一种彩色三维打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种彩色三维打印装置及方法，包括打印区、供料系统、喷头组、移动机构以及自动控制系统，打印区设置成型板与成型工作池，所述成型板设置升降机构，用于对工件固化层的拉拨；所述供料系统，包括支撑材料供料盒和实体材料供料盒，用于向喷头组提供打印原材料；所述喷头组包括至少一个实体材料喷头和支撑材料喷头，所述实体材料喷头通过预混器与供料系统的实体材料供料盒连接；所述支撑材料喷头与供料系统的支撑材料供料盒连接；所述移动机构在X轴、Y轴、Z轴方向设置电机与导向柱/杆，用于驱动喷头组在三维方向进行移动打印；本发明专利技术具有打印精度高，成型产品表面光洁，可实现彩色打印及不同光敏材料打印的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维打印成型
，具体地说，涉及一种彩色三维打印装置及方法。
技术介绍
三维（3D）打印技术是加式制造行业的重要组成部分，该技术以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、树脂、蜡或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体，是一种集成化的先进制造技术。目前较为主流的三维打印技术包括熔融沉积成型技术（FusedDepositionModeling,FDM）、立体平版印刷技术（StereoLithographyApparatus,SLA）、选择性激光烧结技术（SelectiveLaserSintering,SLS）、三维打印技术（ThreeDimensionalPrinting,3DP）、数字光处理技术（DigitalLightProcession,DLP）等。FDM打印机将丝状热熔性材料加热融化，通过喷头挤出后沉积在工作平台上。此类打印机价格较便宜、成本较低，但是较难打印多种材料，并且打印精度较差。SLA打印机利用紫外光固化光敏树脂形成打印层，打印完一层后支撑平台向上（或者向下）移动一定距离使光敏树脂层重新覆盖在前一层打印面上，然后继续进行固化直到结束。此类打印机打印精度高，但是价格昂贵，运行和维护成本也高，并且一次只能打印一种材料。SLS打印机能够打印金属、陶瓷等粉末材料，但是打印精度较差，打印周期较长。3DP打印机通过喷头将粘合剂挤出到粉末上，实现逐层打印。此类打印机能实现彩色打印，但原料成本较高，成型产品表面较为粗糙。DLP打印机，是利用高分辨率的DLP器件和紫外光源，将三维模型的截面投影在工作台上，使液态光聚合物逐层进行光固化。此类打印机打印速度较快，而且成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件，但是目前一次只能打印一种材料，且只能打印单色。专利CN103231513A公开了一种3D打印方法及3D打印机，其打印过程如下：先用膏状光敏树脂打印一层模型外壳，然后往外壳内部填充一层液态光敏树脂，最后进行固化。此方法虽然打印效率高，但是只能打印单色的实心模型，无法打印彩色及镂空的复杂模型。基于以上现状，本专利技术设计了一种彩色三维打印装置，不仅能够实现对不同材质的光敏材料进行光固化成型，而且能够实现彩色打印。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种彩色三维打印装置，它能够保证成型产品精度高，成型速度快，能实现彩色打印及多种光敏材料混合打印。其具体的技术方案如下：一种彩色三维打印装置，包括打印区、供料系统、喷头组、移动机构以及自动控制系统，其中：打印区设置成型板与成型工作池，所述成型板设置升降机构，用于对工件固化层的拉拨；所述供料系统，包括支撑材料供料盒和实体材料供料盒，用于向喷头组提供打印原材料；所述喷头组包括至少一个实体材料喷头和支撑材料喷头，所述实体材料喷头通过预混器与供料系统的实体材料供料盒连接；所述支撑材料喷头与供料系统的支撑材料供料盒连接；所述移动机构在X轴、Y轴、Z轴方向设置电机与导向柱/杆，用于驱动喷头组在三维方向进行移动打印；所述自动控制系统，与打印机区的升降机构、供料系统、喷头组、及移动机构的电机连接，实现对工件打印的自动化控制。其中，所述实体材料喷头包括第一实体材料喷头、第二实体材料喷头，所述第一实体材料喷头通过预混器A连接至实体材料供料盒，用于打印模型切片的轮廓；第二实体材料喷头通过预混器B连接至实体材料供料盒，用于打印模型切片的轮廓内部区域。进一步地，所述的第二实体材料喷头由四个可切换选择的喷嘴组成，所述四个喷嘴按尺寸大小设置1倍档、2倍档、5倍档、10倍档四个档位。进一步地，本装置还设置紫外线照射系统，包括设置于喷头组上的紫外线点光源，所述紫外线点光源照射方向在实体材料喷头及支撑材料喷头之间切换。作为另一种优选方案，所述的紫外线点光源设置至少两个，照射方向分别对准实体材料喷头和支撑材料喷头。此外，紫外线照射系统，还包括上照式或者下照式的DLP投影系统，所述DLP投影系统位于成型工作池的上方/下方，并从上/下往下/上对每层材料进行投影照射，使材料逐层实现光固化。作为优选方案，所述的供料系统的实体材料供料盒至少包括六个供料单元，分别装载青色、洋红色、黄色、黑色四种基础色液态光敏树脂，以及白色液态光敏树脂和透明液态光敏树脂。作为优选方案，所述的喷头组的预混器设置清洗口，所述清洗口与清洗盒连接，所述清洗盒内装载透明清材料，用于对预混器的清洗。一种彩色三维打印方法，包括如下步骤：A：建立三维物体计算机模型，在生成支撑后对其进行切片分层，得到每一层的形状信息以及颜色信息，并将得到的信息数据关联到自动控制系统；B：自动控制系统控制成型板上升至最高/合适位置，喷头组移动至成型工作池内，移动机构带动喷头组进行前后、左右、上下三个自由度方向的运动，喷头喷射出三维模型的基层；C：下降成型板使其与成型工作池相接，紫外线照射系统根据该层的截面进行光固化，固化后，成型板上升将此层拉拔出来；D：成型板上升至最高/合适位置，喷头组滑动到成型工作池内，移动机构带动喷头组进行前后、左右、上下三个自由度方向的运动，第一实体材料喷头沿着模型切片轮廓喷射出从预混合器传送过来的彩色光固化实体材料；E：开启紫外线照射系统进行照射至半固化状态，然后紫外线照射系统切换到对准支撑材料喷头，将支撑材料喷头喷射出的支撑材料照射至半固化状态，最后第二实体材料喷头利用与其连接的预混合器传送过来的树脂并切换选择1倍档/2倍档/5倍档/10倍档喷嘴喷射出实体材料，从而形成一层截面；F：将喷头组归位，下降成型板使已硬化的部分工件的最底端与成型工作池相接，紫外线照射系统根据该层的截面进行光固化，固化完一层后，成型板上升将此层拉拔出来，进行下一层的固化；G：重复步骤E、F，直至将模型彻底构建完成。本专利技术所提供的一种彩色三维打印装置及方法，具有以下优点：第一：本专利技术的彩色三维打印装置，与现有的三维打印装置相比，具有打印精度高，成型速度快的优点，并且成型工件表面光洁，可以实现彩色以及不同光敏材料的打印；第二：将实体材料打印与支撑材料打印分别进行，将轮廓打印与内部材料打印分别进行，打印喷头采用不同尺寸档位设计，使打印精度大大提高；第三：设置紫外线照射系统，使每层的材料固化成型效率高，打印速度大大提升；第四：供料系统采用多种颜色原料单元，与预混合器连，可调配颜色范围广，且设置预混器的清洗机构，预混器清洗方便、快捷，满足彩色打印的需求。附图说明附图1为本专利技术的一种彩色三维打印装置的简化结构示意图；附图2为移动机构示意图；附图3为供料系统与喷头组及清洗盒的连接结构示意图；附图4为自动控制系统框图；附图5为第二实体材料喷头的多喷嘴结构示意图；附图6为某一层切片及其打印顺序示意图；附图6a为图6中第一种轮廓选取方式示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色三维打印装置，其特征在于：包括打印区、供料系统、喷头组、移动机构以及自动控制系统，其中：打印区设置成型板与成型工作池，所述成型板设置升降机构，用于对工件固化层的拉拨；所述供料系统，包括支撑材料供料盒和实体材料供料盒，用于向喷头组提供打印原材料；所述喷头组包括至少一个实体材料喷头和支撑材料喷头，所述实体材料喷头通过预混器与供料系统的实体材料供料盒连接；所述支撑材料喷头与供料系统的支撑材料供料盒连接；所述移动机构在X轴、Y轴、Z轴方向设置电机与导向柱/杆，用于驱动喷头组在三维方向进行移动打印；所述自动控制系统，与打印机区的升降机构、供料系统、喷头组、及移动机构的电机连接，实现对工件打印的自动化控制。

【技术特征摘要】
1.一种彩色三维打印装置，其特征在于：包括打印区、供料系统、喷头组、移动机构以及自动控制系统，其中：
打印区设置成型板与成型工作池，所述成型板设置升降机构，用于对工件固化层的拉拨；
所述供料系统，包括支撑材料供料盒和实体材料供料盒，用于向喷头组提供打印原材料；
所述喷头组包括至少一个实体材料喷头和支撑材料喷头，所述实体材料喷头通过预混器与供料系统的实体材料供料盒连接；所述支撑材料喷头与供料系统的支撑材料供料盒连接；
所述移动机构在X轴、Y轴、Z轴方向设置电机与导向柱/杆，用于驱动喷头组在三维方向进行移动打印；
所述自动控制系统，与打印机区的升降机构、供料系统、喷头组、及移动机构的电机连接，实现对工件打印的自动化控制。
2.根据权利要求1所述的一种彩色三维打印装置，其特征在于：所述实体材料喷头包括第一实体材料喷头、第二实体材料喷头，所述第一实体材料喷头通过预混器A连接至实体材料供料盒，用于打印模型切片的轮廓；第二实体材料喷头通过预混器B连接至实体材料供料盒，用于打印模型切片的轮廓内部区域。
3.根据权利要求2所述的一种彩色三维打印装置，其特征在于：所述的第二实体材料喷头由四个可切换选择的喷嘴组成，所述四个喷嘴按尺寸大小设置1倍档、2倍档、5倍档、10倍档四个档位。
4.根据权利要求1所述的一种彩色三维打印装置，其特征在于：还设置紫外线照射系统，包括设置于喷头组上的紫外线点光源，所述紫外线点光源照射方向在实体材料喷头及支撑材料喷头之间切换。
5.根据权利要求4所述的一种彩色三维打印装置，其特征在于：所述的紫外线照射系统，还包括上照式或者下照式的DLP投影系统，所述DLP投影系统位于成型工作池的上方/下方，并从上/下往下/上对每层材料进行投影照射，使材料逐层实现光固化。
6.根据权利要求4所述的一种彩色三维找印装置，其特征在于：所述的紫外线点光源设置至少两个，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈震，杨清红，王飞跃，
申请(专利权)人：青岛智能产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37