[发明专利]3D快速成型立体三维打印装置和工艺

说明书

技术领域

本发明所涉及的是一种快速成型技术领域的新方法及装置即----3D快速成型立体三维打印装置和工艺。 

技术背景

3D快速成型立体三维打印装置和工艺也被称为快速成型打印机。它是利用普通打印机的原理，将打印机和计算机连接起来，把原料装入机身，通过计算机的控制，用激光注射器将原料一层一层累积起来，最后将计算机上的蓝图变成实物。目前这种类似的快速成型设备很多，国内外同行对比此技术进行了广泛的研究，如1987年5月12日发布的美国专利4665492，发明人提供了一种喷射树脂液滴的零件制造工艺。该工艺被称之为弹道粒子成型(BPM)。BPM工艺是将热塑性树脂加热至熔点以上并将液态树脂抽至喷嘴，从不同方向喷出小液滴沉积在基层上。虽然精度可以小到13μM但效率比较低。1997年9月10日公布的中国专利1158787“快速成型系统和方法”采用组合的液压方式和激光切割装置驱动导向机构，以实现高精度成型，但速度难以提高。2002年9月美国专利6416850采用将粘合剂和填充剂混合构成的多组分颗粒作为成型材料的三维打印方法，他的内部结构比较复杂，零件制作繁琐，材料利用率低。 

总之，迄今为止，该领域的大部分分层制造技术只局限于均一的材料组成零件，而且由于要使用特殊的凝固机理，许多其他的技术只限于制造特殊的聚合物零件。单独的液滴沉淀或熔融挤出都不能满足快速成型对速度和精度的要求，液滴喷射精度高但速度低，而熔融挤出相对速度快，单精度低。 

为克服目前现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种新型3D立体三 维打印装置与工艺，它具有结构简单，三维零件制作方便，可高效率制造出高精度的物体，而且材料利用率高。 

本发明是一种新的立体三维打印装置与工艺。它是将储存在计算机记忆区的虚拟物象经过计算机切层技术处理，利用三维CAD数据，将一层层的材料堆积成实体原型。整个过程共分为以下步骤：(1)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；(2)在打印区域支撑一个物体支撑平台，用来接收沉积材料；(3)在材料沉积过程中，在X-Y平面和垂直于该平面的Z方向移动打印机和支撑平台，使成型材料形成实体第一层。重复上述过程，多层沉积以形成三维形状。 

3D快速成型立体三维打印技术包括材料沉积子系统，实物支撑平台和与材料沉积子系统相连接的运动装置为一体；材料沉积子系统主要由液三原色打印头和粉末铺成装置构成。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。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。 

物体支撑平台是平的，以收集靠近材料沉积子系统的喷嘴排出的材料，运动装置与材料沉积子系统和平台相藕连，使二者在X-Y面及垂直于该面的Z方向做相对运动，沉积液滴和固体粉末，从而形成三维物体。 

运动装置时根据计算机的指令进行运动的，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，来驱动运动装置移动。 

本发明与现有技术相比有如下特点： 

1、本发明是一项在计算机控制下逐层制造立体三维物体的方法，能使物体获得所需的颜色，可使制造物体的精度和效率大大提高，克服二者相克的矛盾。 

2、本发明允许空间控制两种或两种以上不同类型材料组成的物体。 

3、本发明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，检测达到5um，从而显著提高3D打印的精度，。 

4、本发明采用步进电机采用步距细分驱动技术显著提高了3D打印机的控制精度。 

5、利用三原色减色法原理设计的打印喷嘴头实现了彩色打印是3D打印机的独特创新。 

6、本发明对材料的种类限制小，液体组分与固体组分可选范围大。 

7、本发明制成的物品可以不是永久性固定的，能在层与层间很好的分离，分离后的物件又可以很容易的重新组成新的完整物件。 

8、本发明设备体积小、重量轻、价格低、易维护。 

结合附图进一步阐述本发明。