一种带高效处理表面层叠纹理和三维扫描的3d打印设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于3D制造领域，具体涉及一种带高效处理表面层叠纹理和三维扫描的3D打印设备。
【背景技术】
[0002]现有的模型如建筑工程模型一般是通过手工利用铁丝或塑料搭接粘贴而成，这需要消耗大量人力、物力。特别是一些结构复杂、节点特殊的建筑模型，所消耗的工时更多，而且组装的建筑模型不稳定、易坍塌。此外，对于比较精细的建筑模型，手工制作难以实现。
[0003]目前3D打印设备可以打印各种模型，但由于受到成型工艺和成型速度的制约，3d打印机打印出来的模型很难克服在Z轴方向形成的层叠纹理，这样对于3d打印机在工业和民用市场的广泛应用受到一定的制约。传统针对3d打印模型的处理，都是通过上灰、打磨、喷色这些步骤，但是由于3d打印模型一般结构比较复杂，所以处理起来耗时，而且对人员的要求高，效率低，严重影响了 3d打印在民用市场的应用。
[0004]同时，3D打印机需要基于三维CAD设计图纸资料才能进行打印，其弊端也正是如此，用户要么下载其他人创建的文件，要么使用软件从头开始设计模型。而3D建模软件难以掌握，面对一个实物，大部分用户无法自行构建物体模型，所以一般只能制作出简单的物件，而想要打印复杂的产品，就需要非常专业的工业设计能力，先通过软件设计出模型，再利用3D打印机打印成型，这对于普通的用户来说，是非常困难的，导致很多用户买了 3D打印机后，却不知道应该打印什么。即使是专业设计人员，制作起来效率也比较低，且不能保证完全与实物相吻合，从而影响了 3D打印机的使用。而三维扫描仪可以大大改善3D打印技术的这一窘境，需要打印的实物，通过三维扫描仪扫描后，能快速形成物体模型的三维图像数据资料，从而快速实现许多物体的复制工作，为家用或手工制品提供了很好的助力。由此可见，三维扫描成为获取物品可打印的三维图像数据资料的一个便捷途径。
【实用新型内容】
[0005]为解决上述问题，本实用新型提供一种带高效处理表面层叠纹理和三维扫描的3D打印设备。
[0006]本实用新型的技术方案:
[0007]一种带高效处理表面层叠纹理和三维扫描的3D打印设备，其特征在于:包括打印机本体和三维扫描装置，二者通过有线或是无线的方式通信连接；所述三维扫描装置包括三维扫描装置机体、扫描控制单元、图像采集模块、光束发射模块和图像处理模块；所述打印机本体包括处理装置、控制主板、3D打印桌面、打印机头、喷嘴和喷涂材料提供装置；
[0008]所述扫描控制单元与所述处理装置通过有线或是无线的方式通信连接，所述扫描控制单元控制所述图像采集模块、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所述处理装置；
[0009]所述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；
[0010]所述控制主板根据所述处理装置所发送的每层模型信息，控制所述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，从而在所述3D打印桌面上逐层打印出需要打印的模型；
[0011]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均匀喷涂上胶水层，在胶水层上均匀喷涂颗粒材料层，在颗粒材料层上均匀喷涂上光油层，以处理模型表面层叠纹理，使模型表面光滑。
[0012]由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果:
[0013](I)、与传统手工制模相比，用本实用新型制模可减少人力物力，提高模型制作效益；而且，只要可以在处理装置上建立模型就可以打印，操作便捷；而且打印出来的模型精度高、美观、牢固。
[0014](2)、打印出的模型表面光滑，与传统3D打印设备相比，无需对模型表面再次处理，加工简单，实用性强，可直接将模型投入市场；无需更换喷嘴，对模型的表面层叠纹理处理更高效。
[0015](3)、通过在现有3D打印机的基本功能上，集三维扫描功能于一体，帮助用户更方便地将现实世界中的物品转换成为可用于3D打印的三维图像数据资料，同步完成，提高了3D打印机的实用性和易用性，具有操作简单、高效便捷、快速传输的优点。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的整体结构框图。
[0017]图2为本实用新型的打印机本体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0019]如图1所示，一种带高效处理表面层叠纹理和三维扫描的3D打印设备，包括打印机本体和三维扫描装置，二者通过有线或是无线的方式通信连接；三维扫描装置包括三维扫描装置机体、扫描控制单元、图像采集模块、光束发射模块和图像处理模块，优选的，三维扫描装置为接触式三维扫描装置或非接触式三维扫描装置；打印机本体包括处理装置、控制主板、3D打印桌面、打印机头、喷嘴和喷涂材料提供装置。
[0020]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，优选的，有线的通信连接方式为串行口、并行口或USB接口连接，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；具体的，扫描装置机体中有一可旋转的扫描平台，届时，被扫描物体放置在该扫描平台上，图像采集模块为照相机或摄像头，光束发射模块为射灯，让射灯发出的红色直线从上至下掠过被扫描物体的表面，三维扫描仪将捕获的“扫描线”合成转变为三维图像数据资料。
[0021]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控制主板；
[0022]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；
[0023]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均匀喷涂上胶水层，在胶水层上均匀喷涂颗粒材料层，在颗粒材料层上均匀喷涂上光油层，以处理模型表面层叠纹理，使模型表面光滑。
[0024]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和喷涂材料提供装置250 (包括胶水盒251、颗粒材料盒252、光油盒253和共用导管254)。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。
[0025]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。
[0026]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