一种薄膜材质为原料的3d彩色激光打印机的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明专利涉及一种使用薄膜材料为原料的激光三维打印机，属材料成型的智能制造装备。
【背景技术】
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[0002]3D (Dimens1ns)打印，也叫三维打印,最近几年开始普及。从使用的原料种类来区分，有如下体制:
[0003]SLA (Stereo Lithography Apparatus)体制，采用液体原料,激光选择性分层制造;
[0004]SLS (Selected Laser Sintering)体制,采用塑料和金属粉体分层制造；其中粉体型机器，又分为同轴送粉体制和辊筒送粉、刮刀送粉类别。
[0005]FDM(Fused Deposit1n Modeling)体制,材料采用塑料丝线，喷嘴熔融挤出；
[0006]LOM(Laminated Object Manufacturing)体制，采用薄膜材料层层切割、粘接而成；
[0007]以上各类体制的产品，都开始成熟并普及，但是每种体制都有其优点，又有其缺点。
[0008]SLS体制的3D打印机，其制造出的产品精度差，表面粗燥，但是产品力学指标逼近注塑工艺，打印成型的可以直接使用，有其突出优势；
[0009]SLA体制3D打印机，其制造产品表面精度高，但是一般不耐高温(100度)，产品较脆，适合做样品和用于制造硅胶模具；
[0010]FDM体制3D打印机，精度比SLS体制3D打印机低，制造体积大的部件，容易变形，产品力学指标差；
[0011]LOM体制的机器，一般用于铸造模型，产品精度不高，力学指标也差；
[0012]目前，一类混合技术开始出现，例如在液体SLA体制的3D打印机原料中添加特殊光固化促进剂来改进耐温性和材料韧性，如:基恩士(KEYENCE)在“第24届设计及制造解决方案展(DMS 2013) ”(2013年6月19?21日在东京有明国际会展中心举行)上，展出的3D打印机新产品“AGILISTA-3100”。该款3D打印机可以像喷墨打印机一样，首先从打印机喷头喷出熔融状态的紫外线树脂形成层，然后向喷出的熔融树脂照射紫外线使其硬化，之后再层叠下一层。也就是通常说的喷墨式3D打印机。
[0013]这类3D打印机的一大特点是:采用弹性、刚性、透明性及形状保持性均衡的新型树脂作为材料(模型材料)，以及把积层间距减小至15 μ m来实现高精度造型。另外，还把能在造型过程中保持形状的支撑件材料(支撑材料)改为能溶于水的材料，从而省掉了去除支撑件的麻烦。
[0014]该类3D打印机采用聚氨酯改性丙烯类或聚氨酯改性聚丙二醇材料，应用范围扩大到了以下领域:(I)弹簧、卡扣、铆螺母等要求具备柔软性的部件的评估试制；(2)用于制造要求具备刚性的夹具及试制模具；(3)在造型品上安装其他部件，利用透明性进行评估，坐坐寸寸O
[0015]以上体制机器尽管拓展了材料种类和改进了机器结构，例如增加喷嘴数量和增加激光头数量，提升激光机扫描速度，但是3D打印机制品成本高的主要两个因素，一个是制造原料贵，一个是制造速度慢依然没有彻底解决。
[0016]以SLS体制为例，专利CN102311637A发明人许小曙、周红卫等公开了“一种用于选择性激光烧结的尼龙复合材料及其制备方法”，其原料制造需要把塑胶粒制成粉体和筛分，导致3D打印原料成本上扬，类似的，其他3D打印体制原料都比常规的塑胶成型原料贵许多倍。
[0017]彩色的3D打印机，也开始出现，主要是液态机器和FDM体制机器体制机器，原料成本相比单色的更贵。
[0018]爱尔兰Mcor technologies公司开发出一种采用普通A4纸张为原料的彩色3D打印机器，解决了部分时尚产品3D打印成型的难题，如人偶、灯具、模型等等，这类机器，类似LOM体制，先用普通四色彩色打印机打印物体分层图像于纸张上，再把纸张涂胶和切割堆积起来。用纸张来做3D打印原料,具备材料价格便宜和具备广阔的市场前景。然而，Mcortechnologies公司开发的机器采用刀片切割每张纸上产品轮廓，速度慢、切割有毛边、制造幅面只有A4大小，刀片易磨损、材料种类只能是单一的纸张等系列缺陷。
【发明内容】
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[0019]本发明的目的在于提供一种用薄膜材料种类广泛、价格便宜且是全彩色的激光3D打印机，来解决上述彩色3D打印机缺陷。
[0020]所采用的技术方案是:
[0021]—种薄膜材质的3D (Dimens1ns)激光彩色打印机,用于把数字3D文件,用薄膜材料通过本打印机层层切割、堆叠进而实现3D打印成型；该系统由软件和硬件组成，具体是数据前处理软件、薄膜材料平面打印分系统、薄膜材料搬运分系统、薄膜涂胶分系统、薄膜压实分系统、薄膜激光切割分系统、薄膜厚度和焦距测量控制分系统、空气循环净化分系统、出膜机构、整机软硬件等组成；其特征在于:各分系统既独立又互相紧密配合完成薄膜材料的印刷、薄膜叠层、薄膜单页搬运、薄膜涂胶、薄膜压实、薄膜激光切割、薄膜出料等工作；
[0022]本发明采用激光切割，不使用刀片，使得切割材料可以是纸张、塑料薄膜、金属薄膜，纤维材料，拓展了 3D打印的材料种类同时也相比刀片切割提升了切割速度，本发明采用动态扫描高速激光振镜，扫描速度可达每秒13米以上，激光切割薄膜的激光器波长是红外频段光源或者紫外频段光源；由于激光机功率可以设置，因此材料种类可以拓展到除纸张之外的其他类别，如金属铝箔、铜箔、碳纤维、芳纶纤维等。
【附图说明】
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[0023]图1是本发明3D彩色激光打印机的结构示意图；
[0024]图1中I表TJK设备外壳；
[0025]图1中2表示线性轴承；
[0026]图1中3表示上料滑座；
[0027]图1中4表示上料手臂；
[0028]图1中5表示抽真空吸盘及X、Y、水平旋转平台；
[0029]图1中6表示上料桶升降台；
[0030]图1中7表示上料桶；
[0031 ] 图1中8表TJK上料桶手柄；
[0032]图1中9表示涂胶区；
[0033]图1中10表示烘烤区；
[0034]图1中11表示激光器；
[0035]图1中12表示成型桶升降台(即:加工平台)；
[0036]图1中13表示成型桶手柄；
[0037]图1中14表示成型桶；
[0038]图1中15表示压实盘；
[0039]图1中16表示压实手臂；
[0040]图1中17表示压实滑座；
[0041]图1中18表示线性轴承；
[0042]图1中19表示键盘；
[0043]图1中20表示电脑及显示器；
[0044]图1中21表示气体循环管道；
[0045]图1中22表示气体过滤器；
[0046]图1中23表示三维打印好的薄膜材料。
[0047]本设备由外壳(图1中附图标记I)、搬料系统(由图1中附图标记2、3、4、5、6、7、8组成)、薄膜压实分系统(由图1中附图标记15、16、17、18组成)、空气净化分系统(由图1中附图标记21、22组成)、涂胶系统(图1中附图标记9)、烘烤系统(图1中附图标记10)、视觉校正系统(由图1中附图标记5、20组成)、切割系统(由图1中附图标记11、19、20组成)、成型产品取出机构(由图1中附图标记12、13、14组成)九大部分构成。
【具体实施方式】
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[0048]数据前处理软件，装载在3D打印机电脑中(见图1中附图标记19和20)或者独立装在本机器外壳(图1中附图标记I)之外的电脑中，待制造的产品3D数据文件，为通用的三维造型软件设计的格式，用前处理软件处理成对应与每张薄膜的切片文件，保持了彩色的信息，用于提供给薄膜材料平面打印分系统打印(可采用普通彩色打印机实现)；选用薄膜材料，薄膜材料厚度在120微米至8微米之间，使用的薄膜材料为纸张、塑料薄膜、纤维材料、金属薄膜；薄膜材料平面打印分系统采用目前市场上成熟的平面打印机技术，打印薄膜幅面是A1、A2、A3、A4幅面；在每张薄膜四个角上，打印对位的十字叉；薄膜搬运分系统(由图1中附图标记2、3、4、5、6、7、8组成)，采用真空吸板(见图1中附图标记5)，每次自动吸起一张薄膜(见图1中附图标记23)，再水平移动到涂胶区域，启动涂胶分系统进行涂胶(见图1中附图标记9);其胶水是水性环保的胶水；搬运薄膜的装置，带有自动上下对准十字叉的视觉定位功能，实现相邻薄膜之间上下精确对准功能，为此，搬运真空吸板固定在具备X-Y和水平三个维度的位置调整偏差进行调整功能的机械装置上，并在视觉引导软件下修正对位误差，实现每张薄膜之间精确对位；当薄膜对位完毕，系统启动压实薄膜的分系统(由图1中附图标记15、16、17、18组成)，采用液压或者气压两种模式把薄膜压紧并再启动空气净化分系统(由图1中附图标记21、22组成)，自动充入防止薄膜燃烧的二氧化碳或者氮气，把激光切割产生的烟气自动过滤、循环使用功能；当空气净化和循环系统正常运行后，激光开始切割薄膜轮廓等图案，不需要的部分扫描“井字”，薄膜厚度和焦距测量控制分系统能精密检测和控制激光器焦距，使得激光器焦距随著薄膜厚度误差自动调整，