移动式3D打印机及其打印方法与流程

本发明涉及一种移动式3D打印机及其打印方法，属于3D打印领域。

背景技术：

3D打印机是一种采用累积制造技术（即快速成形技术）的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。目前，3D打印机曝光固化时，都是采用整层一体固化，当固化面积较大时，固化时间较长，非常影响打印速度；此外，固化结束后，为实现固化层与盛放溶液的物料槽快速脱离，一般会选用斜拔式（如公开号为CN104309128A的专利“一种3D打印装置及其打印方法”中所述的斜拔组件）或旋转式的物料槽，前者结构较为复杂，脱离时间长，后者只适合一些粘度较高的打印溶液。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种移动式3D打印机及其打印方法，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种移动式3D打印机及其打印方法，具有固化时间短、打印速度快等特点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种移动式3D打印机，包括机座，以及设置在机座上的曝光机构、打印机构、盛液机构和控制机构；其中，所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台，所述盛液机构包括用于盛放打印溶液的物料槽，用于驱动物料槽滑动的驱动组件，所述物料槽底部设有若干个间距一致的等宽度透明条纹，相邻2个透明条纹之间为非透明条纹，所述透明条纹的宽度大于非透明条纹宽度，透明条纹与非透明条纹之间设有高度差；曝光机构的曝光口与打印平台相对应，曝光固化的光通过物料槽底部的透明条纹直射打印平台。

作为优选，所述透明条纹的宽度为3~20mm，所述非透明条纹与透明条纹的宽度差为1~5mm。

作为优选，所述透明条纹和非透明条纹的水平高度差为0.1mm-10mm。

作为优选，所述驱动组件包括物料槽固定座、导轨，以及带动物料槽固定座移动的驱动部件，所述导轨固定安装在机座面板上，所述物料槽固定座底部通过滑块滑动安装在导轨上，所述物料槽固定座侧边与驱动部件相连，物料槽固定座移动方向与透明条纹的长度延伸方向相垂直。

作为优选，所述驱动部件包括驱动电机，与驱动电机相连的第一齿轮，与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第二齿轮通过弹性件与物料槽固定座相连，通过驱动电机带动第一齿轮和第二齿轮运动，从而带动物料槽固定座沿导轨滑动。

作为优选，所述第二齿轮为条形齿轮，条形齿轮的两端分别通过直线弹簧与物料槽固定座相连，通过直线弹簧，可以使驱动电机驱动时具有一定的缓冲空间，防止驱动电机转动过度而受损。

作为优选，所述机座面板上进一步设有定位器，所述定位器位于物料槽固定座的移动末端，用于精确调节物料槽的移动距离。

作为优选，所述定位器采用千分尺。

作为优选，所述机座面板上进一步设有位置传感器，用于物料槽初始位置的精确定位。

上述移动式3D打印机的打印方法，包括如下步骤：

步骤1、手动调节定位器，设定好物料槽的移动距离，控制机构控制曝光机构、打印机构、盛液机构开始工作，驱动组件带动物料槽移动到初始位置；

步骤2、打印平台下降至物料槽底部，此时，打印平台下表面与物料槽底最小间距为单层打印的厚度，曝光机构通过透明条纹区域向打印平台投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上；

步骤3、固化结束后，物料槽向移动末端移动（X+Y）/2的距离，其中，X为透明条纹的宽度，Y为非透明条纹的宽度，物料槽移动后，透明条纹正对该固化层的未固化区域，非透明条纹正对该固化层的已固化区域；

步骤4、曝光机构再次通过透明条纹区域向打印平台投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上，此时固化层整层固化结束，物料槽开始移动，打印平台固化层随着物料槽移动而与物料槽底脱离，打印平台向上提升一个固化层距离，物料槽恢复到初始位置；

步骤5、重复上述打印步骤进行第二层固化，直至整个打印过程结束。

与现有3D打印机相比，本发明所述的移动式3D打印机及其打印方法具有如下优点：

1、 固化时间短：通过透明条纹和非透明条纹间隔设置，使固化面积变小，被固化的打印溶液散热快，进而使固化时间大幅度缩短；

2、 平滑速度快：物料槽底的透明条纹和非透明条纹之间设有高低差，使物料槽底与打印平台间留有一定空隙，进而可以使打印平台快速脱离物料槽底，物料槽左右移动过程中即可实现快速打印，又可实现快速脱离；

3、打印速度快：因为打印平台脱离物料槽底后可快速上升，再加上固化时间短，物料槽平滑速度快，从而可以使整个打印时间大幅度缩短，是一般3D打印机打印速度的2~10倍。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的移动式3D打印机立体结构示意图；

图2为本实施例的移动式3D打印机俯视图；

图3为本实施例的物料槽俯视图；

图4为本实施例的物料槽立体结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种移动式3D打印机，包括机座1，以及设置在机座1上的曝光机构2、打印机构3、盛液机构4和控制机构5。在本实施例中，所述机座包括底板11、上面板12，以及位于底板11与上面板12之间的数个立柱13，其中，所述曝光机构2和控制机构5固定安装在底板11上，所述打印机构3、盛液机构4安装在上面板12上。曝光机构2为投影仪，具体可以采用DLP投影仪。所述打印机构3包括模组31、滑动安装在模组31上的打印平台32，所述打印平台32通过垂直设置在模组31内的丝杠实现上下滑动，打印平台32与丝杠相连，丝杠与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠转动，进而带动打印平台32移动，在打印过程中，打印平台32可匀速上升。所述控制机构5采用微处理器控制，控制机构5分别与曝光机构2、打印机构3和盛液机构4相连，用于控制各个机构的动作。

所述盛液机构4包括用于盛放打印溶液的物料槽41，以及用于驱动物料槽41水平滑动的驱动组件，如图3-4所示，所述物料槽41底部设有若干个间距一致的等宽度透明条纹411，相邻2个透明条纹411之间形成非透明条纹412，所述透明条纹411的宽度大于非透明条纹宽度412。所述透明条纹411用于透过曝光机构的光，所述非透明条纹412用于阻挡曝光机构的光，非透明条纹412的实现可以采用多种方式，如在透明的物料槽底设置非透光的膜，或者在透明的物料槽底进行磨砂处理。在本实施例中，所述透明条纹411的宽度为7mm，所述非透明条纹412的宽度为5mm。为方便打印平台32与物料槽41的快速脱离，所述透明条纹411和非透明条纹412设有高度差，一般为0.1mm-10mm，具体根据物料槽41的大小而定，一般物料槽41面积越大，其透明条纹411和非透明条纹412的宽度也越大，高度差也越大，在本实施例中，所述透明条纹411所在平面比非透明条纹412所在平面高出0.2mm。所述曝光机构2的曝光口与打印平台32相对应，曝光固化的光通过物料槽41底部的透明条纹411直射打印平台，实现对应区域的固化。

所述驱动组件包括物料槽固定座42、导轨43，以及带动物料槽固定座移动的驱动部件，所述导轨43固定安装在机座上面板12上，所述物料槽固定座42底部通过滑块44滑动安装在导轨43上，所述物料槽固定座42侧边与驱动部件相连，物料槽固定座42移动方向与透明条纹411的长度延伸方向相垂直。

在本实施例中，所述驱动部件包括驱动电机45，与驱动电机45相连的第一齿轮46，与第一齿轮46相啮合的第二齿轮47，所述第二齿轮47采用条形齿轮，所述第二齿轮47通过弹性件48与物料槽固定座42相连，条形齿轮的两端分别通过直线弹簧与物料槽固定座42相连，通过直线弹簧，可以使驱动电机45驱动时具有一定的缓冲空间，防止驱动电机45转动过度而受损。驱动部件工作原理：通过驱动电机45带动第一齿轮46和第二齿轮47运动，从而通过弹性件48带动物料槽固定座42沿导轨43滑动。

为精确调节物料槽41的移动距离，所述机座上面板12上设有定位器49，定位器49具体可以采用水平放置的千分尺，通过千分尺可以调节物料槽41的移动距离，具体在使用时，为保护千分尺免受碰撞影响精度，一般会在物料槽41和定位器49之间放置一个位置可调的限位块491，通过限位块491间接调整物料槽41的移动距离。所述定位器49位于物料槽固定座42的移动末端。

为保证物料槽41初始位置精确定位，所述机座上面板12上进一步设有位置传感器40，所述位置传感器40一般安装在物料槽固定座42的移动始端处。

上述移动式3D打印机的打印方法，包括如下步骤：

步骤1、先手动调节定位器49（千分尺）和限位块494，设定好物料槽41的移动距离（6mm），控制机构5控制曝光机构2、打印机构3、盛液机构4开始工作，驱动组件带动物料槽41移动到初始位置，位置传感器40检测到物料槽41的到位信息，并发送给控制机构5；

步骤2、打印平台32下降至物料槽41底部，此时，打印平台31下表面与物料槽41底最小间距为单层打印的厚度，曝光机构2通过透明条纹411区域向打印平台32投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台32上；

步骤3、固化结束后，物料槽41向移动末端移动（7+5）/2mm的距离，其中，7mm为透明条纹的宽度，5mm为非透明条纹的宽度，物料槽41移动后，透明条纹411正对该固化层的未固化区域，非透明条纹412正对该固化层的已固化区域；

步骤4、曝光机构2再次通过透明条纹411区域向打印平台32投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台32上，此时固化层整层固化结束，物料槽41开始移动，打印平台32固化层随着物料槽41移动而与物料槽41底脱离，打印平台32向上提升一个固化层距离，物料槽41回复到初始位置；

步骤5、重复上述打印步骤进行第二层固化，直至整个打印过程结束。

本实施例所述的移动式3D打印机及其打印方法，通过透明条纹411和非透明条纹412间隔设置，使固化面积变小，被固化的打印溶液散热快，进而使固化时间大幅度缩短；物料槽41底的透明条纹411和非透明条纹412之间设有高低差，使物料槽41底与打印平台32间留有一定空隙，可以使打印平台32快速脱离物料槽底，物料槽41左右移动过程中即可实现快速打印，又可实现快速脱离；因为打印平台32脱离物料槽31底后可快速上述，再加上固化时间短，物料槽41平滑速度快，从而可以使整个打印时间大幅度缩短，是一般3D打印机打印速度的2~10倍。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。