一种全彩3D打印机及打印方法与流程

本发明属于3D打印设备领域，尤其是一种全彩3D打印机及打印方法。

背景技术：

3D打印技术到目前为止发展迅猛，目前3D打印依然处在色彩单一或者用料成本昂贵的发展问题，现有的彩色3D打印机价格昂贵，且在打印过程中只能实现集中简单颜色的堆叠拼接，无法满足色彩复杂和色彩饱和度高的艺术品生产。

技术实现要素：

发明目的：提供一种全彩3D打印机及打印方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种全彩3D打印机包括：

机架总成；

运动控制系统，包括：固定安装在机架总成上的运动机构和电连所有运动机构的控制芯片；

打印控制系统包括：安装在运动机构上的打印组件，以及连接打印组件的送料装置；

喷墨控制系统，包括设在运动机构上的喷墨组件以及连接喷墨组件的供墨装置；

所述喷墨组件通过打印机喷绘软件进行控制，所述喷绘系统中设有多种可供切换的颜色模型，所述喷墨组件包括传动连接在运动机构上的喷墨安装座，固定安装在喷墨安装座上的机械臂以及固定连接在机械臂一端的喷墨喷头，所述喷墨安装座为两组，喷墨安装座对称的安装在打印组件的两侧。

在进一步的实施例中，所述机架总成包括：多组支撑横梁和固定连接支撑横梁的支撑竖梁，所述底部支撑横梁的一端固定连接支撑面板，所述支撑面板上固定连接电机安装座。

在进一步的实施例中，所述运动机构包括：平行于支撑竖梁的Z轴升降机构，对称安装在Z轴升降机构一端且固定连接在支撑横梁的第一Y轴运动机构和第二Y轴运动机构，传动连接在Y轴运动机构上的第一X轴运动机构，固定安装在支撑横梁且平行于第一X轴运动机构的第二X轴运动机构和第三X轴运动机构。

在进一步的实施例中，所述Z轴升降机构包括：固定安装在支撑面板上的第一伺服电机，传动连接在第一伺服电机动力输出轴一端的Z轴传动组件，传动连接Z轴传动组件的两组Z轴丝杠组件，以及穿插且传动安装在两组Z轴丝杠组件上的打印工位。

在进一步的实施例中，所述第一Y轴运动机构和第二Y轴运动机构中设有第二伺服电机、第三伺服电机以及传动连接第二伺服电机、第三伺服电机的第一Y轴丝杠组件和第二Y轴丝杠组件。

在进一步的实施例中，所述打印组件传动安装在第一X轴运动机构上，所述喷墨安装座传动安装在第二X轴运动机构和第三X轴运动机构上；所述打印组件包括传动安装在第一X轴运动机构上的打印安装座，固定安装在打印安装座上的打印喷头，以及设在打印喷头上的散热装置。

在进一步的实施例中，所述喷墨组件中还包括有光栅元件，作为喷墨喷头位置反馈装置。

在进一步的实施例中，所述第二X轴运动机构和第三X轴运动机构中设有第五伺服电机、第六伺服电机，伺服电机动力输出端传动连接第二X轴同步带和第三X轴轨同步带，第二X轴同步带和第三X轴轨同步带的一侧固定连接有连接块，连接块的另一端固定连接在喷墨安装座的底部；同时支撑横梁上设有第二X轴滑轨241和第三X轴滑轨，喷墨安装座的一侧设有与滑轨卡接的型槽。

在进一步的实施例中，所述喷墨喷头的内部设有墨管并通过墨管连通供墨装置，所述机械臂包括：固定连接喷墨安装座的底座设在底座上的第一旋转机构，固定连接第一旋转机构的第一连接臂，设在第一连接臂另一端的第二旋转机构，以及连接在第二旋转机构一端的第二连接臂；所述第二连接臂的一端固定安装喷墨喷头。

在进一步的实施例中，所述供墨装置包括：墨管和墨管连通的墨盒，墨管和墨盒中设有多个电控制阀，控制墨水的进出量，墨盒内设有压力传感器感应墨水的余量。

在进一步的实施例中，包括如下工作步骤：

S1、预先在与打印机连接的电脑上导入三维打印模型，对三维打印模型进行上色编辑分别生成打印文件和喷墨文件发送至打印机；

S2、打印机根据打印文件控制运动机构带动打印喷头逐层打印；

S3、打印完成后，打印机根据喷墨文件构造的三位图像表面规划打印路径和配色色谱，同时获取工作参数，控制芯片根据工作参数控制运动机构和机械臂带动喷墨喷头对打印成型件的两侧同时喷墨；

S4、同时在喷墨过程中，光栅元件检测喷墨头位置防止喷墨过程中出现偏差。

有益效果： 本发明和现有技术相比，本发明通过运动控制系统的机械运动联合喷墨控制系统，在打印控制系统的打印组件中增加两组喷墨组件，在打印成型后喷墨喷头可同时从打印件的两侧进行同步上色，实现3D打印件的全彩打印，兼容多种颜色模型将平面色彩打印中的色彩模型应用到3D打印中，降低3D全彩打印材料成本，以及实现3D打印艺术品的集成化生产。

附图说明

图1是本发明全彩3D打印机的正视图。

图2是本发明全彩3D打印机的立体图。

图3是本发明第二X轴运动机构的正视图。

图4是本发明第三X轴运动机构的俯视图。

图5是本发明全彩3D打印机的工作原理图。

图6是本发明打印组件的结构示意图。

附图标记为：机架总成1、支撑横梁10、支撑竖梁11、打印工位12、运动机构2、Z轴升降机构20、第一伺服电机200、Z轴传动组件201、Z轴丝杠组件202、第一Y轴运动机构21、第二伺服电机210、第一Y轴丝杠组件211、第二Y轴运动机构22、第三伺服电机220、第二Y轴丝杠组件221、第一X轴运动机构23、第四伺服电机230、第一X轴丝杠组件231、第二X轴运动机构24、第五伺服电机240、第二X轴滑轨241、第二X轴同步带242、第三X轴运动机构25、第六伺服电机250、第三X轴滑轨251、第三X轴轨同步带252、打印组件3、打印安装座30、加热装置31、打印喷头32、散热装置33、喷墨组件4、机械臂40、喷墨喷头41、喷墨安装座42。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1至图2所示的一种全彩3D打印机包括：机架总成1、运动控制系统、打印控制系统以及喷墨控制系统。其中，机架总成1包括：多组支撑横梁10和固定连接支撑横梁10的支撑竖梁11，底部支撑横梁10的一端固定连接支撑面板，支撑面板上固定连接电机安装座。

打印控制系统包括：安装在运动机构2上的打印组件3，以及连接打印组件3的送料装置，送料装置对打印组件3进行送料，送料装置属于现有技术，因此不做详细描述。其中，运动机构2分为X、Y和Z轴三个方向的运动机构2，包括：Z轴升降机构20、第一Y轴运动机构21、第二Y轴运动机构22、第一X轴运动机构23、第二X轴运动机构24和第三X轴运动机构255。Z轴升降机构20固定安装机架总成1上且平行于支撑竖梁11；第一Y轴运动机构21和第二Y轴运动机构22对称安装在Z轴升降机构20一端且固定连接在支撑横梁10的一侧；第一X轴运动机构23传动连接在第一Y轴丝杠组件211和第二Y轴丝杠组件221上，第二X轴运动机构24和第三X轴运动机构255固定安装在支撑横梁10上且与第一X轴运动机构23平行。打印组件3传动安装在第一X轴运动机构23上。控制芯片可控制机构机构带动打印组件3实现X和Y轴方向的运动。

喷墨控制系统包括：喷墨组件4和供墨装置；喷墨组件4设在运动机构2上，供墨装置通过墨管连接喷墨组件4然后对喷墨组件4进行供墨。

如图5所示控制芯片控制运动机构2带动打印组件3和喷墨组件4完成机械运动。喷墨组件4通过打印机喷绘软件进行控制，打印机喷绘软件喷绘系统中设有可供切换的颜色模型，如RGB颜色模型可以通过软件转换为CMYK颜色模型，通过四色墨料进行特定颜色的配比，实现颜色精确仿真，如图3所示喷墨组件4包括传动连接在运动机构2上的喷墨安装座42，固定安装在喷墨安装座42上的机械臂40以及固定连接在机械臂40一端的喷墨喷头41，所述喷墨安装座42为两组，喷墨安装座42对称的安装在打印组件3的两侧，能够在打印完成后对打印成型件进行同步双面上色，缩短喷涂周期。

在进一步的实施例中，Z轴升降机构20包括：固定安装在支撑面板上的第一伺服电机200，传动连接在第一伺服电机200动力输出轴一端的Z轴传动组件201，传动连接Z轴传动组件201的两组Z轴丝杠组件202，以及穿插且传动安装在两组Z轴丝杠组件202上的打印工位12，打印工位12在第一伺服电机200的带动下在两侧Z轴丝杠组件202沿Z轴方向运动，从而使成型件实现升降功能。Z轴传动组件201包括：第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、传动带以及张紧轮；第一伺服电机200动力输出轴一端套接有第一传动轮，两组Z轴丝杠组件202的一端设有第二传动轮和第三传动轮，传动带套接在第一传动轮、第二传动轮和第三传动轮上，并通过第一传动轮两侧的两个张紧轮调节传动带的松弛程度。第一伺服电机200将动力通过Z轴传动组件201将动力向两侧的Z轴丝杠组件202同步传递。

在进一步的实施例中，第一Y轴运动机构21和第二Y轴运动机构22中设有第二伺服电机210、第三伺服电机220以及传动连接第二伺服电机210、第三伺服电机220的第一Y轴丝杠组件211和第二Y轴丝杠组件221。第二伺服电机210和第三伺服电机220通过联轴器连接在丝杠杆的一端，控制芯片控制第二伺服电机210和第三伺服电机220同步转动，从而带动传动连接在第一Y轴丝杠组件211和第二Y轴丝杠组件221上的第一X轴运动机构23在第一Y轴和第二Y轴方向上同步运动，从而使第一X轴运动机构23实现在Y轴方向的运动。X轴和Z轴上的第二至第六伺服电机均采用型号为42HB34F08AB-06步进电机。Z轴伺服电机型号为14SH5401-05H。

在进一步的实施例中，喷墨安装座42传动安装在第二X轴运动机构24和第三X轴运动机构255上；打印组件3包括：打印安装座30、打印喷头32以及散热装置33，打印安装座30传动安装在第一X轴丝杠组件231上，第四伺服电机230传动连接在第一X轴丝杠组件231的一端；第四伺服电机230的动力输出轴带动第一X轴丝杠转动，从而使打印安装座30在第一X轴丝杠组件231上沿着第一X轴方向运动。如图6所示打印喷头32固定安装在打印安装座30的一侧，打印喷头32的外侧设有加热装置31，加热装置31对送料装置中的料线进行热熔，从而使打印材料从喷头中挤出，散热装置33设在打印喷头32的两侧，对打印喷头32进行散热。

在进一步的实施例中，如图4所示，第二X轴运动机构24和第三X轴运动机构255中设有第五伺服电机240、第六伺服电机250，伺服电机动力输出端传动连接第二X轴同步带242和第三X轴轨同步带252，第二X轴同步带242和第三X轴轨同步带252的一侧固定连接有连接块，连接块的另一端固定连接在喷墨安装座42的底部；同时支撑横梁10上设有第二X轴滑轨241和第三X轴滑轨251，喷墨安装座42的一侧设有与滑轨卡接的型槽。

在进一步的实施例中，喷墨喷头41的内部设有墨管并通过墨管连通供墨装置，供墨装置包括：墨管和墨管连通的墨盒，墨管和墨盒中设有多个电控制阀，控制墨水的进出量，墨盒内设有压力传感器感应墨水的余量。墨水通过毛细作用在墨管中实现连续补充，同时墨水通过气压控制设备保持不受重力作用，防止在Z轴运动过程中出现，因重力墨水意外外溢做自由落体运动，此处的气压控制设备为真空泵，真空泵连接在供墨装置的一侧，控制墨管内部的压力。

连通机械臂40包括：固定连接喷墨安装座42的底座设在底座上的第一旋转机构，固定连接第一旋转机构的第一连接臂，设在第一连接臂另一端的第二旋转机构，以及连接在第二旋转机构一端的第二连接臂；第二连接臂的一端固定安装喷墨喷头41。第一旋转机构和第二旋转机构外部均设有为活动关节，内部设有驱动元件和连接法兰，驱动元件包括电机和减速器，电机动力输出轴与减速器的输入轴连接，减速机的输出轴连接法兰连接，第一旋转机构带动第一连接臂实现多个自由角度的转动，第二旋转机构在第一旋转机构的基础上再次转动，从而实现喷墨喷头41多角度的调整使喷头紧贴三维模型表面。喷墨组件4中还包括有光栅元件，作为喷墨喷头41位置反馈装置，使控制芯片能够精确的定位喷头与模型件的位置，完成喷墨动作。

在进一步的实施例中，喷墨喷头41中设有四色进墨口，可根据CMYK颜色模型按照色谱比例进行配置颜色，满足打印的需求。

工作步骤如下：

S1、预先在与打印机连接的电脑上导入三维打印模型，对三维打印模型进行上色编辑分别生成打印文件和喷墨文件发送至打印机；

S2、打印机根据打印文件控制运动机构2带动打印喷头32进行逐层打印，打印完成后打印组件3停止工作；

S3、打印完成后，打印机根据喷墨文件建立的色彩喷涂设定控制运动机构2和机械臂40带动喷墨喷头41对打印成型件的两侧同时喷墨。

本发明通过运动控制系统的机械运动联合喷墨控制系统，实现3D打印件的全彩打印，兼容多种颜色模型将平面色彩打印中的色彩模型应用到3D打印中，降低3D全彩打印材料成本，以及实现3D打印艺术品的集成化生产。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。