用于珠宝生产的3D打印机及其打印方法与流程

本发明涉及珠宝3D打印设备技术领域，特别涉及一种用于珠宝生产的3D打印机及其打印方法。

背景技术：

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，其基本原理是通过把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来，而打印出的产品可以即时使用。3D打印机过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现在逐渐用于一些产品的直接制造。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，这些原材料加热后融化，从3D打印机的打印喷头中喷出后冷却为固态，整个打印的过程就是喷头按照程序不断的喷出液体的原材料并成功在模型上冷却，最终得到3D的固体实物。

随着3D打印技术的出现日渐成熟，使其被应用到各行各业中，比如珠宝生产，现有的珠宝生产分为两种，一种是打印蜡模并种到铸造树上，再在铸造树周围浇筑石膏，干燥后通过高温使蜡燃烧掉形成浇筑模具，将融化的金属倒入模具中即可。另一种是通过3D打印机直接采用金属材质进行打印，即通过金属粉采用激光烧结等技术实现固化连接，在完成打印后即可得到成品的珠宝。上述两种3D打印的主要区别在于打印材料，其中，第一种珠宝的生产方式应用较为普遍，其通过3D技术与传统技术的结合，具有成本低，生产快速等优点。目前的3D打印机大都是采用一个喷头的，在生产不是特别复杂的蜡模时较为适用，但当结构较为复杂，比如圆弧斜面或镂空装饰较多时，单喷头打印机就会捉襟见肘，无法完成打印工作，所以需要设置一种新型的3D打印机和打印方式对复杂的结构进行打印。

技术实现要素：

本发明的目的一是提供一种用于珠宝生产的3D打印机，通过双喷头的设置，可以打印出复杂的结构。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于珠宝生产的3D打印机，包括机架以及设置在机架上的置物托盘、X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、打印喷头和支撑架喷头，所述打印喷头和支撑架喷头间设置有用于对调打印喷头和支撑架喷头位置的工位对调装置，所述打印喷头和支撑架喷头随工位对调而启、闭；所述打印喷头和支撑架喷头设置于X轴移动装置上，所述置物托盘设置于Y轴移动装置上，所述X轴移动装置设于Z轴移动装置上。

采用上述结构，通过设置打印喷头和支撑架喷头，并通过工位对调装置来对打印喷头和支撑架喷头进行替换，当需要使用支撑架喷头时，将支撑架喷头下降并抬升打印喷头，此时支撑架喷头启动、打印喷头关闭，当需要使用打印喷头时，将打印喷头下降并抬升支撑架喷头，此时支撑架喷头关闭、打印喷头启动，以此来实现依次对打印喷头和支撑架喷头的启动和控制，再通过对X轴移动装置、Y轴移动装置和Z轴移动装置的控制，来实现两喷头和置物托盘的相对移动，从而实现使用支撑架喷头打印蜡模的支撑，再使用打印喷头在支撑上打印蜡模。

进一步优选为：所述打印喷头和支撑架喷头上均设置有送料机构，所述送料机构包括输送轮和将料条压紧于输送轮上的张紧轮，所述打印喷头的输送轮和支撑架喷头上的输送轮均受控于一输送电机，所述输送电机和输送轮间的连接与断开受控于工位对调装置。

采用上述结构，通过张紧轮将料条压紧在输送轮上，使得在输送轮转动时可以带动料条的传输，而打印喷头的输送轮和支撑架喷头上的输送轮同时通过统一输送电机来带动，使其与工位对调相结合，在上升时断开输送轮与输送电机之间的连接，在下降到工作工位时连接输送轮与输送电机，实现打印喷头和支撑架喷头的依从启动。

进一步优选为：所述工位对调装置包括固定板、供打印喷头安装的第一安装架、供支撑架喷头安装的第二安装架以及设于第一安装架和第二安装架之间的对调电机，所述第一安装架和第二安装架滑移连接于固定板上，所述对调电机的转轴上设置有驱动齿轮，所述第一安装架和第二安装架上分别设置有与驱动齿轮啮合的第一直齿和第二直齿。

采用上述结构，第一安装架和第二安装架设置在驱动齿轮的两侧，从而实现通过驱动齿轮的转动来同步带动第一安装架和第二安装架发生相反的位移，从而实现打印喷头和支撑架喷头的工位对调（即上升时到达停止工位，下降是到达启动工位）。

进一步优选为：所述输送电机设于固定板顶部，所述输送电机的转轴竖直向下设置并连接有主动齿轮，所述转动轮的一端设置有与主动齿轮垂直的传动齿轮，所述主动齿轮和传动齿轮均为斜齿轮，且所述传动齿轮下降到最低点时与主动齿轮啮合。

采用上述结构，实现输送电机带动输送轮转动，并且，通过主动齿轮和传动齿轮的可分离设置，实现在打印喷头和支撑架喷头的分别启动。

进一步优选为：所述张紧轮连接于一张紧臂上，所述张紧臂包括转动臂和拉臂，所述转动臂一端转动连接于送料机构上、另一端与拉臂的一端转动连接，所述拉臂的另一端连接于一弹性件上并使弹性件变形产生弹性力，所述张紧轮转动连接于转动臂上。

采用上述结构，通过弹性件产生的弹性力来拉动拉臂，再通过拉臂拉动转动臂转动使得张紧轮可以将料条压紧在输送轮上。

进一步优选为：所述弹性件包括拉杆、挡板、张紧弹簧和调节螺母，所述拉杆一端设置有螺帽，另一端依次贯穿挡板和张紧弹簧与调节螺母螺纹连接。

采用上述结构，实现拉动拉臂，同时，可以通过调节螺母来对拉力进行控制，更好的实现对料条的输送。

进一步优选为：所述挡板上设置有供拉杆穿过的连接槽，所述拉臂的端设置有用于与拉杆上螺帽卡接的T字形卡槽。

采用上述结构，通过连接槽的设置，使得在安装弹性件时直接插入到连接槽中即可，无需将弹性件上的螺帽拆卸下来；T字形卡槽的设置，使得拉臂与拉杆间的连接非常方便，从而方便张紧臂的安装和维修。

进一步优选为：所述X轴移动装置包括X轴滑轨和X轴皮带输送机构，所述固定板滑移连接于X轴滑轨上并固定连接于X轴皮带输送机构上的输送带上；所述Z轴移动装置包括两Z轴滑轨和两丝杆传动机构，所述X轴移动装置的两端滑移连接于两Z轴滑轨上，所述丝杆传动机构包括设于X轴移动装置上的传动螺母、竖直设置的丝杆以及Z轴电机；所述Y轴移动装置包括Y轴滑轨和Y轴皮带输送机构，所述置物托盘滑移连接在Y轴滑轨上并固定在Y轴皮带输送机构上的输送带上。

采用上述结构，实现两个喷头与置物托盘间在XYZ三轴上的相对移动。

进一步优选为：所述置物托盘的下方设置有支撑件，所述支撑件与Y轴移动装置连接，所述支撑件与置物托盘间通过四个高度调节器连接，所述高度调节器包括压缩弹簧和调节螺栓，所述压缩弹簧设于支撑件与置物托盘之间，所述调节螺栓依次贯穿置物托盘、压缩弹簧和支撑件与一螺母连接；所述置物托盘上设置有水平仪。

采用上述结构，通过高度调节器的设置实现对置物托盘进行微调，通过打印需求调整置物托盘为水平或倾斜。

本发明的目的二是提供一种用于珠宝生产的3D打印机，通过双喷头的设置，可以打印出复杂的结构。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种3D打印方法，其特征是包括步骤：

S1，通过软件设计或扫描生成三维模型；

S2，将三维模型导入3D打印机，并根据打印需求对置物托盘进行调节；

S3，启动3D打印机，依次控制支撑架喷头和打印喷头开始在置物托盘上打印支撑和蜡模；

S4，层层累加形成立体形状，当蜡模需要向支撑上延伸时，直接在完成的支撑上的基准面上打印，最终形成完整的蜡模，此时蜡模与支撑连接在一起；

S5，将打印出的蜡模放入到冷水中将支撑溶剂。

综上所述，本发明具有以下有益效果：通过支撑架喷头和打印喷头两种喷头的设置实现对复杂物件的打印，且结构简单、使用方便。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图，示出了3D打印机正向结构；

图2是本实施例的结构示意图，示出了3D打印机背向结构；

图3是本实施例中工位对调装置的正面结构示意图；

图4是图3的B部放大图；

图5是本实施例中工位对调装置的侧视图；

图6是本实施例中工位对调装置的主视图；

图7是本实施例中工位对调装置的背面结构示意图；

图8是图1的A部放大图；

图9是图7的C部放大图。

图中，1、机架；11、置物托盘；111、水平仪；112、高度调节器； 1121、压缩弹簧；1122、调节螺栓；12、X轴移动装置；121、X轴滑轨；122、X轴皮带输送机构；1221、输送带；1222、X轴电机；13、Z轴移动装置；131、Z轴滑轨； 132、丝杆传动机构；1321、传动螺母；1322、丝杆；1323、Z轴电机；14、Y轴移动装置；141、Y轴滑轨；142、Y轴皮带输送机构；15、支撑件；2、支撑架喷头；3、打印喷头；4、工位对调装置；41、固定板；411、T字形卡槽；42、第二安装架；421、第一直齿；43、第一安装架；431、第二直齿；44、对调电机；441、驱动齿轮；51、输送电机；511、主动齿轮；512、传动齿轮；52、张紧轮；521、转动轴；53、输送轮；54、张紧臂；541、转动臂； 542、拉臂；55、壳体；56、弹性件；561、张紧弹簧；562、挡板；563、调节螺母；564、拉杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

一种用于珠宝生产的3D打印机，如图1、图3和图4所示，包括机架1以及设置在机架1上的置物托盘11、X轴移动装置12、Y轴移动装置14、Z轴移动装置13、打印喷头3和支撑架喷头2，打印喷头3和支撑架喷头2设置于X轴移动装置12上做同步滑移，置物托盘11设置于Y轴移动装置14上，X轴移动装置12设于Z轴移动装置13上。

参照图5，打印喷头3和支撑架喷头2间设置有工位对调装置4，工位对调装置4包括固定板41、供打印喷头3安装的第一安装架43、供支撑架喷头2安装的第二安装架42以及设于第一安装架43和第二安装架42之间的对调电机44，参照图1，固定板41设置在X轴移动装置12上，如图3和图4，在其端面上设置有两个竖直设置的滑槽，在滑槽的两内侧壁上设置有两圆弧形槽。第一安装架43和第二安装架42的一边插接于滑槽内且在该边上嵌设有滚珠（见图5）。

参照图3和图7，对调电机44固定在固定板41上，其转轴贯穿固定板41与一驱动齿轮441连接固定，第一安装架43和第二安装架42的背面分别设置有与驱动齿轮441啮合的第一直齿421和第二直齿431。

参照图5和图7，在打印喷头3和支撑架喷头2上都设置有送料机构，两送料机构的结构相同，其分别固定在第一安装架43和第二安装架42上。

其中，以设于第一安装架43上的送料机构为例，其包括输送电机51、输送轮53和将料条压紧于输送轮53上的张紧轮52，输送轮53外设置有固定于第一安装架43上的壳体55，打印喷头3固定在壳体55底部，输送轮53为一贯穿第一安装架43转轴，输送轮53的端部与一传动齿轮512连接。

张紧轮52连接于一张紧臂54上，张紧臂54包括转动臂541和拉臂 542，转动臂541的一端转动连接在壳体55上，其包括左、右两个杆件，两杆件间连接有一转动轴521，张紧轮52套设在转动轴521上。转动臂541的另一端与拉臂 542的一端转动连接，在拉臂 542的另一端上连接有弹性件56。如图7和图9，弹性件56包括拉杆564、挡板562、张紧弹簧561和调节螺母563，拉杆564的一端设置有螺帽，拉臂 542的端设置有用于与拉杆564上螺帽卡接的T字形卡槽411，T字形卡槽411贯穿拉臂 542上下两端面供螺帽卡入。张紧弹簧561套设在拉杆564上且在张紧弹簧561的两端设置有挡片，调节螺母563螺纹连接在拉杆564上且与挡片抵接限定张紧弹簧561在拉杆564上。挡板562固定在第一安装架43上，在其上设置有一贯穿挡板562顶部的连接槽，拉杆564卡入到连接槽内且挡板562位于调节螺帽和弹簧之间，张紧弹簧561一端的挡片与挡板562抵接。

参照图6，输送电机51固定在固定板41的顶部，输送电机51的转轴竖直向下设置并连接有主动齿轮511，主动齿轮511和传动齿轮512均为斜齿轮，当第一安装架43下降到工作位时，传动齿轮512下降到最低点与主动齿轮511啮合。

参照图1，X轴移动装置12包括X轴滑轨121和X轴皮带输送机构122，X轴皮带输送机构122设于X轴滑轨121的上方，其包括有X轴电机1222和输送带1221，X轴电机1222带动输送带1221运动，固定板41滑移连接于X轴滑轨121上并固定连接于X轴皮带输送机构122上的输送带1221上。

Z轴移动装置13包括两Z轴滑轨131和两丝杆传动机构 132，X轴移动装置12的两端滑移连接于两Z轴滑轨131上，丝杆传动机构 132包括设于X轴移动装置12上的传动螺母1321、竖直设置的丝杆1322以及Z轴电机1323，Z轴电机1323设于丝杆1322的底部用于带动丝杆1322转动。

参照图1和图2，Y轴移动装置14包括Y轴滑轨141和Y轴皮带输送机构142，Y轴皮带输送机构142设于Y轴滑轨141的上方，其包括有Y轴电机和输送带1221，Y轴电机带动输送带1221运动，置物托盘11滑移连接在Y轴滑轨141上并固定在Y轴皮带输送机构142上的输送带1221上。

参照图2，置物托盘11的下方设置有支撑件15，支撑件15与Y轴移动装置14连接，支撑件15与置物托盘11间通过四个高度调节器112连接，高度调节器112包括压缩弹簧1121和调节螺栓1122，压缩弹簧1121设于支撑件15与置物托盘11之间，调节螺栓1122依次贯穿置物托盘11、压缩弹簧1121和支撑件15与一螺母连接，通过转动调节螺栓1122来调节压缩弹簧1121的压缩程度从而对置物托盘11的端面进行调整；置物托盘11上设置有水平仪111对置物托盘11的水平度进行读取。

打印方式为：S1，通过软件设计或扫描生成三维模型；

S2，将三维模型导入3D打印机，并根据打印需求对置物托盘11进行调节，通过观察水平仪111调整好置物托盘11；

S3，启动3D打印机，依次控制支撑架喷头2和打印喷头3开始在置物托盘11上打印支撑和蜡模，打印时一层一层打印，先启动支撑架喷头2将支撑部分打印好后再启动打印喷头3打印蜡模部分；

S4，重复S3的步骤层层累加形成立体形状，当蜡模需要向支撑上延伸时，直接在完成的支撑上的基准面上打印即可，最终形成完整的蜡模，此时蜡模与支撑连接在一起；

S5，最后将打印出的蜡模放入到冷水中将支撑溶剂即可得到成品的蜡模。