三维打印机及其操作方法
【专利摘要】提供一种三维打印机及其操作方法。所述三维打印机包括至少一个打印头以及可将从所述打印头注射的化学墨水分层堆放于其中的台。所述三维打印机包括打印头，所述打印头包括注射所述化学墨水的头片，其中，所述头片可包括：墨水腔，容纳所述化学墨水；加热器，通过向所述墨水腔的所述化学墨水施加热而在所述墨水腔中产生气泡；喷嘴，根据通过产生的气泡而增加的所述墨水腔的内部压力来注射所述化学墨水。
【专利说明】
三维打印机及其操作方法
技术领域
[0001 ]本公开的实施例涉及一种制造三维物体的三维打印机及其三维打印方法。
[0002]本申请涉及并要求于2013年12月30日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0166578号韩国专利申请的优先权权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被包含于此。
【背景技术】
[0003]通常，三维(3D)打印机是一种制造三维物体的设备，并且包括注射化学墨水的打印头以及从打印头注射的化学墨水被分层堆放于其中的台等。
[0004]在3D打印机中，设置在打印头中的头片可包括:墨水腔，容纳化学墨水;压电元件，根据施加电流而变形以增加墨水腔的内部压力；喷嘴，根据通过压电元件而使墨水腔的内部压力的增加来注射被储存在墨水腔中的化学墨水。
[0005]可向墨水腔施加足够的压力，使得可通过喷嘴来注射被储存在墨水腔内部的化学墨水。为了能够提供足够的压力的供应，压电元件必须具有大的尺寸，因此在使3D打印机小型化方面存在困难。
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]本公开的一方面提供一种能够通过利用气泡喷射法制造三维物体的三维(3D)打印机。
[0008]本公开的另外的方面将在以下描述中被部分阐述，并且部分地将通过描述变得显而易见的，或可通过本发明的实践而被了解。
[0009]解决方案
[0010]根据本公开的一方面，一种三维打印机包括至少一个打印头以及可将从所述打印头注射的化学墨水分层堆放于其中的台，其中，所述至少一个打印头可包括注射所述化学墨水的头片，其中，所述头片可包括:墨水腔，容纳所述化学墨水;加热器，通过向所述墨水腔的化学墨水施加热而在所述墨水腔中产生气泡;喷嘴，根据通过产生的气泡而增加的所述墨水腔的内部压力来注射化学墨水。
[0011]所述化学墨水可包括光固化化学墨水，并且所述3D打印机可包括将光照射到堆叠在所述台上的化学墨水的光源。
[0012]所述化学墨水可包括紫外固化化学墨水，紫外固化化学墨水通过紫外线硬化，并且所述光源可包括紫外发光二极管灯。
[0013]所述至少一个打印头可被安装为在第一方向上水平地移动，并且所述台可被安装为在与所述第一方向垂直的第二方向上水平地移动。
[0014]所述至少一个打印头和所述台中的任何一者可被安装为向上和向下地可移动。
[0015]所述至少一个打印头可包括注射黑色化学墨水的第一打印头、注射品红色化学墨水的第二打印头、注射青色化学墨水的第三打印头以及注射黄色化学墨水的第四打印头中的至少一个打印头。
[0016]所述3D打印机可包括:第一墨水盒，将黑色化学墨水供应到所述第一打印头;第二墨水盒，将品红色化学墨水供应到所述第二打印头;第三墨水盒，将青色化学墨水供应到所述第三打印头;第四墨水盒，将黄色化学墨水供应到所述第四打印头。
[0017]根据本公开的一方面，一种三维打印机的操作方法，所述三维打印机设置有打印头和台，所述打印头包括头片，从所述头片注射的化学墨水被堆叠于所述台中，所述操作方法包括:将化学墨水供应到设置在所述头片中的墨水腔；用加热器加热在所述墨水腔内部的化学墨水；以及通过设置在所述头片上的喷嘴利用由加热器施加的热产生的气泡将所述化学墨水注射到所述台。
[0018]将化学墨水供应到墨水腔可通过墨水腔的内部的负压力从所述墨水盒供应所述化学墨水。
[0019]在可将在墨水腔内部的化学墨水注射到喷嘴之后，可产生所述负压力。
[0020]所述方法还可包括通过将光照射在化学墨水上而使堆叠在所述台上的化学墨水硬化。
[0021]所述光可为紫外线，并且所述化学墨水可包括紫外固化化学墨水。
[0022]发明的有益效果
[0023]如从上面的描述显而易见的，根据示例性3D打印机，可通过加热器加热墨水腔内部的化学墨水，使得可在墨水腔内部产生气泡。通过气泡而增加的墨水腔的内部压力可使墨水腔的化学墨水通过喷嘴被注射。因此，可通过气泡喷射法制造三维物体。
【附图说明】
[0024]通过下面结合附图对实施例的描述，本公开的这些和/或其他方面将变得清楚且更容易领会，附图中:
[0025]图1是示出根据本公开的实施例的三维打印机(3D打印机)的透视图；
[0026]图2是示出根据本公开的实施例的打印头在3D打印机的第一方向上移动的透视图；
[0027]图3是示出根据本公开的实施例的台在3D打印机的第二方向上移动的示图；
[0028]图4是示出根据本公开的实施例的台在3D打印机的向上和向下方向上移动的示图；
[0029]图5是示出根据本公开的实施例的3D打印机的头片的截面图；以及
[0030]图6至图8是示出根据本公开的实施例的从3D打印机的头片注射化学墨水的过程的头片的截面图。
[0031]本发明的最佳实施方式
[0032]现在将详细地描述本公开的实施例，在附图中示出实施例的示例，其中，相同的附图标记始终指示相同的元件。
[0033]如图1中所示，根据本公开的实施例的三维打印机(3D打印机)可包括:主体I;多个打印头2K、2M、2C、2Y，例如，设置在主体I的上部上以例如向下注射化学墨水；台4，从多个打印头2K、2M、2C、2Y注射的化学墨水被分层堆放于其中；光源，通过施加光而使分层堆放在台4上的化学墨水硬化；以及多个墨水盒5K、5M、5C、5Y，将化学墨水供应到打印头2K、2M、2C、
2Υ0
[0034]用于3D打印机的化学墨水可包括形成三维物体的低聚物和单体、通过光使聚合开始的光引发剂、表现颜色的颜料、防止从化学墨水产生的异物附着到加热器21b的抗焦化剂以及防止一种化学墨水与另一化学墨水混合的抗渗色剂。
[0035]根据本公开的实施例，化学墨水可包括具有较低沸点的材料，使得化学墨水可在较低温度下产生气泡。具有较低沸点的材料可包括诸如甲醇和乙醇的酒精。
[0036]主体I可包括:传输模块la，打印头2K、2M、2C、2Y和光源3可安装在其中；导路lb，通过在第一方向上延伸而在第一方向上引导传输模块Ia;以及支撑架Ic，支撑导路Ib的两端。例如，可在主体I的一侧上设置其中单独地安装有多个墨水盒5K、5M、5C、5Y的墨水储存单元Id0
[0037]如图2中所示，打印头2K、2M、2C、2Y可通过传输模块Ia和导路Ib而被安装为在主体I上沿第一方向20可水平地移动。
[0038]打印头2K、2M、2C、2Y可包括注射黑色化学墨水的第一打印头2K、注射品红色化学墨水的第二打印头2M、注射青色化学墨水的第三打印头2C以及注射黄色化学墨水的第四打印头2Y。
[0039]打印头2K、2M、2C、2Y中的每个可包括安装在打印头的下表面上以朝向设置在下侧的台4注射化学墨水的头片21。
[0040]如图5中所示，头片21可包括:墨水腔21a，能够容纳化学墨水;加热器21b，通过加热储存在墨水腔21a中的化学墨水而产生气泡；以及喷嘴21c，通过根据在墨水腔21a内部产生气泡而增加的墨水腔2Ia的内部压力来注射化学墨水(例如，向下)。
[0041]如图3中所示，台4可形成为可水平设置的平板状。台4可在与第一方向垂直的第二方向30上为可移动的，并且如图4中所示，可在向上和向下的方向40上为可移动的。
[0042]例如，可通过打印头2K、2M、2C、2Y(在第一方向上可移动)的移动和台4(在第二方向上以及在向上和向下的方向上可移动)的移动的组合而在台4上制造具有一定长度、宽度和高度的三维物体。
[0043]头片21可包括:墨水腔2Ia，提供化学墨水;加热器21b，通过加热储存在墨水腔2 Ia中的化学墨水而产生气泡；以及喷嘴21c，通过根据在墨水腔21a内部产生气泡来增加的墨水腔21a的内部压力而向下注射化学墨水。
[0044]光源3可与打印头2K、2M、2C、2Y—起安装在传输模块Ia中，并且可在与打印头2K、2M、2C、2Y—起在第一方向上移动的同时将光照射到从打印头2K、2M、2C、2Y排放的化学墨水。
[0045]光源3可包括产生紫外线并且将紫外线照射在台4上的紫外灯，并且化学墨水可包括通过紫外线来硬化的紫外固化化学墨水。
[0046]根据本公开的实施例，光源3可包括紫外发光二极管灯。利用紫外发光二极管灯，因为较少加热，所以电力消耗小，并且紫外发光二极管灯的尺寸小，使得紫外发光二极管灯可例如与打印头2K、2M、2C、2Y—起安装到传输模块la。
[0047]多个墨水盒5K、5M、5C、5Y可包括储存被供应到第一打印头2K的黑色化学墨水的第一墨水盒5K、储存被供应到第二打印头2M的品红色化学墨水的第二墨水盒5M、储存被供应到第三打印头2C的青色化学墨水的第三墨水盒5C以及储存被供应到第四打印头2Y的黄色化学墨水的第四墨水盒5Υ。
[0048]墨水盒5K、5M、5C、5Y可以可拆卸地安装在被设置在主体I的一侧上的墨水储存单元Id中，并且可通过连接管(未示出)将化学墨水供应到打印头2K、2M、2C、2Y。
[0049]当墨水盒5K、5M、5C、5Y被可拆卸地设置在主体I上时，可增加墨水盒5K、5M、5C、5Y的尺寸使得可储存大量的化学墨水，并且还可在化学墨水用尽之后能够容易地更换墨水盒5K、5M、5C、5Y0
[0050]参照附图描述3D打印机的示例性操作方法。
[0051]如图5中所示，当在化学墨水被供应到墨水腔21a的状态下向加热器21b供应电力时，可通过由加热器21b产生的热来加热墨水腔21a的化学墨水，因此，一定量的化学墨水被蒸发，从而在墨水腔21a内部产生气泡(例如，如图6中所示)。
[0052]在从液态到气态的相变的过程期间，一定量的化学墨水的体积变化可为大的，使得墨水腔21a的内部压力可大大地增加。
[0053]随着气泡尺寸的增加，可增加墨水腔21a的内部压力，因此墨水腔21a的化学墨水可通过喷嘴21c注射到在下侧的台4(例如，如图7中所示)。
[0054]当在注射化学墨水的同时气泡到达喷嘴21c时，填充在气泡中的气体可通过喷嘴21c而被排放到外面(例如，如图8中所示)。因此，墨水腔21a的内部压力可根据化学墨水的注射以及气体的排放而迅速地减小，从而可在墨水腔21a内部出现负压力并且墨水盒5K、5M、5C、5Y的化学墨水可被供应到墨水腔21a并填充墨水腔21a。
[0055]在打印头2K、2M、2C、2Y中，可通过所述过程注射化学墨水中的每种，并且可根据期望的颜色选择性地操作打印头2K、2M、2C、2Y并注射化学墨水。
[0056]可将根据使传输模块Ia在第一方向上移动而从光源3产生的光照射到被注射在台4上的化学墨水，以可使光固化化学墨水硬化。
[0057]在第一方向上移动传输模块Ia(例如，如图2中所示)的同时可反复地发生化学墨水的注射和硬化，从而可在第一方向上形成线。
[0058]在台4可在第二方向上移动预定的距离(例如，如图3中所示)的同时，线的形成可被重复，从而可通过线而形成面。
[0059]在完成面的形成之后，在台4可在第二方向上移动预定的距离(例如，如图3所示)的同时，面的形成可被重复，从而可完成制造期望的三维物体。
[0060]根据本公开的实施例，3D打印机可采用通过产生气泡而增加墨水腔21a的内部压力从而可使化学墨水被注射的气泡喷射法。气泡喷射法所使用的头片可通过蚀刻技术制造而被小型化，使得3D打印机的尺寸可通过使用该头片而大大地减小。
[0061]根据本公开的实施例，3D打印机可包括注射黑色化学墨水的第一打印头2K、注射品红色化学墨水的第二打印头2M、注射青色化学墨水的第三打印头2C以及注射黄色化学墨水的第四打印头2Y，但是不局限于此。根据物体的颜色，3D打印机可选择性地包括打印头2K、2M、2C、2Y中的至少一个。
[0062]根据本公开的实施例，台4可在向上和向下的方向上为可移动的，但是不局限于此。例如，不是台4，而是打印头2K、2M、2C、2Y可在向上和向下的方向上为可移动的。
[0063]尽管已经示出并描述了本公开的一些实施例，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离权利要求及其等同物中限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变。
【主权项】
1.一种三维打印机，包括: 至少一个打印头；以及 台，从所述打印头注射的化学墨水被堆叠于所述台中，其中，所述至少一个打印头包括注射所述化学墨水的头片， 其中，所述头片包括:墨水腔，容纳所述化学墨水;加热器，通过向在所述墨水腔内部的化学墨水施加热而在所述墨水腔中产生气泡;喷嘴，根据通过产生的气泡而增加的墨水腔的内部压力来注射化学墨水。2.根据权利要求1所述的三维打印机，其中， 所述化学墨水包括光固化化学墨水，并且所述三维打印机还包括将光照射到堆叠在所述台上的化学墨水的光源。3.根据权利要求2所述的三维打印机，其中， 所述化学墨水包括紫外固化化学墨水，紫外固化化学墨水通过紫外线硬化，并且所述光源包括紫外发光二极管灯。4.根据权利要求1所述的三维打印机，其中， 所述至少一个打印头被安装为在第一方向上水平地可移动，并且所述台被安装为在与所述第一方向垂直的第二方向上水平地可移动。5.根据权利要求4所述的三维打印机，其中， 所述至少一个打印头和所述台之中的任何一者被安装为向上和向下地可移动。6.根据权利要求1所述的三维打印机，其中， 所述至少一个打印头包括注射黑色化学墨水的第一打印头、注射品红色化学墨水的第二打印头、注射青色化学墨水的第三打印头以及注射黄色化学墨水的第四打印头中的至少一个打印头。7.根据权利要求6所述的三维打印机，其中， 所述3D打印机还包括:第一墨水盒，将黑色化学墨水供应到所述第一打印头;第二墨水盒，将品红色化学墨水供应到所述第二打印头;第三墨水盒，将青色化学墨水供应到所述第三打印头;第四墨水盒，将黄色化学墨水供应到所述第四打印头。8.—种三维打印机的操作方法，所述三维打印机设置有打印头和台，所述打印头包括头片，从所述头片注射的化学墨水被堆叠于所述台中，所述操作方法包括: 将化学墨水供应到设置在所述头片中的墨水腔； 用加热器加热在所述墨水腔内部的化学墨水；以及 通过设置在所述头片上的喷嘴利用由加热器施加的热产生的气泡将化学墨水注射到所述台。9.根据权利要求8所述的操作方法，其中， 将化学墨水供应到墨水腔是通过墨水腔的内部的负压力从所述墨水盒供应所述化学墨水。10.根据权利要求9所述的操作方法，其中， 在可将墨水腔的化学墨水注射到喷嘴之后，产生所述负压力。11.根据权利要求8所述的操作方法，其中， 所述操作方法包括通过将光照射在化学墨水上而使堆叠在所述台上的化学墨水硬化。12.根据权利要求11所述的操作方法，其中， 所述光是紫外线，并且所述化学墨水包括紫外固化化学墨水。13.根据权利要求8所述的操作方法，其中， 所述打印头在第一方向上水平地可移动。14.根据权利要求13所述的操作方法，其中， 所述台在与所述第一方向垂直的第二方向上水平地可移动。15.根据权利要求14所述的操作方法，其中， 所述打印头和所述台中的至少一个向上和向下地可移动。16.—种设置有打印头的三维打印机的操作方法包括: 将化学墨水供应到设置在打印机的打印头中的墨水腔； 用加热器加热在墨水腔内部的化学墨水；以及 通过设置在所述打印头上的喷嘴利用由所述加热器施加的热而产生的气泡注射化学墨水。17.根据权利要求16所述的操作方法，所述操作方法还包括: 通过将光照射在化学墨水上而使化学墨水硬化。18.根据权利要求16所述的操作方法，其中， 所述化学墨水被注射在台上， 所述光照射在被注射在所述台上的化学墨水上。19.根据权利要求18所述的操作方法，其中， 所述打印头在第一方向上水平地可移动， 所述台在与所述第一方向垂直的第二方向上水平地可移动，以及 所述打印头和所述台中的至少一个向上和向下地可移动。20.根据权利要求16所述的操作方法，其中， 所述光是紫外线，并且所述化学墨水包括紫外固化化学墨水。
【文档编号】B29C67/00GK105873743SQ201480071791
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月29日
【发明人】白五贤, 鞠健, 郑然璟, 韩银奉
【申请人】三星电子株式会社