3D打印机及其打印方法与流程

：本发明涉及3D打印机技术领域，具体而言，涉及3D打印机及其打印方法。

背景技术：
：使用打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。SLA(StereoLithographyApparatus)技术就是激光立体雕刻技术，是机械、激光、光化学、软件、控制技术的结晶。基于光敏树脂受紫外光照射凝固的原理，计算机控制激光逐层扫描固化液态的光敏树脂，每一层固化的截面是由零件的三维CAD模型软件分层得到，直至最后得到光敏树脂实物原型。光固化快速成型应该是3D打印技术中精度最高，表面也最光滑的，目前该技术最低材料层厚可以达到25微米(0.025毫米)。但是光固化快速成型技术也有两个不足，首先光敏树脂原料有一定毒性，操作人员使用时需要注意防护，其次光固化成型的原型在外观方面非常好，但是强度方面尚不能与真正的制成品相比，一般主要用于原型设计验证方面，然后通过一系列后续处理工序将快速原型转化为工业级产品。此外，SLA技术的设备成本、维护成本和材料成本都比较高，因此，基于光固化技术的3D打印机主要应用在专业领域，国内桌面领域并没有应用。因此，急需提供一种快速成型的SLA3D打印机及其打印方法，以解决现有技术的不足。申请号为CN201410461645.5的发明专利申请公开了一种快速成型的SLA3D打印机，包括SLA3D打印机本体，SLA3D打印机本体包括中空的柜体及沿着柜体一侧面向上延伸的支架，柜体的底面前端设有激光扫描装置，所述柜体的底面中央设有反射镜，反射镜的正上方设有树脂槽，树脂槽的底面固设有高透石英玻璃，高透石英玻璃固设于铁板上，铁板与设于柜体底面上的电机固定连接，树脂槽的正上方设有吊台，支架上设有竖直滑轨，吊台沿着所述竖直滑轨上下滑动，还公开了其打印方法。与现有技术相比，上述发明申请所述打印机的成型速度快；所述打印机包含消除真空力的下拉机械结构，大大提高成品率，精度高，特别适合制作精度要求高结构复杂的原型；所述打印机结构简单，操作方便，大大降低了生产成本，可以大规模推广应用。按上述技术方案，所述打印机完成一个打印动作后，吊台沿着所述竖直滑轨上移，同时，电机带动铁板下拉，进而带动树脂槽向下移动，通过此下拉动作消除树脂槽内的真空力，然后电机带动铁板上拉，进而带动树脂槽向上移动，进行下一个打印动作。

技术实现要素：
：本发明所解决的技术问题：现有技术中快速成型的SLA3D打印机，完成一个打印动作后，吊台沿着所述竖直滑轨上移，同时，电机带动铁板下拉，进而带动树脂槽向下移动，通过此下拉动作消除树脂槽内的真空力，然后电机带动铁板上拉，进而带动树脂槽向上移动，进行下一个打印动作；上述上一个打印动作至下一个打印动作之间的3D打印机的吊台动作和树脂槽升降动作彼此独立进行，控制过程复杂且不利于产品截面轮廓的树脂薄片厚度的准确控制。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：D打印机，包括打印机本体，所述打印机本体包括中空腔室的柜体及沿着所述柜体一侧面向上延伸的支架，所述柜体的中空腔室的底部的前端设有激光扫描装置，所述柜体的中空腔室的底部的中央处设有反射镜，所述反射镜的正上方设有树脂槽，所述树脂槽的底面固设有高透石英玻璃，所述高透石英玻璃固设于铁板上，所述柜体的顶部设一开口，所述开口与中空腔室连通，所述树脂槽位于柜体顶部的开口中；所述铁板的底部设有第一升降装置，第一升降装置驱动铁板升降；所述树脂槽的正上方设有吊台，所述支架上设有第二升降装置，所述吊台安装在第二升降装置上，第二升降装置驱动吊台升降；所述第一升降装置包括第一升降件、第一导向件、第一升降驱动轮、第一传动轴、第一支撑架、第一蜗轮；所述第一升降件与第一导向件配合，第一导向件安装在柜体上，第一导向件对第一升降件的升降进行导向；所述第一升降件开设水平设置的第一滑槽，所述第一升降驱动轮设有偏心的第一驱动杆，第一驱动杆与第一滑槽配合；所述第一升降驱动轮安装在水平设置的第一传动轴上，所述第一传动轴枢接在第一支撑架上，第一支撑架安装在柜体上；所述第一蜗轮安装在第一传动轴上，第一升降驱动轮和第一蜗轮分别安装在第一传动轴的前后两端处；所述铁板安装在第一升降件上；所述第二升降装置包括第一蜗杆、第一螺纹杆、第一滑轨、第一滑块；所述第一蜗杆与第一蜗轮啮合，第一蜗杆与第一螺纹杆首尾衔接，第一蜗杆位于第一螺纹杆的下方，首尾衔接的第一蜗杆和第一螺纹杆枢接在支架上；所述第一滑轨安装在支架上，第一滑轨竖直设置，第一滑块滑动配合在第一滑轨中，第一滑块开设与第一螺纹杆螺接的第一螺纹孔；所述吊台安装在第一滑块上；所述第一螺纹杆联接电机。按上述技术方案，本发明所述3D打印机的工作原理如下：第一，将计算机与打印机本体连接，将设计好的三维CAD模型装载入计算机，往树脂槽内加入液态的光敏树脂，计算机内安装有上位机软件，上位机软件发出开始打印指令，控制打印机本体内的下位机软件开始工作。第二，下位机软件控制激光扫描装置发出激光束，激光束经过反射镜反射到镜子正上方的树脂槽底部，激光扫描装置能在下位机软件的控制下，使激光束按照截面轮廓的要求沿树脂槽底部进行扫描，激光束透过树脂槽底部的高透石英玻璃与照射到的树脂槽里的光敏树脂反应，使被扫描区域的光敏树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。第三，第一层树脂薄片会粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的吊台上，然后树脂槽会在第一升降装置的驱动下开合运动一次且吊台在第二升降装置的驱动下上升一层树脂薄片的高度，已固化的树脂薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层树脂薄片粘结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。第四，上述树脂槽在第一升降装置的驱动下开合运动一次且吊台在第二升降装置的驱动下上升一层树脂薄片高度的工作原理如下：电机动作，电机驱动第一螺纹杆旋转，第一螺纹杆驱动第一滑块在第一滑轨内上升一层树脂薄片的高度，第一滑块带动吊台上升一层树脂薄片的高度；在上述第一螺纹杆旋转的同时，第一螺纹杆带动第一蜗杆旋转，第一蜗杆驱动第一蜗轮旋转，第一蜗轮带动第一传动轴旋转，第一传动轴带动第一升降驱动轮旋转，第一升降驱动轮驱动其上的第一驱动杆由最高点旋转一周后再复位至最高点，旋转一周的第一驱动杆驱动第一升降件在第一导向件中先下降再上升复位，第一升降件先下降再上升复位的动作驱使其上的铁板先下降再上升复位，铁板通过高透石英玻璃驱使树脂槽先下降再上升复位，即，树脂槽开合运动一次。通过上述技术方案，所述第一升降装置和第二升降装置实质为一整体联动机构，使一个打印动作至下一个打印动作之间的3D打印机的吊台动作和树脂槽升降动作联动，不仅使控制过程简单化，而且有利于产品截面轮廓的树脂薄片厚度的准确控制。作为本发明对联动的第一升降装置和第二升降装置的一种说明，所述第一升降装置还包括第二升降件、第二导向件、第二升降驱动轮、第二传动轴、第二支撑架、第二蜗轮；所述第二升降件与第二导向件配合，第二导向件安装在柜体上，第二导向件对第二升降件的升降进行导向；所述第二升降件开设水平设置的第二滑槽，所述第二升降驱动轮设有偏心的第二驱动杆，第二驱动杆与第二滑槽配合；所述第二升降驱动轮安装在水平设置的第二传动轴上，所述第二传动轴枢接在第二支撑架上，第二支撑架安装在柜体上；所述第二蜗轮安装在第二传动轴上，第二升降驱动轮和第二蜗轮分别安装在第二传动轴的前后两端处；所述第一升降装置还包括第三升降件、对第三升降件进行导向的第三导向件、第四升降件、对第四升降件进行导向的第四导向件；所述第三导向件和第四导向件安装在柜体上；所述铁板安装在第二升降件、第三升降件、第四升降件上，所述第一升降件、第二升降件、第三升降件、第四升降件分别位于铁板的四个角处，所述铁板呈方形框状；所述第一升降装置还包括第一同步带轮和第二同步带轮；所述第一同步带轮安装在第一传动轴上，第二同步带轮安装在第二传动轴上，第一同步带轮和第二同步带轮通过同步带联接；所述第二升降装置还包括第二蜗杆、第二螺纹杆、第二滑轨、第二滑块；所述第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第二蜗杆与第二螺纹杆首尾衔接，第二蜗杆位于第二螺纹杆的下方，首尾衔接的第二蜗杆和第二螺纹杆枢接在支架上；所述第二滑轨安装在支架上，第二滑轨竖直设置，第二滑块滑动配合在第二滑轨中，第二滑块开设与第二螺纹杆螺接的第二螺纹孔；所述第一滑块和第二滑块通过一连接板连接在一起，所述吊台安装在连接板上。按上述对联动的第一升降装置和第二升降装置的说明，所述树脂槽在第一升降装置的驱动下开合运动一次且吊台在第二升降装置的驱动下上升一层树脂薄片高度的工作原理如下：电机动作，电机驱动第一螺纹杆旋转，第一螺纹杆带动第一蜗杆旋转，第一蜗杆驱动第一蜗轮旋转，第一蜗轮带动第一传动轴旋转，第一传动轴带动第一同步带轮旋转，第一同步带轮通过同步带驱动第二同步带轮旋转，第二同步带轮带动第二传动轴旋转，第二传动轴带动第二蜗轮旋转，第二蜗轮驱动第二蜗杆旋转，第二蜗杆带动第二螺纹杆旋转，如此，第一螺纹杆和第二螺纹杆分别且同步驱动第一滑块在第一滑轨内上升一层树脂薄片的高度，第二滑块在第二滑轨内上升一层树脂薄片的高度，连接第一滑块和第二滑块的连接板带动吊台上升一层树脂薄片的高度；在上述第一传动轴和第二传动轴旋转的同时，第一传动轴带动第一升降驱动轮旋转，第二传动轴带动第二升降驱动轮同步旋转，第一升降驱动轮驱动其上的第一驱动杆由最高点旋转一周后再复位至最高点，相同地，第二升降驱动轮驱动其上的第二驱动杆由最高点旋转一周后再复位至最高点，旋转一周的第一驱动杆和第二驱动杆分别驱动第一升降件和第二升降件先下降再上升复位，第一升降件和第二升降件先下降再上升复位的动作驱使其上的铁板先下降再上升复位，铁板的先下降再上升复位的动作带动第三升降件在第三导向件中先下降再上升复位，第四升降件在第四导向件中先下降再上升复位，铁板通过高透石英玻璃驱使树脂槽先下降再上升复位，即，树脂槽开合运动一次。其中，所述铁板呈方形框状，以方便激光从下方射向高透石英玻璃再射入树脂槽内。作为本发明对激光扫描装置的一种说明，所述激光扫描装置包括蓝紫光激光器及激光扫描振镜；所述激光扫描振镜呈L型或者U型，以提高扫描定位精度。作为本发明对反射镜的一种说明，所述反射镜呈45°设置。作为本发明对树脂槽的一种说明，所述树脂槽的底面设有防粘层；所述防粘层为聚二甲基硅氧烷防粘层、离型膜防粘层或者特氟龙防粘层中的任意一种或者几种的组合。防粘层可以防止固化的树脂粘结于树脂槽的底部。作为本发明的一种说明，本发明所述3D打印机还包括壳体，所述壳体盖设于所述3D打印机本体外。作为本发明的一种说明，本发明所述3D打印机还包括装载有三维CAD模型的计算机，所述计算机与所述3D打印机本体通过USB数据线连接，用于控制打印的进程及精度。按上述3D打印机的技术方案，本发明提供3D打印机的打印方法，步骤如下：步骤一，将计算机与打印机本体连接，将设计好的三维CAD模型装载入计算机，往树脂槽内加入液态的光敏树脂，计算机内安装有上位机软件，上位机软件发出开始打印指令，控制打印机本体内的下位机软件开始工作；步骤二，下位机软件控制蓝紫光激光器发出305nm或者455nm的激光束，激光束经过反射镜反射到镜子正上方的树脂槽底部，激光扫描振镜能在下位机软件的控制下，使激光束按照截面轮廓的要求沿树脂槽底部进行扫描，激光束透过树脂槽底部的高透石英玻璃与照射到的树脂槽里的光敏树脂反应，使被扫描区域的光敏树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片；步骤三，第一层树脂薄片会粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的吊台上，然后树脂槽会在第一升降装置的驱动下开合运动一次且吊台在第二升降装置的驱动下上升一层树脂薄片的高度，已固化的树脂薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层树脂薄片粘结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。本发明提供的3D打印机及其打印方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：第一，本发明的快速成型的SLA3D打印机采用激光固化，成型速度快；第二，本发明的快速成型的SLA3D打印机包含消除真空力的下拉机械结构，大大提高成品率；第三，本发明的SLA3D打印机本体与装置有三维CAD模型的计算机连接，通过计算机内来控制打印的进度及精度，可以大大地提高打印的效率和精度，特别适合制作精度要求高，结构复杂的原型；第四，本发明的SLA3D打印机结构简单，操作方便，大大降低了生产和使用成本，可以大规模工业化推广应用；第五，本发明的SLA3D打印机的打印方法，精度高、速度快，成本低。附图说明：下面结合附图对本发明做进一步的说明：图1为本发明3D打印机的结构简图；图2为本发明所涉第一升降装置和第二升降装置的组合结构示意图。图中符号说明：10、柜体；11、支架；20、激光扫描装置；21、蓝紫光激光器；22、激光扫描振镜；30、反射镜；40、树脂槽；41、高透石英玻璃；42、铁板；50、吊台；61、第一升降件；611、第三升降件；610、第一滑槽；62、第一导向件；621、第三导向件；63、第一升降驱动轮；630、第一驱动杆；64、第一传动轴；65、第一支撑架；66、第一蜗轮；671、第一同步带轮；672、第二同步带轮；673、同步带；71、第一蜗杆；72、第一螺纹杆；73、第一滑轨；74、第一滑块；75、连接板。具体实施方式：3D打印机，包括打印机本体、壳体、装载有三维CAD模型的计算机。如图1，所述打印机本体包括中空腔室的柜体10及沿着所述柜体一侧面向上延伸的支架11，所述柜体的中空腔室的底部的前端设有激光扫描装置20，所述柜体的中空腔室的底部的中央处设有反射镜30，所述反射镜的正上方设有树脂槽40，所述树脂槽的底面固设有高透石英玻璃41，所述高透石英玻璃固设于铁板42上，所述柜体的顶部设一开口，所述开口与中空腔室连通，所述树脂槽位于柜体顶部的开口中。所述铁板的底部设有第一升降装置，第一升降装置驱动铁板升降。所述树脂槽的正上方设有吊台50，所述支架上设有第二升降装置，所述吊台安装在第二升降装置上，第二升降装置驱动吊台升降。如图2，所述第一升降装置包括第一升降件61、第一导向件62、第一升降驱动轮63、第一传动轴64、第一支撑架65、第一蜗轮66；所述第一升降件与第一导向件配合，第一导向件安装在柜体上，第一导向件对第一升降件的升降进行导向；所述第一升降件开设水平设置的第一滑槽610，所述第一升降驱动轮设有偏心的第一驱动杆630，第一驱动杆与第一滑槽配合；所述第一升降驱动轮安装在水平设置的第一传动轴上，所述第一传动轴枢接在第一支撑架上，第一支撑架安装在柜体上；所述第一蜗轮安装在第一传动轴上，第一升降驱动轮和第一蜗轮分别安装在第一传动轴的前后两端处。参考图2，所述第一升降装置还包括第二升降件、第二导向件、第二升降驱动轮、第二传动轴、第二支撑架、第二蜗轮；所述第二升降件与第二导向件配合，第二导向件安装在柜体上，第二导向件对第二升降件的升降进行导向；所述第二升降件开设水平设置的第二滑槽，所述第二升降驱动轮设有偏心的第二驱动杆，第二驱动杆与第二滑槽配合；所述第二升降驱动轮安装在水平设置的第二传动轴上，所述第二传动轴枢接在第二支撑架上，第二支撑架安装在柜体上；所述第二蜗轮安装在第二传动轴上，第二升降驱动轮和第二蜗轮分别安装在第二传动轴的前后两端处。如图2，所述第一升降装置还包括第三升降件611、对第三升降件进行导向的第三导向件621、第四升降件、对第四升降件进行导向的第四导向件；所述第三导向件和第四导向件安装在柜体上。所述铁板42安装在第一升降件、第二升降件、第三升降件、第四升降件上，所述第一升降件、第二升降件、第三升降件、第四升降件分别位于铁板的四个角处，所述铁板呈方形框状。如图2，所述第一升降装置还包括第一同步带轮671和第二同步带轮672；所述第一同步带轮安装在第一传动轴上，第二同步带轮安装在第二传动轴上，第一同步带轮和第二同步带轮通过同步带673联接。如图2，所述第二升降装置包括第一蜗杆71、第一螺纹杆72、第一滑轨73、第一滑块74；所述第一蜗杆与第一蜗轮66啮合，第一蜗杆与第一螺纹杆首尾衔接，第一蜗杆位于第一螺纹杆的下方，首尾衔接的第一蜗杆和第一螺纹杆枢接在支架上；所述第一滑轨安装在支架上，第一滑轨竖直设置，第一滑块滑动配合在第一滑轨中，第一滑块开设与第一螺纹杆螺接的第一螺纹孔。参考图2，所述第二升降装置还包括第二蜗杆、第二螺纹杆、第二滑轨、第二滑块；所述第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第二蜗杆与第二螺纹杆首尾衔接，第二蜗杆位于第二螺纹杆的下方，首尾衔接的第二蜗杆和第二螺纹杆枢接在支架上；所述第二滑轨安装在支架上，第二滑轨竖直设置，第二滑块滑动配合在第二滑轨中，第二滑块开设与第二螺纹杆螺接的第二螺纹孔。所述第一滑块和第二滑块通过一连接板75连接在一起，所述吊台50安装在连接板上。所述第一螺纹杆联接电机。如图1，所述激光扫描装置20包括蓝紫光激光器21及激光扫描振镜22；所述激光扫描振镜呈L型或者U型。如图1，所述反射镜30呈45°设置。所述树脂槽40的底面设有防粘层；所述防粘层为聚二甲基硅氧烷防粘层、离型膜防粘层或者特氟龙防粘层中的任意一种或者几种的组合。所述壳体盖设于所述打印机本体外。所述计算机与所述打印机本体通过USB数据线连接。3D打印机的打印方法，步骤如下：步骤一，将计算机与打印机本体连接，将设计好的三维CAD模型装载入计算机，往树脂槽40内加入液态的光敏树脂，计算机内安装有上位机软件，上位机软件发出开始打印指令，控制打印机本体内的下位机软件开始工作；步骤二，下位机软件控制蓝紫光激光器21发出305nm或者455nm的激光束，激光束经过反射镜30反射到镜子正上方的树脂槽底部，激光扫描振镜22能在下位机软件的控制下，使激光束按照截面轮廓的要求沿树脂槽底部进行扫描，激光束透过树脂槽底部的高透石英玻璃41与照射到的树脂槽里的光敏树脂反应，使被扫描区域的光敏树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片；步骤三，第一层树脂薄片会粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的吊台50上，然后树脂槽会在第一升降装置的驱动下开合运动一次且吊台在第二升降装置的驱动下上升一层树脂薄片的高度，已固化的树脂薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层树脂薄片粘结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。其中，所述树脂槽在第一升降装置的驱动下开合运动一次且吊台在第二升降装置的驱动下上升一层树脂薄片高度的工作流程如下：电机动作，电机驱动第一螺纹杆72旋转，第一螺纹杆带动第一蜗杆71旋转，第一蜗杆驱动第一蜗轮66旋转，第一蜗轮带动第一传动轴64旋转，第一传动轴带动第一同步带轮671旋转，第一同步带轮通过同步带673驱动第二同步带轮672旋转，第二同步带轮带动第二传动轴旋转，第二传动轴带动第二蜗轮旋转，第二蜗轮驱动第二蜗杆旋转，第二蜗杆带动第二螺纹杆旋转，如此，第一螺纹杆和第二螺纹杆分别且同步驱动第一滑块74在第一滑轨73内上升一层树脂薄片的高度，第二滑块在第二滑轨内上升一层树脂薄片的高度，连接第一滑块和第二滑块的连接板75带动吊台50上升一层树脂薄片的高度；在上述第一传动轴和第二传动轴旋转的同时，第一传动轴64带动第一升降驱动轮63旋转，第二传动轴带动第二升降驱动轮同步旋转，第一升降驱动轮驱动其上的第一驱动杆630由最高点旋转一周后再复位至最高点，相同地，第二升降驱动轮驱动其上的第二驱动杆由最高点旋转一周后再复位至最高点，旋转一周的第一驱动杆和第二驱动杆分别驱动第一升降件61和第二升降件先下降再上升复位，第一升降件和第二升降件先下降再上升复位的动作驱使其上的铁板42先下降再上升复位，铁板的先下降再上升复位的动作带动第三升降件611在第三导向件621中先下降再上升复位，第四升降件在第四导向件中先下降再上升复位，铁板通过高透石英玻璃41驱使树脂槽40先下降再上升复位，即，树脂槽开合运动一次。以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。