印原料的著色。
[0011]作為優(yōu)選，所述出料通道內(nèi)設(shè)有與出料通道同軸的隔熱筒，隔熱筒上、下端均開口，隔熱筒通過連接桿與出料打印頭連接，隔熱筒外側(cè)壁與出料通道的通道壁之間形成薄料著色通道，著色管出口朝向隔熱筒外側(cè)壁，著色管出口處設(shè)有著色單向閥。著色時(shí)，至少要保證最終打印料(從打印頭到成型打印臺(tái)后固化定型的料)外表面充分著色(最終打印料內(nèi)部也允許有一些顏料，但越少越好，內(nèi)部顏料含量越高，越影響最終打印料的強(qiáng)度和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也越費(fèi)顏料)。直接將顏料輸入出料通道的著色方式，雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但還是容易消耗相對(duì)較多的顏料，這是因?yàn)?，顏料在進(jìn)入出料通道、接觸到相對(duì)高溫的熔融原料后，容易混入熔融原料中，若顏料量不充分，會(huì)出現(xiàn)最終打印料表面著色不完全、著色程度不足的問題，而為了保證最終打印料表面著色充分，就又不得不輸入相對(duì)較多的顏料，這樣一來，最終打印料內(nèi)部混入的顏料還是很多的，會(huì)存在上述最終打印料的強(qiáng)度和整體承力能力較差的不足。再者，顏料相對(duì)打印原料而言，粘性大、流動(dòng)性差、易受熱結(jié)塊、甚至變焦，出料通道內(nèi)顏料量大(含量比例高)時(shí)，極易造成出料打印頭的堵塞。而在本方案中，采用了隔熱筒結(jié)構(gòu)，出料通道內(nèi)熔融的打印原料從上向下流動(dòng)到隔熱筒處后，被隔熱筒暫時(shí)分成內(nèi)外兩部分，隔熱筒內(nèi)部打印原料依然保有相對(duì)較高的溫度，正常從隔熱筒內(nèi)部流下，隔熱筒外部打印原料處在薄料著色通道中，相對(duì)厚度較薄，且會(huì)快速、不斷地接觸到輸入的顏料，開始充分混合(薄料著色通道中打印原料厚度薄，易與顏料結(jié)合充分)，并且該部分打印原料會(huì)降溫(最好控制在略高于固化溫度的溫度值范圍內(nèi))，在著色、離開薄料著色通道后與其它相對(duì)高溫的原料(從隔熱筒內(nèi)部流下的打印原料)接觸時(shí)，外層料(顏料加原料)中的原料會(huì)首先吸熱升溫，而不是讓顏料單獨(dú)受熱升溫(沒有隔熱筒時(shí)就是顏料單獨(dú)受熱升溫)，相當(dāng)于