校平组件及3D打印装置的制作方法

本申请涉及三维成型技术领域，尤其涉及一种校平组件及3D打印装置。

背景技术：

三维成型技术又称快速原型制造技术或加式制造技术，目前常用的技术包括：熔融沉积技术(简称：FDM技术)、立体光刻技术(简称：SLA技术)、选择性激光烧结技术(简称：SLS技术)、叠层成型技术(简称：LOM技术)以及三维喷墨打印技术(简称：3DP技术)等，这些技术通用的基本原理都是基于3D模型切片后逐层加工堆积起来制作3D物体。

其中，在使用3DP技术进行3D物体逐层打印过程中，分配的材料层厚度受分配装置结构性能、周围环境或者材料本身性能等的影响，导致打印的材料层表面不平整或打印的物体高度与实际目标物体的高度不一致。现有技术中为了克服上述技术问题，一种方式为在3D物体打印过程中在打印装置上安装一个铣刀用以将材料层表面铲平，如专利申请CN94193647.3所述，为了将铲下的碎屑从铣刀上移走还需安装一个真空管，结构相对复杂；另一种方式为：在打印装置上安装校平辊，通过控制器控制电机带动校平辊旋转，当校平辊与打印的材料层接触时，通过校平辊的转动校平材料层的表面，使打印的材料层表面平整或打印的物体高度与实际目标物体的高度一致，然后校平辊带走的废料通过刮刀将其刮到废料仓中收集起来。

然而，在3D物体打印过程中，由于分配装置或支撑平台在水平方向往复运动，当校平辊相对支撑平台最低点的旋转方向与分配装置相对支撑平台的移动方向相反时，校平辊会将打印的材料层表面多余的材料推走，而非将多余的材料提取到校平辊表面带走，由此造成打印的材料层表面的不同部位间的混料以及推走的材料最终被推到界面层的边缘，影响目标物体的尺寸精度。

技术实现要素：

本申请提供了一种校平组件及3D打印装置，能够解决上述问题。

本申请的第一方面提供了一种校平组件，用于3D打印装置，所述3D打印装置在打印过程中形成界面层；包括校平机构和升降机构，所述校平机构用于校平所述界面层，且通过所述升降机构能够向靠近或者远离所述界面层的方向运动。

优选地，所述升降机构包括固定部，所述校平机构沿所述界面层的叠加方向相对于所述固定部运动。

优选地，所述升降机构还包括传动部，所述校平机构通过所述传动部连接于所述固定部。

优选地，所述传动部包括丝杆，所述丝杆的一端绕平行于所述叠加方向的轴线与所述固定部转动连接，另一端与所述校平机构连接；

或者，所述传动部包括弹簧和电磁铁，所述电磁铁连接于所述固定部，所述弹簧的一端与所述电磁铁连接，另一端与所述校平机构连接；

或者，所述传动部包括凸轮，所述凸轮绕第一回转轴转动连接于所述固定部，所述第一回转轴同时垂直于所述叠加方向与所述界面层的打印方向；所述校平机构与所述凸轮的外周缘相抵靠。

优选地，所述升降机构还包括与所述叠加方向平行的导轨，所述导轨安装于所述固定部，所述校平机构滑动连接于所述导轨。

优选地，所述校平机构包括活动部与校平辊，所述校平机构通过所述活动部与所述升降机构连接；所述校平辊绕第二回转轴转动连接于所述活动部，所述第二回转轴同时垂直于所述叠加方向与所述界面层的打印方向。

优选地，还包括控制器，所述控制器用于控制所述升降机构的升降，和/或用于控制所述校平辊的转动。

优选地，还包括传感器，所述传感器用于检测所述校平机构与所述界面层是否接触。

本申请的第二方面提供了一种3D打印装置，包括上面任一项所述的校平组件。

优选地，还包括字车和分配装置，所述分配装置用于分配界面材料，以形成所述界面层；所述升降机构与所述分配装置均安装于所述字车。

优选地，还包括材料存储器，所述材料存储器用于给所述分配装置提供界面材料。

优选地，还包括三轴联动系统和支撑平台，

所述三轴联动系统的三轴分别为相互正交的X轴、Y轴与Z轴，所述X轴与所述界面层的打印方向平行，所述Z轴与所述叠加方向平行；

所述支撑平台用于承接所述界面材料；

所述字车与所述支撑平台通过所述三轴联动系统能够分别在所述X轴、所述Y轴、所述Z轴方向上相对运动。

优选地，还包括辐射源，所述辐射源安装在所述字车上。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的校平组件，通过增加升降机构，当校平机构相对于支撑平台的最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相反时，升降机构能够使校平机构向远离界面层的方向运动，进而使校平机构与界面层表面不接触，从而避免校平机构将界面层表面上多余的材料推走；当校平机构相对于支撑平台的最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相同时，升降机构能够使校平机构向靠近界面层的方向运动，进而使校平机构与界面层表面接触，以将界面层上多余的材料提取带走，使界面层表面平整，提高目标物体的尺寸精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请所提供的3D打印装置一种具体实施例的结构示意图；

图2为本申请所提供的3D打印装置实施例一中校平机构相对于支撑平台最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相反时的工作状态的结构示意图；

图3为本申请所提供的3D打印装置实施例一中校平机构相对于支撑平台最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相同时的工作状态的结构示意图；

图4为本申请所提供的3D打印装置实施例二中校平机构相对于支撑平台最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相反时的工作状态的结构示意图；

图5为本申请所提供的3D打印装置实施例二中校平机构相对于支撑平台最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相同时的工作状态的结构示意图；

图6为本申请所提供的3D打印装置实施例四中校平机构相对于支撑平台最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相反时的工作状态的结构示意图；

图7为本申请所提供的3D打印装置实施例四中校平机构相对于支撑平台最低点的运动方向与分配装置相对于支撑平台的移动方向相同时的工作状态的结构示意图。

附图标记：

10-校平组件；

11-升降机构；

111-传动部；

111a-电机；

111b-丝杆；

111c-电磁铁；

111d-弹簧；

112-固定部；

113-导轨

12-校平机构；

121-校平辊；

122-活动部；

123-驱动设备；

13-传感器；

20-字车；

30-材料存储器；

40-分配装置；

50-支撑平台；

60-控制器；

70-打印物体；

71-界面层；

80-辐射源。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。其中，在空间形成三维坐标系，如图1-7中的坐标系，X轴为界面层71的打印方向，Z轴为界面层71的叠加方向，Y轴为同时垂直于X轴与Z轴的方向。

如图1-2所示，本申请实施例提供了一种3D打印装置，用于3D物体的打印。3D打印装置在打印过程中在打印物体70上会形成界面层71，具体地，3D打印装置可包括校平组件10、材料存储器30、字车20、分配装置40、支撑平台50以及三轴联动系统，或者还包括辐射源80。

材料存储器30用来存储界面材料(包括成型材料和/或支撑材料)，以给分配装置40提供材料源，材料存储器30的数量不受限制，可以为一个或者多个，具体根据实际需求来定。分配装置40用于分配界面材料，以形成界面层71。支撑平台50用于承接分配装置40分配的界面材料，形成打印物体70，进而最后打印出目标物体。

校平组件10包括校平机构12和升降机构11，校平机构12用于校平界面层71，且通过升降机构11能够向靠近或者远离界面层71的方向运动。

采用上述校平组件10，通过增加升降机构11，当校平机构12相对于支撑平台50的最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相反时，升降机构11能够使校平机构12向远离界面层71的方向运动，进而使校平机构12与界面层71的表面不接触，从而避免校平机构12将界面层71表面上多余的材料推走；当校平机构12相对于支撑平台50的最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相同时，升降机构11能够使校平机构向靠近界面层71的方向运动，进而使校平机构11与界面层71表面接触，以将界面层71上多余的材料提取带走，使界面层71的表面平整，提高目标物体的尺寸精度。

具体地，校平机构12包括活动部122与校平辊121，如图1所示，校平机构12通过活动部122与升降机构11连接，校平辊121绕第二回转轴转动连接于活动部122，其中第二回转轴同时垂直于叠加方向与界面层71的打印方向。通过活动部122将校平辊121连接于升降机构11，升降机构11带动活动部122运动，以增加加工和连接的方便性。校平辊121朝向Y轴的正方向投影中，可以顺时针转动进行工作，也可以逆时针转动进行工作。可选地，在喷墨打印方向，若分配装置40位于校平机构12的前方且为右侧时，校平棍121逆时针转动进行工作；若分配装置40位于校平机构12的前方且为左侧时，校平棍121顺时针转动进行工作。

为了便于校平辊121转动的控制，校平机构12还包括驱动设备123，驱动设备123可以为电机，以带动校平辊121匀速转动。

通常，升降机构11包括固定部112，校平机构12沿界面层71的叠加方向相对于固定部112运动，从而缩短校平机构12与界面层71相对运动的距离，使二者能够快速相互靠近或者远离，且校平机构12在该方向上运动也不会对打印物体70造成干涉。当然，校平机构12也可以沿着与界面层71呈一非零夹角的方向，其运动路径可以为直线路径也可以为曲线路径。

进一步地，升降机构11还包括传动部111，校平机构12通过传动部111连接于固定部112，通过传动部111带动校平机构12运动，能够使校平机构的运动更平稳。

实施例一

如图2-3所示，传动部111包括丝杆111b，丝杆111b的一端绕平行于叠加方向的轴线与固定部112转动连接，另一端与校平机构12连接(在设有活动部122时，另一端与活动部122连接)，此处一般采用螺旋连接，即丝杆111b相对于固定部112转动，带动校平机构12相对于固定部112伸缩，从而使校平机构12靠近或者远离界面层71。其中，图2示出了当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相反时，即校平辊121沿图示的箭头方向转动，分配装置40相对于支撑平台50沿-X方向运动，校平辊121在丝杆111b的带动下向远离界面层71的方向运动，以使校平辊121与界面层71分离，由此防止校平辊121与界面层71接触将界面层71上多余的材料推走，进而造成界面层71上的不同部位间混料混色，甚至推走的材料聚集在界面层71的边缘影响目标物体在叠加方向上的精度；图3示出了当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相同时，即校平辊121沿图示的箭头方向转动，分配装置40相对于支撑平台50沿X方向运动，校平辊121在丝杆111b的带动下向界面层71的方向靠近，以使校平辊121与界面层71接触，从而通过校平辊121与界面层71的相互作用将界面层71上多余的材料提取至校平辊121上带走，最终通过清扫装置将校平辊121上的废料收集在废料收集池中。

其中，丝杆111b可以手动驱动，为了增加控制的精度以及控制的方便性，传动部111还包括电机111a，电机111a的一端固定于固定部112，另一端与丝杆111b连接。

第二实施例

如图4-5所示，传动部包括弹簧111d和电磁铁111c，电磁铁111c连接于固定部112，弹簧111d的一端与电磁铁111c连接，另一端与校平机构12连接(在包括活动部122时，与活动部122连接)。弹簧111d通常为伸缩弹簧，且其伸缩方向与叠加方向平行。在3D打印装置处于非工作状态时，弹簧111d处于压缩状态还是拉升状态可根据具体要求进行设置。一般地，当电磁体111c通电时，弹簧111d处于工作状态下的压缩状态，进而带动校平辊121远离界面层71；当电磁铁111c断电，弹簧111d处于非工作状态下的压缩状态或者自然状态，此时校平辊121向靠近界面层71的方向运动。具体地，图4示出了当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相反时，即校平辊121沿图示的箭头方向转动，分配装置40相对于支撑平台50沿-X方向运动，电磁铁111c通电，处于工作状态，弹簧111d收缩，进而带动校平辊121向远离界面层71的方向运动，以使校平辊121与界面层71分离，由此防止校平辊121与界面层71接触将界面层71上多余的材料推走，进而造成界面层71上的不同部位间混料混色，甚至推走的材料聚集在界面层71的边缘影响目标物体在叠加方向上的精度；图5示出了当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相同时，即校平辊121沿图示的箭头方向转动，分配装置40相对于支撑平台50沿X方向运动，电磁铁111c断电，弹簧111d处于非工作状态，带动校平辊121向界面层71的方向靠近，以使校平辊121与界面层71接触，从而通过校平辊121与界面层71的相互作用将界面层71上多余的材料提取至校平辊121上带走，最终通过清扫装置将校平辊121上的废料收集在废料收集池中。

第三实施例

传动部111包括凸轮(图中未示出)，凸轮绕第一回转轴转动连接于固定部112，第一回转轴同时垂直于叠加方向与界面层的打印方向；校平机构12(在设有活动部122时为活动部122)与凸轮的外周缘相抵靠。通过校平机构12与凸轮的凸起部分接触或者与平缓部分接触，实现校平机构12相对于界面层71的远离或者靠近。通常，当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相反时，校平机构12自与凸起部分接触逐渐运动至与平缓部分接触，进而带动由校平辊121向远离界面层71的方向运动，以使校平辊121与界面层71分离，由此防止校平辊121与界面层71接触将界面层71上多余的材料推走，进而造成界面层71上的不同部位间混料混色，甚至推走的材料聚集在界面层71的边缘影响目标物体在叠加方向上的精度；当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相同时，校平机构12自与平缓部分接触逐渐运动至与凸起部分接触，从而带动校平辊121向界面层71的方向靠近，以使校平辊121与界面层71接触，进而通过校平辊121与界面层71的相互作用将界面层71上多余的材料提取至校平辊121上带走，最终通过清扫装置将校平辊121上的废料收集在废料收集池中。

实施例四

校平辊121可以在整个打印过程中一直处于转动状态，也可以仅在校平辊121与界面层71接触时处于转动状态，为了节省能源，相较于实施例一、二、三，实施例四增加了传感器13，如图6-7所示，传感器13用于检测校平机构12与界面层71是否接触，当检测到校平机构12与界面层71接触时，控制校平辊121转动；当检测到校平机构12与界面层71分离时，控制校平辊121停止转动。其中，传感器13可以为接触式传感器、视觉传感器、压力传感器或者红外传感器。传感器13可以安装于校平机构12、升降机构11或者支撑平台50，为了保证检测的方便性，传感器13安装于校平辊121。其中，图6示出了当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相反时，传感器13检测到校平辊121与界面层71分离，控制校平辊121停止转动的工作状态；图7示出了当校平机构12相对于支撑平台50最低点的运动方向与分配装置40相对于支撑平台50的移动方向相同时，传感器13检测到校平辊121与界面层71接触，控制校平辊121转动的工作状态。

不论采用上述哪种方式，为了保证校平机构12运动的平稳性，升降机构11还包括导轨113，如图1-7所示，导轨113安装于固定部112，校平机构12滑动连接于导轨113。在校平机构12沿叠加方向靠近或者远离界面层71时，导轨113与叠加方向平行。可选地，导轨113为直线导轨。

进一步地，为了方便升降机构11以及校平机构12的控制，校平组件10还包括控制器60，控制器60用于控制升降机构11的升降，以及用于控制校平辊121的转动，在包括传感器13时，传感器13与控制器60信号连接，以进一步方便控制。当然，控制器60也可以仅控制升降机构11或者校平机构12。

通常，在3D打印装置中，升降机构11与分配装置40均安装于字车20。

此外，3D打印装置还包括三轴联动系统，三轴联动系统的三轴分别为相互正交的X轴、Y轴与Z轴，X轴与界面层71的打印方向平行，Z轴与叠加方向平行；字车20与支撑平台50通过三轴联动系统能够分别在X轴、Y轴、Z轴方向上相对运动。具体地，支撑平台50和字车20之间的相互运动关系可以是：字车20在X轴、Y轴方向上运动，支撑平台50在Z轴方向上运动，或者支撑平台50在X轴、Y轴方向上运动，字车20在Z轴方向上运动，或者字车20、支撑平台50均可以在X轴、Y轴、X轴方向上运动，以便在一层或者数层界面层71形成后，字车20与支撑平台50相对运动一个或者数个界面层71，从而继续叠加界面层71。在设有控制器60时，可选地，三轴联动系统与控制器60信号连接，以方便对三轴联动系统的控制。

上述各实施例中，当打印的材料为光固化材料时，在打印过程中需要使用辐射源80提供光照，使界面材料进行光固化。辐射源80可以安装于字车20，辐射源80具体可以是LED灯或者其它光源。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。