一种3D打印扫描一体机的制作方法

本发明涉及3D打印技术领域，更具体地，涉及一种3D打印扫描一体机。

背景技术：

3D打印技术是现今制造领域的前沿技术，由于其打印制造效率与现有的制造技术相比得到了提高，因而很受生产厂家的欢迎。目前，利用3D打印技术打印一件产品时，首先需要做的是利用扫描设备获取产品表面轮廓的3维点云，然后将3维点云组成的模型文件导入至计算机的模型修复软件中，模型修复软件对模型出现的缺面进行自动修补并生成STL文件；然后将STL文件导入到切片软件中生成可打印的gcode文件，最终由gcode文件指导打印机进行打印。

通过以上描述可知，进行3D打印时需要进行两个步骤，一是进行三维重建获取gcode文件，二是打印机基于gcode文件进行打印。但是，现有技术在进行这两个步骤时是通过使用不同的设备，用户在配置这些设备时需要投入较多的成本，且这些设备所占用的空间较大。

技术实现要素：

本发明为解决以上现有技术的难题，提供了一种3D打印扫描一体机，该机器将扫描设备与打印设备结合在一起，使得其能够实现扫描打印一体化的功能。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种3D打印扫描一体机，包括打印设备，还包括有旋转平台和设置在旋转平台一侧的扫描设备；

其中所述打印设备包括设置在旋转平台另外一侧的底座、设置在底座上的垂直升降装置、设置在垂直升降装置上的悬臂电机、一端与垂直升降装置连接的悬臂、与悬臂滑动连接的悬臂滑块、设置在悬臂滑块上的打印头以及第一同步带轮、第二同步带轮和同步带；

其中所述第一同步带轮设置在悬臂的另一端处；第二同步带轮设置在悬臂电机处，第二同步带轮与悬臂电机的转动轴连接；同步带的两端分别绕过第一同步带轮、第二同步带轮后与悬臂滑块连接。

3D打印扫描一体机的工作过程包括两个阶段，分别为扫描阶段和打印阶段，在扫描阶段时首先通过控制垂直升降装置使得悬臂向上方运动，给扫描设备提供足够的空间，然后把需要扫描的物体放到旋转平台的正中央，并使平台缓慢旋转；扫描设备不断地获得被扫描物体表面轮廓的3维点云，用于生成gcode文件。扫描阶段完成后，首先对打印头进行预热，然后通过悬臂电机、同步带轮、同步带带动悬臂滑块做直线运动，使得打印头在水平方向上复位，然后，垂直升降装置带动悬臂向下运动，使得打印头刚好接触到打印平台，此时打印头在垂直方向上复位，此后即可开始打印的过程。在打印的过程中，旋转平台往复旋转，悬臂滑块往复滑动，从打印头喷嘴流出的熔化状态的打印材料附着在打印平台上，形成模型了第一层的截面。然后垂直升降装置带动悬臂向上运动一层厚度的距离，以同样的方式，在第一层截面的顶面上打印第二层截面，通过逐层叠加的方式最终打印出实体3维模型。

优选地，所述悬臂包括第一横杆和第二横杆，第一横杆、第二横杆从上到下依次设置在同一垂直面上，第一横杆、第二横杆水平设置，第一横杆、第二横杆的一端与垂直升降装置连接；悬臂滑块上分别设置有第一滑孔和第二滑孔，悬臂滑块通过第一滑孔、第二滑孔滑动套接在第一横杆、第二横杆上；所述第一横杆、第二横杆的另一端通过一连接件进行连接，第一同步带轮设置在连接件上。

优选地，所述悬臂滑块上设置有第一系缚位和第二系缚位，同步带的两端绕过第一同步带轮、第二同步带轮后分别与悬臂滑块的第一系缚位和第二系缚位连接。

优选地，所述悬臂的另一端处，设置有水平限位开关。水平限位开关用于指示打印头在水平方向上复位完毕。

优选地，所述垂直升降装置包括Z轴电机、联轴器、第一光轴、第二光轴、滚珠丝杆、垂直滑块和螺母，其中第一光轴、第二光轴竖直设置在底座上，垂直滑块上设置有第三滑孔、第四滑孔，垂直滑块通过第三滑孔、第四滑孔滑动套接在第一光轴、第二光轴上；所述滚珠丝杆垂直设置在底座上；所述Z轴电机设置在底座上，Z轴电机的转动轴通过联轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆通过螺母与垂直滑块连接；

所述悬臂电机设置在垂直滑块上，垂直滑块与悬臂的一端连接。

垂直升降装置的工作原理如下：Z轴电机转动带动滚珠丝杆旋转，使得垂直滑块在垂直方向上发生运动。

优选地，所述联轴器为弹性联轴器。

优选地，所述底座对应于垂直滑块的位置上设置有垂直限位开关，垂直限位开关的设置高度与旋转平台的设置高度平齐。垂直限位开关用于指示打印头在垂直方向上复位完毕。

优选地，所述扫描设备包括支架和设置在支架上的摄像头、第一激光头、 第二激光头；其中支架设置在旋转平台的一侧；摄像头、第一激光头、 第二激光头的设置高度高于旋转平台的所在高度，且第一激光头、第二激光头分别位于摄像头的左右两侧。扫描设备在工作时，第一激光头、 第二激光头分别射出红色竖直的结构线打在被扫描物体的表面上，摄像头获取被扫描物体的图像并根据激光三角测距原理对结构线所在的表面进行分析，得到深度图，然后生成三维点云，扫描过程中旋转平台连续转动，被扫描物体表面轮廓的三维点云也持续生成，当旋转平台转过360°的时候，便完成扫描任务。

优选地，所述摄像头、第一激光头、 第二激光头设置在以旋转平台为圆心的不同圆周方向上，且第一激光头与摄像头之间的圆心角等于第二激光头与摄像头之间的圆心角。

优选地，所述打印设备还包括有挤出电机和送料管，挤出电机设置在底座上，挤出电机的输出端通过送料管与打印头连接及连通。一体机在工作时，挤出电机旋转，带动线型打印耗材沿送料管内壁进入打印头内部，经打印头末端的喷嘴流出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一体机实现了3D打印与扫描的一体化，并能够实现扫描平台与打印平台的结合，提高空间的利用率，减小整机的体积大小，更加适合用户对于产品轻便方便携带的需求，并且由于平台可旋转，大大提高了空间的利用率，能够达到打印机整体外形尺寸小而打印范围大的效果。

附图说明

图1为一体机的正面示意图。

图2为一体机的背面示意图。

图3为一体机的右视图。

图4为一体机的左视图。

图5为一体机的俯视图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1~5所示，3D打印扫描一体机，包括打印设备1，还包括有旋转平台2和设置在旋转平台2一侧的扫描设备3；其中所述打印设备1包括设置在旋转平台2另外一侧的底座11、设置在底座11上的垂直升降装置12、设置在垂直升降装置12上的悬臂电机13、一端与垂直升降装置12连接的悬臂14、与悬臂14滑动连接的悬臂滑块15、设置在悬臂滑块15上的打印头16以及第一同步带轮17、第二同步带轮18和同步带19；其中所述第一同步带轮17设置在悬臂14的另一端处；第二同步带轮18设置在悬臂电机13处，第二同步带轮18与悬臂电机13的转动轴连接；同步带19的两端分别绕过第一同步带轮17、第二同步带轮18后与悬臂滑块15连接。

其中，打印设备1还包括有挤出电机20和送料管21，挤出电机20设置在底座11上，挤出电机20的输出端通过送料管21与打印头16连接及连通。一体机在工作时，挤出电机20旋转，带动线型打印耗材沿送料管21内壁进入打印头16内部，经打印头16末端的喷嘴流出。

3D打印扫描一体机的工作过程包括两个阶段，分别为扫描阶段和打印阶段，在扫描阶段时首先通过控制垂直升降装置12使得悬臂14向上方运动，给扫描设备3提供足够的空间，然后把需要扫描的物体放到旋转平台2的正中央，并使平台缓慢旋转；扫描设备3不断地获得被扫描物体表面轮廓的3维点云，用于生成gcode文件。扫描阶段完成后，首先对打印头16进行预热，然后通过悬臂电机13、同步带轮、同步带19带动悬臂滑块15做直线运动，使得打印头16在水平方向上复位，然后，垂直升降装置12带动悬臂14向下运动，使得打印头16刚好接触到打印平台，此时打印头16在垂直方向上复位，此后即可开始打印的过程。在打印的过程中，旋转平台2往复旋转，悬臂滑块15往复滑动，从打印头16喷嘴流出的熔化状态的打印材料附着在打印平台上，形成模型了第一层的截面。然后垂直升降装置12带动悬臂14向上运动一层厚度的距离，以同样的方式，在第一层截面的顶面上打印第二层截面，通过逐层叠加的方式最终打印出实体的3维模型。

其中，如图1、图2所示，悬臂14包括第一横杆141和第二横杆142，第一横杆141、第二横杆142从上到下依次设置在同一垂直面上，第一横杆141、第二横杆142水平设置，第一横杆141、第二横杆142的一端与垂直升降装置12连接；悬臂滑块15上分别设置有第一滑孔和第二滑孔，悬臂滑块15通过第一滑孔、第二滑孔滑动套接在第一横杆141、第二横杆142上；所述第一横杆141、第二横杆142的另一端通过一连接件153进行连接，第一同步带轮17设置在连接件153上。本实施例中，悬臂滑块15上设置有第一系缚位154和第二系缚位155，同步带19的两端绕过第一同步带轮17、第二同步带轮18后分别与悬臂滑块15的第一系缚位154和第二系缚位155连接。同时，悬臂14的另一端处，设置有水平限位开关143。水平限位开关143用于指示打印头16在水平方向上复位完毕。

如图1、2、3所示，垂直升降装置12包括Z轴电机121、联轴器122、第一光轴123、第二光轴124、滚珠丝杆125、垂直滑块126和螺母，其中第一光轴123、第二光轴124竖直设置在底座11上，垂直滑块126上设置有第三滑孔、第四滑孔，垂直滑块126通过第三滑孔、第四滑孔滑动套接在第一光轴123、第二光轴124上；所述滚珠丝杆125垂直设置在底座11上；所述Z轴电机121设置在底座11上，Z轴电机121的转动轴通过联轴器122与滚珠丝杆125连接，滚珠丝杆125通过螺母与垂直滑块126连接；所述悬臂电机13设置在垂直滑块126上，垂直滑块126与悬臂14的一端连接。

垂直升降装置12的工作原理如下：Z轴电机121转动带动滚珠丝杆125旋转，使得垂直滑块126在垂直方向上发生运动。

在具体的实施过程中，如图1所示，底座11对应于垂直滑块126的位置上设置有垂直限位开关101，垂直限位开关101的设置高度与旋转平台2的设置高度平齐。垂直限位开关101用于指示打印头16在垂直方向上复位完毕。

如图3、4所示，扫描设备3包括支架31和设置在支架31上的摄像头32、第一激光头33、 第二激光头34；其中支架31设置在旋转平台2的一侧；摄像头32、第一激光头33、 第二激光头34的设置高度高于旋转平台2的所在高度，且第一激光头33、第二激光头34分别位于摄像头32的左右两侧，摄像头32、第一激光头33、 第二激光头34设置在以旋转平台2为圆心的不同圆周方向上，且第一激光头33与摄像头32之间的圆心角等于第二激光头34与摄像头32之间的圆心角。扫描设备3在工作时，第一激光头33、 第二激光头34分别射出红色竖直的结构线打在被扫描物体的表面上，摄像头32获取被扫描物体的图像并根据激光三角测距原理对结构线所在的表面进行分析，得到深度图，然后生成三维点云，扫描过程中旋转平台2连续转动，被扫描物体表面轮廓的三维点云也持续生成，当旋转平台2转过360°的时候，便完成扫描任务。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。