专利名称：彩色三维沙盘快速喷印机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自由成形系统，尤其涉及一种利用压电式喷头和铺粉机构组合而成的彩色三维沙盘快速喷印机。
背景技术：
Wi^ S ￠) (Freeform Fabrication with Micro-droplet Jetting, FFMJ) ^ 基于加成制造法的一种新型成形方法，起源于20世纪80年代末出现的快速成形(Rapid Prototyping, RP)0快速成形能根据工件的CAD模型直接制作三维实体，而无需传统的机床与工模具，因此曾经被誉为制造领域的一场革命。但是由于它可以采用的原材料有较大的限制，致使多数快速成形件的性能与实际工件的要求有较大的差别。为克服上述弊端，近年来出现了微滴喷射自由成形，这种方法可采用的原材料几乎不受限制，从而为新材料的应用，特别是功能器件的制作创造了极为有利的条件。微喷自由成形利用精细喷头喷射容积为微升至飞升的液滴(通常称为墨滴)，此液滴沉积在基材上逐步形成二维或三维结构。其中，压电式喷头是喷墨打印机上十分先进而成熟的产品，其喷嘴直径为微米级， 每个喷头上的喷嘴数可达1000个以上，喷射液滴的自然分辨率可达到几百dpi (每英寸长度上的液滴数)以上，喷射频率可达几十KHz，因此，只需将喷墨打印机通常用的墨水变更为自由成形所需的特殊“墨水”(例如陶瓷墨水、金属墨水、聚合物墨水、细胞液等)，就能实现二维或三维的自由成形，高效率地制作精细的功能机电器件、功能陶瓷器件、功能梯度材料构件和功能生物医学器件等。有鉴于此，本领域技术人员针对上述问题，提供了一种彩色三维沙盘快速喷印机。 发明内容本实用新型提供了一种彩色三维沙盘快速喷印机，克服了现有技术的困难，可高效制作彩色结构件。本实用新型采用如下技术方案本实用新型提供了一种彩色三维沙盘快速喷印机，用于向工作台铺设一定厚度的粉料的铺粉机构；用于向工作台上已铺设的粉料按一定图案形状和色彩喷射彩色墨水、粘结剂或喷射彩色紫外线固化墨水的高速喷印装置；用于固化已完成铺粉和墨水喷印的成形结构的紫外线灯固化机构；用于驱动铺粉机构、高速喷印装置和紫外线灯机构，使之完成铺粉、着色、固化功能的三轴联动工作台以及自动控制系统；所述高速喷印装置包括若干个单色喷印装置组成的喷头阵列，设置在所述三轴联动工作台上方；所述铺粉机构包括分别设置在所述高速喷印装置两侧的左铺粉辊、左送粉缸以及右铺粉辊、右送粉缸；所述紫外线灯固化机构包括分别设置在所述高速喷印装置两侧与所述铺粉机构之间的左紫外灯和右紫外灯；所述左铺粉辊、右铺粉辊、左紫外灯以及右紫外灯均沿垂直所述喷头阵列的方向移动。优选地，所述单色喷印装置包括恒温超声波震荡墨瓶、供墨泵、恒液位墨盒、气压平衡装置、喷头、以及管道；所述恒温超声波震荡墨瓶通过管道依次连接所述供墨泵、恒液位墨盒以及气压平衡装置，所述恒液位墨盒以及所述恒温超声波震荡墨瓶分别连接所述喷头。优选地，所述单色喷印装置还包括高精度过滤器，设置在所述供墨泵与所述恒液位墨盒之间的管道上。优选地，所述单色喷印装置还包括喷头自动清洗专用回路，设置在所述恒温超声波震荡墨瓶与所述喷头之间的管道上。优选地，所述单色喷印装置还包括液位传感器，设置在所述恒液位墨盒内。优选地，所述铺粉机构的左送粉缸以及右送粉缸中分别设有搅拌装置。优选地，所述单色喷印装置是压电式喷头。优选地，所述高速喷印装置的喷头阵列与三轴工作台中的水平二轴传动连接。本实用新型的彩色三维沙盘快速喷印机的各机构结构及功能如下铺粉机构，用于向工作台铺设一定厚度的粉料；高速喷印装置，用于向工作台上已铺设的粉料按一定图案形状和色彩喷射彩色墨水、粘结剂或喷射彩色紫外线固化墨水；紫外线灯固化机构，用于固化已完成铺粉和墨水喷印的成形结构；可升降工作台，用于驱动铺粉机构、压电式彩色喷头阵列和紫外线灯机构，使之完成铺粉、着色、固化功能；自动控制系统，用于对铺粉机构、喷印系统、紫外固化机构、可升降工作台实施全自动精确控制。铺粉机构，进一步包括铺粉辊，由减速电机、粉斗、搅拌器、定量器、刮粉辊、高度调节器和清除器等组成；送粉缸，由链轮、链条、角板、斜导板和储粉盒等组成；高速喷印装置，进一步包括彩色喷头阵列，由若干工业压电式喷头排列而成的喷头阵列固定在喷印机的横扫描运动轴上；供墨系统，进一步包括恒温超声波震荡墨瓶，用于存储和加热墨水，并使其定期震荡，避免墨水中的颗粒物质沉降、团聚；供墨泵，用于抽取墨瓶中的墨水并将其输送至墨盒；高精度过滤器，用于过滤墨水中的较大颗粒和杂质；恒液位墨盒，用于存储定量的墨水，并使其中的墨水液面相对喷嘴的高度保持恒定，不断供应喷头所需墨水；喷头专用清洗回路，通过供墨泵和控制阀的作用，排除供墨管和喷头中残存的杂质和气泡；紫外线灯固化机构，进一步包括驱动电源，用于驱动紫外灯发射一定频谱范围的紫外光线；紫外灯管，用于产生一定频谱范围的紫外光线；可升降工作台，进一步包括可升降工作台面，能在步进电机的驱动下，沿Z向往复运动，用于支撑正在逐层成形的三维结构件，并在每层成形完毕后，按照设定的层厚下降一层的高度；V轴，彩色喷头阵列在高速喷印装置的驱动下能沿V轴向往复运动，按照结构件每层图形轮廓的要求，向下方铺设的粉层及喷射墨水、粘结剂或紫外线固化彩色墨水。自动控制系统，用于对铺粉机构、高速喷印装置、紫外固化机构、三轴联动工作台实施全自动精确控制。由于采用了上述技术，与现有技术相比，本实用新型具有如下优点本实用新型的彩色三维沙盘快速喷印机，可同时实现不同粉料材料三维成形和真彩着色功能，制作精细三维彩色结构件。相对于现有技术，本实用新型一次性完成三维成形，彩色着色，以及固化等功能，大幅缩短该类三维产品的制作周期和制作质量。
以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型。
图1是本实用新型的彩色三维沙盘快速喷印机的实施例原理图；图2是根据本实用新型实施例的高速喷印装置的供墨系统原理图。
具体实施方式
下面通过图1至2来介绍本实用新型的具体实施例。如图1和2所示，本实用新型提供了一种彩色三维沙盘快速喷印机，包括用于向工作台铺设一定厚度的粉料的铺粉机构101 ；用于向工作台上已铺设的粉料按一定图案形状和色彩喷射彩色墨水、粘结剂或喷射彩色紫外线固化墨水的高速喷印装置102 ；用于固化已完成铺粉和墨水喷印的成形结构的紫外线灯固化机构103 ；用于驱动铺粉机构、高速喷印装置和紫外线灯机构，使之完成铺粉、着色、固化功能的三轴联动工作台111以及自动控制系统；所述高速喷印装置102包括若干个单色喷印装置200组成的喷头阵列108，设置在所述三轴联动工作台111上方；所述铺粉机构101包括分别设置在所述高速喷印装置102 两侧的左铺粉辊106、左送粉缸105以及右铺粉辊107、右送粉缸104 ；所述紫外线灯固化机构103包括分别设置在所述高速喷印装置102两侧与所述铺粉机构101之间的左紫外灯 109和右紫外灯110 ；所述左铺粉辊106、右铺粉辊107、左紫外灯109以及右紫外灯110均沿垂直所述喷头阵列108的方向移动。所述单色喷印装置200包括恒温超声波震荡墨瓶201、供墨泵202、恒液位墨盒 204、气压平衡装置205、喷头206、以及管道208 ；所述恒温超声波震荡墨瓶201通过管道 208依次连接所述供墨泵202、恒液位墨盒204以及气压平衡装置205，所述恒液位墨盒204以及所述恒温超声波震荡墨瓶201分别连接所述喷头206。所述单色喷印装置200还包括高精度过滤器203，设置在所述供墨泵202与所述恒液位墨盒204之间的管道上。所述单色喷印装置200还包括喷头自动清洗专用回路207，设置在所述恒温超声波震荡墨瓶201与所述喷头206之间的管道上。所述单色喷印装置200 还包括液位传感器209，设置在所述恒液位墨盒204内。所述铺粉机构101的左送粉缸105 以及右送粉缸104中分别设有搅拌装置。所述单色喷印装置200是压电式喷头。所述高速喷印装置102的喷头阵列108与三轴工作台中的水平二轴传动连接。本实用新型的彩色三维沙盘快速喷印机的具体实施方式
如下图1显示了本实用新型的彩色三维沙盘快速喷印机的实施例原理图，本实施例的彩色三维沙盘快速喷印机包括铺粉机构101、高速喷印装置102、紫外线灯固化机构103、 可升降工作台111、自动控制系统。其中铺粉机构101由左铺粉辊106、右铺粉辊107、左送粉缸105、右送粉缸104等组成。紫外线灯固化机构103由左紫外灯109、右紫外灯110等组成。铺粉机构101驱动左铺粉辊106延V轴112将粉料自左到右铺设到可升降工作台111 上，同时左紫外灯109、右紫外灯110、喷头阵列108、右铺粉辊107自左向右随动。铺粉结束后，喷头阵列108向已铺设的粉料按自动控制系统的控制要求，自右向左喷印彩色紫外固化墨水，同时右紫外灯跟随其后进行即时固化，完成一层切片图形的喷印和固化。而右铺粉辊107紧随其后完成后续叠加层的粉料铺设，继而开始后续叠加层喷印。左铺粉辊106、右铺粉辊107内的粉料分别由左铺粉辊106、右铺粉辊107即时供给。本实用新型的实施例中，高速喷印装置102 (参见图2)由多个单色喷印装置200 组成，其中单色喷印装置200由恒温超声波震荡墨瓶201、供墨泵202、高精度过滤器203、恒液位墨盒204、气压平衡装置205、喷头206和喷头自动清洗专用回路207等组成。其中，恒温超声波震荡墨瓶301确保在恶劣环境下(冬季或夏季)墨水黏度符合喷头喷射要求，避免墨水中颗粒沉积和团聚。供墨泵202通过管道208抽取墨瓶201中的墨水，并将墨水输送至恒液位墨盒204。高精度过滤器203能阻挡墨水中的较大颗粒物质进入墨盒204和喷头 206，避免喷头206中发生堵塞。墨盒204中设有液位传感器209，当墨盒204的液面210低于设定高度时，控制系统使供墨泵202不断运转并向墨盒204供墨；当墨盒204的液面210 高于设定高度时，控制系统使供墨泵202停止运转、不向墨盒204供墨，从而能使墨盒204 中的液面210保持恒定的高度，即施加喷射系统的供墨压力稳定。保证喷印正常进行。综上可知，本实用新型的彩色三维沙盘快速喷印机，可同时实现不同粉料材料三维成形和真彩着色功能，制作精细三维彩色结构件。相对于现有技术，本实用新型一次性完成三维成形，彩色着色，以及固化等功能，大幅缩短该类三维产品的制作周期和制作质量。以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡依本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。
权利要求1.一种彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于包括用于向工作台铺设一定厚度的粉料的铺粉机构(101)；用于向工作台上已铺设的粉料按一定图案形状和色彩喷射彩色墨水、粘结剂或喷射彩色紫外线固化墨水的高速喷印装置(102)；用于固化已完成铺粉和墨水喷印的成形结构的紫外线灯固化机构(103)； 用于驱动铺粉机构、高速喷印装置和紫外线灯机构，使之完成铺粉、着色、固化功能的三轴联动工作台(111)以及自动控制系统；所述高速喷印装置(102)包括若干个单色喷印装置(200)组成的喷头阵列(108)，设置在所述三轴联动工作台(111)上方；所述铺粉机构(101)包括分别设置在所述高速喷印装置(102)两侧的左铺粉辊(106)、 左送粉缸(105)以及右铺粉辊(107)、右送粉缸(104)；所述紫外线灯固化机构(103)包括分别设置在所述高速喷印装置(102)两侧与所述铺粉机构(101)之间的左紫外灯(109)和右紫外灯(110)；所述左铺粉辊(106)、右铺粉辊(107)、左紫外灯(109)以及右紫外灯(110)均沿垂直所述喷头阵列(108)的方向移动。
2.如权利要求1所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述单色喷印装置(200)包括恒温超声波震荡墨瓶(201)、供墨泵(202)、恒液位墨盒(204)、气压平衡装置 (205)、喷头(206)、以及管道(208)；所述恒温超声波震荡墨瓶(201)通过管道(208)依次连接所述供墨泵(202)、恒液位墨盒(204)以及气压平衡装置(205)，所述恒液位墨盒(204)以及所述恒温超声波震荡墨瓶(201)分别连接所述喷头(206)。
3.如权利要求2所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述单色喷印装置 (200)还包括高精度过滤器(203)，设置在所述供墨泵(202)与所述恒液位墨盒(204)之间的管道上。
4.如权利要求2所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述单色喷印装置 (200 )还包括喷头自动清洗专用回路(207 )，设置在所述恒温超声波震荡墨瓶(201)与所述喷头(206)之间的管道上。
5.如权利要求2所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述单色喷印装置 (200)还包括液位传感器(209)，设置在所述恒液位墨盒(204)内。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述铺粉机构(101)的左送粉缸(105)以及右送粉缸(104)中分别设有搅拌装置。
7.如权利要求1至5中任意一项所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述单色喷印装置(200)是压电式喷头。
8.如权利要求1至5中任意一项所述的彩色三维沙盘快速喷印机，其特征在于所述高速喷印装置(102)的喷头阵列(108)与三轴工作台中的水平二轴传动连接。
专利摘要本实用新型公开了一种利用压电式喷头和铺粉机构组合而成的彩色三维沙盘快速喷印机，实现不同粉料材料三维成形和真彩着色功能，制作精细三维彩色结构件。其技术方案为在三轴工作台驱动下，铺粉机构铺设一定层高的粉料，高速喷印装置按指定图案扫描喷射彩色墨水、粘结剂或紫外线固化彩色墨水，由固化炉或紫外灯固化粉料，逐步成形三维彩色结构件。
文档编号B41J3/00GK201960834SQ20102062238
公开日2011年9月7日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者文成, 李宝, 牧青, 王宣, 王运赣, 缪育博, 黄哲赟 申请人:上海富奇凡机电科技有限公司, 江苏锐毕利实业有限公司