[发明专利]3D快速成型立体三维打印装置和工艺

权利要求书

1.一种3D快速成型立体三维打印装置，其特征在于该三维立体打印装置包括计算机控制系统、材料沉积子系统，实物支撑平台和与材料沉积子系统相连接的XYZ三个方向位置检测和控制的运动装置；运动装置由步进电机采用步距细分驱动，材料沉积子系统主要由三原色打印喷嘴头和粉末铺层装置构成。

2.根据权利要求1中所述的3D快速成型立体三维打印装置，其特征在于计算机控制系统包括计算机、图像采集器、控制软件，与3D打印机共同组成一套快速成型打印装置。

3.根据权利要求1中所述的3D快速成型立体三维打印装置，其特征在于三原色打印喷嘴头由金属铝柱加工而成，直径约8mm。内部有三个孔道R、G、B，直径与ABS树脂棒的直径一致(2mm)，深20mm；打印喷嘴头底端呈圆台型。底部圆台有一个喷嘴头的输出口OUT，直径为0.3mm，分别与上面的R、G、B孔道相连。喷嘴头外部有加热器H，并内置热电阻传感器S。

4.根据权利要求1中所述的3D快速成型立体三维打印装置，其特征在于粉末铺层装置包括至少一个输送固体粉末颗粒的流道，一个喷嘴至少与一个相应的通道和一个出料口相连的流道，还包括用于控制相应流道的阀门。

5.根据权利要求1中所述的3D快速成型立体三维打印装置，其特征在于运动装置采用步进电机步距细分驱动技术；与材料沉积子系统相连的压实装置，所述压实装置是刮刀和滚筒。

6.应用权利要求1所述装置的3D快速成型立体三维打印工艺，由如下步骤组成：(1)成像系统，计算机先运行三维物体的CAD文件，建立物体的图像，然后将图像分成所需的层数，每层由多元数据点组成，将数据转换成机器控制语言，来驱动3D打印机；(2)操作成型系统，按照预定的喷射比例选择好液体组分和固体组分；(3)在打印区域支撑一个物体支撑平台，用来接收沉积材料；(4)启动材料沉积子系统，由材料沉积子系统的三原色打印头和粉末铺层装置喷射液体和铺撒粉末，同时利用莫尔条纹原理的光栅器件对3D打印机的XYZ三个方向位置检测和控制，步进电机相对移动实物支撑平台，以便实物支撑平台接受液滴和粉末，在平台上形成第一层材料固化后，相对移动实物支撑平台和材料支撑子系统使第二层材料固化并粘在第一层上，如此反复一层一层的堆积，最后形成三维物体。

7.根据权利要求6所述的3D快速成型立体三维打印工艺，其特征在于按各层设计要求，三原色打印头和粉末铺层装置的流道输送不同组分的液体和不同组成的固体颗粒，液体中的颗粒直径要小于15微米，固体颗粒可大一些。

8.根据权利要求6所述的3D快速成型立体三维打印工艺，其特征在于当要做一个带颜色的实体时，在步骤(4)的喷射过程中三原色打印头分别装入红色ABS树脂、绿色ABS树脂蓝色ABS树脂、自动混合实体颜色和基本材料来沉积第一层的第一部分，重复上述过程，直到完成第一层；用同样的步骤完成单色或多色的第二层沉积，继续重复这些步骤，形成多层堆积，最后堆积成一个带颜色的实体。打印头采用三原色打印喷嘴头，能够进入三种颜色的ABS树脂棒，加热混色后不仅可以打印单色零件还可打印输出真彩色零件。

9.根据权利要求8所述的3D快速成型立体三维打印工艺，其特征在于液滴组份材料为不同的粘合剂，如ABS树脂、蜡、热固性聚合物、热塑性聚合物、金属合金、玻璃、陶瓷、溶胶混合物中的一种或多种；铺层固体粉末选用聚合物、金属、玻璃、陶瓷或其混合物。

10.根据权利要求6所述的3D快速成型立体三维打印工艺，其特征在于为加速固化，对固体材料分散于液体中的液滴沉积物，在物件堆积区处于真空或抽真空状态以加速汽化或通过冷冻----干燥工序去除液滴部分。