一种带液氮制冷和三维扫描的多功能3d打印设备的制造方法_2

文档序号:8632630阅读:来源:国知局
单元、图像采集模块、光束发射模块和图像处理模块;打印机本体包括处理装置、控制主板、3D打印桌面、打印机头、喷嘴、喷涂材料提供装置和液氮制冷装置。
[0029]扫描控制单元与处理装置通过有线或是无线的方式通信连接,扫描控制单元控制图像采集模块、光束发射模块和图像处理模块对模型进行扫描以获得模型三维图像数据,该三维图像数据被输送至处理装置。
[0030]处理装置用于分析三维图像数据,并按工程建造要求设置3D打印精度,并利用3D建模软件将所获得的三维图像数据进行分层切割,并把每层模型信息发送给所述控制主板。
[0031]控制主板根据处理装置所发送的每层模型信息,控制打印机头在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向、速度以及3D打印材料输入,从而在3D打印桌面上逐层打印出需要打印的模型;
[0032]喷嘴与喷涂材料提供装置通过导管相连,喷涂材料提供装置包括胶水盒、颗粒材料盒和光油盒;模型打印完成后,控制主板控制喷嘴对模型的表面喷涂上胶水层,在胶水层上喷涂颗粒材料层,在颗粒材料层上喷涂上光油层。
[0033]液氮制冷装置包括出风嘴和气泵,该气泵通过导气管连通所述的出风嘴,该出风嘴设置于所述打印机头正下方,气泵内装有液氮。
[0034]如图2所示,是本实用新型打印机本体的一较佳实施例,包括处理装置110、控制主板120、3D打印桌面130、纵向导杆140、水平Y向导杆150、水平X向导杆160、打印机头(含电动机)170、材料导管180、材料提供装置182、电动机190、喷嘴210 (内置喷嘴电机)、喷嘴套环220、套环纵向导杆230、第三电机240、喷涂材料提供装置250 (包括胶水盒251、颗粒材料盒252、光油盒253和共用导管254)、出风嘴260、导气管270和气泵280。其中,处理装置110通过控制主板120控制电动机190及打印机头170中电动机的运行,进而控制打印机头170在纵向导杆140、水平Y向导杆150及水平X向导杆160上的位置、移动方向及材料输入,从而将材料提供装置182提供的材料经过材料导管180输送到打印机头170中,以在3D打印桌面130上3D打印出所需要的工程模型如建筑模型;处理装置110通过控制主板120控制第三电机240和喷嘴210内的喷嘴电机,进而控制喷嘴套环220在套环纵向导杆230上上下移动,进而控制喷嘴210绕喷嘴套环220移动,模型打印完成后,处理装置110通过控制主板120,控制喷嘴210在模型上均匀喷涂一层胶水层,再控制喷嘴210在模型的胶水层上喷涂一层颗粒材料,再控制喷嘴210在模型的颗粒材料层上喷涂一层光油层;在打印的同时,处理装置110通过控制主板120控制气泵280,使其在打印过程中不断通入冷却气体,冷却气体从出风嘴260内出来,对从打印头170中挤出的打印材料进行冷却。
[0035]具体地,处理装置110可以为安装有3D建模软件的计算机。3D建模软件可包括 Bender、OpenSCAD、Art of Illus1n、FreeCAD、Wings3D、BRL-CAD> SketchUp、Autodeskl23D、MeshMixer等。其中,Blender 一种免费开源3D模型制作软件套装。OpenSCAD是一款基于命令行的3D建模软件,可以产生CSG文件,特长是制作实心3D模型。Art ofIllus1n是开源的3D模型和植染软件。FreeCAD是来自法国Matra Datavis1n公司的一款开源免费3D CAD软件,基于CAD/CAM/CAE几何模型核心,是一个功能化、参数化的建模工具。Wings3D是一个开源免费的3D建模软件,适合创建细分曲面模型。BRL-CAD是一款跨平台开源实体几何(CSG)构造和实体模型计算机辅助设计(CAD)系统。SketchUp是谷歌Google的一个免费交互式的3D模型程序,不仅适合高级用户,也适合初学者。Autodeskl23D是欧特克公司的产品,是一个免费3D模型软件,目前只支持Windows系统。MeshMixer是一个3D模型工具,也是Autodesk公司的产品。针对需要打印的模型,在处理装置110上建模、导入模型或3D扫描导入模型,并按工程建造要求设置3D打印精度后,可利用3D建模软件将需要打印的模型进行分层切割,并把每层模型信息通过导线112发送给控制主板120。
[0036]控制主板120可通过导线112与处理装置110连接,并可根据处理装置110所发送的每层模型信息控制打印机头170在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向及速度,从而使得打印机头170能够在三维空间内精确定位并进行打印。同时,控制主板120还可控制打印机头170处激光参数及温度等等。
[0037]3D打印桌面130用于承载打印形成的模型。3D打印桌面130的形状可以根据实际使用需求设计,在一实施例中,3D打印桌面130大致呈矩形。
[0038]多个如四个纵向导杆140大致垂直地设置在3D打印桌面130的四角。两个水平Y向导杆150分别设置在一对纵向导杆140之间,并且两水平Y向导杆150大致平行。如图2所示,水平Y向导杆150的两端分别通过滑头152滑动地安装在对应的纵向导杆140上,使得水平Y向导杆150可以在电动机190驱动下沿着纵向导杆140滑动。水平X向导杆160设置在两个水平Y向导杆150之间,并将两个水平Y向导杆150连接。水平X向导杆160的两端分别通过滑头152滑动地安装在对应的水平Y向导杆150,使得水平X向导杆160可以在电动机190驱动下沿着水平Y向导杆150滑动。打印机头170滑动地安装在水平X向导杆160上,并可在打印机头170中电动机的驱动下沿着水平X向导杆160滑动。这样,通过控制主板120控制电动机190及打印机头170中电动机的运行,即可控制打印机头170在水平范围内以及纵向上的位置、移动方向及速度,从而使得打印机头170能够在三维空间内精确定位并进行打印。
[0039]材料导管180的一端与打印机头170连接,另一端与材料提供装置182连接。在处理装置110和/或控制主板120控制下,材料提供装置182上的材料经过材料导管180输送到打印机头170以实现3D打印。
[0040]喷嘴210内置有喷嘴电机,喷嘴210通过共用导管254与胶水盒251、颗粒材料盒252和光油盒253分别相连,胶水盒251内装白乳胶等慢干性胶水,颗粒材料盒252内装有直径大小在50um?200um塑胶片或粉末,光油盒253内装光油。套环纵向导杆230与纵向导杆140平行,套环纵向导杆230的一端固定于水平X向导杆160上,另一端固定于3D打印桌面130上,喷嘴套环220通过第三电机240与套环纵向导杆230活动连接,第三电机240驱动喷嘴套环220在竖直方向上移动,喷嘴210内置的喷嘴电机驱动喷嘴210在喷嘴套环220上移动。
[0041]由于3d打印是基于层叠原理进行模型的构建,层的厚度又决定了模型打印的速度和打印的稳定性,所以在3d打印技术里面,一般采用0.1-0.3_左右作为层厚的参数,因此打印出来的模型在表面都会有用肉眼能明显分辨出来的层叠纹理。利用50Um-200Um颗粒,在模型表面覆盖一层装饰层,因为颗粒比较大,不会直接填充到层与层的间隙中,只会叠加在模型表面,可以迅速掩盖模型表面的纹理。胶水层与浮饰层的厚度不作硬性要求,只要使模型表面细节保持清晰,颗粒不易掉落即可,因为胶水的粘性大时,就可以薄一些,胶水的粘性小时,就可以厚一些,对于浮饰层,影响模型表面细节的决定因素是在于浮饰材料的颗粒大小。
[0042]出风嘴260通过导气管270与气泵280相连,如图3所示,出风嘴260包括一对环形本体2601 (上环形本体和下环形本体)和本体连接管2602,这一对环形本体2601通过本体连接管2602连接,所述环形本体2601内部中空形成环形气腔(上环形气腔和下环形气腔)
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