一种可重构3D打印机平台及利用其打印悬臂结构产品的方法与流程

本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种可重构的3d打印机平台及利用其打印具有悬臂结构产品的方法。

背景技术：

3d打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印技术可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期，在工业设计、建筑、工程和施工(aec)、汽车，航空航天等领域都有着重要应用。

然而，现有的fdm3d打印机由于设备本身的缺陷以及3d打印层层叠加的本质，在打印空洞以及悬臂时都需要进行支撑结构的打印以支撑下一层材料的打印。在打印过程中打印支撑额外增加了打印一个零件的总时间，且所有的支撑在打印完成后，都必须人工去除，不仅浪费了材料，也浪费了人工处理的费用。因此，进一步对3d打印平台结构进行改进，有效解决悬臂等结构打印时的支撑问题，对3d打印技术具有重要的推进作用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有3d打印技术在打印空洞以及悬臂部件时需进行支撑结构打印的问题，提供一种可重构3d打印机平台，可实现3d打印平台随打印模型结构变化而改变的目的，有效解决悬臂等特殊结构的支撑打印问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种可重构3d打印机平台，它包括平台框架和微柱阵列，其中微柱阵列由若干个支撑微柱进行紧密排列而成，每个支撑微柱均设置在平台框架内，且每个支撑微柱相对平台框架的高度可调。

上述方案中，所述微柱阵列中的若干个支撑微柱与驱动电机相连，根据待打印产品的结构特征在若干个支撑微柱上设置驱动电机，在驱动电机的作用下调节其相对平台框架的高度。

上述方案中，也可采用调控平台调节微柱阵列中支撑微柱相对平台框架的高度；所述调控平台设置在微柱整列下方，它包括支撑架和设置在支撑架上的调节柱，调节柱相对支撑架的高度可调，且调节柱沿微柱阵列水平方向的位置可调，通过调整调节柱水平方向的位置及相对支撑架的高度，控制微柱阵列中若干支撑微柱相对平台框架的高度。

上述方案中，所述支撑微柱之间的水平方向的间距为0.2cm以下；也可根据打印机打印精度的提高，适当增加支撑微柱之间的间隙。

上述方案中，每0.04cm²打印平台的区域内应设置一个支撑微柱，支撑微柱的数量为9个以上。

优选的，所述支撑微柱的数量为25个以上。

上述方案中，所述微柱阵列为矩形阵列或圆形阵列，或排布方式实质上属于矩形阵列或圆形阵列的密排阵列。

上述方案中，所述驱动装置为直线电机或旋转电机。

上述方案中，所述旋转电机通过齿轮、齿条机构、曲柄连杆机构或活塞结构等方式与支撑微柱连接，控制支撑微柱相对平台框架上下移动(直线运动)。

上述方案中，所述支撑微柱的截面形状为三角形、矩形、正六边形、圆形等可实现密排状态的形状。

上述方案中，所述支撑微柱截面的等效直径不大于0.1cm。

上述一种可重构3d打印机平台打印悬臂结构产品的方法，包括如下步骤：根据悬臂结构产品的形状特征，首先在悬臂结构对应的支撑微柱上打印支撑结构，然后调节平台框架内若干支撑微柱的高度至计划打印悬臂结构的位置处，然后进行3d逐层打印得悬臂结构产品。

上述方案中，所述悬臂结构产品包括t型结构、f型结构、半球体结构等需要打印外部支撑的产品；所述悬臂结构产品由支撑结构和悬臂结构组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明首次提出利用多个高度可调并紧密排布的支撑微柱，且每个支撑微柱相对平台框架的高度单独控制，可实现3d打印平台随打印模型结构变化而改变的目的，无需额外引入外部支撑结构及其后处理工艺，有效解决悬臂等特殊结构的支撑打印问题，显著提高打印效率并节约成本。

2)本发明涉及的结构简单、操作方便，平台结构变化方式多样、可控，适用性广，对3d打印技术具有重要的推进作用。

附图说明

图1为本发明一个实施例的可重构3d打印平台的俯视图。

图2为本发明一个实施例的可重构3d打印平台的主视图。

图3为本发明一个实施例的可重构3d打印平台打印t型悬臂结构产品时的结构示意图。

图4为本发明一个实施例的可重构3d打印平台打印半球体型悬臂结构产品时的结构示意图。

图5为本发明一个实施例的可重构3d打印平台打印f型悬臂结构产品时的结构示意图。

图6为本发明一个实施例所述可重构3d打印平台采用的调控平台的结构示意图。

图中，1为支撑微柱，1-1为原位支撑微柱，1-2为变位支撑微柱，2为平台框架，3为驱动电机，4为3d打印机喷头，5为t型悬臂结构产品，6为半球体型悬臂结构产品，7为f型悬臂结构产品，8为调控平台，8-1为调节柱，8-2为支撑架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步详细描述，帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于实施。

实施例1

一种可重构3d打印机平台，其结构如图1和图2所示，包括平台框架2和设置在其内部的微柱阵列，其中微柱阵列由36个支撑微柱1进行紧密排列形成，采用的支撑微柱1的截面形状呈圆形(直径为0.1cm)，且支撑微柱1之间水平方向的间距为0.1cm，每个支撑微柱1与单独的直线电机3相连，在直线电机3的驱动作用下，控制每个支撑微柱1沿竖直方向相对平台框架上、下移动。

将本实施例所述可重构3d打印机平台用于打印“t”型悬臂产品，具体步骤如下：如图3所示，根据t型悬臂产品的需要，先在原位支撑微柱1-1上采用打印机喷头4打印“t”型悬臂产品的中间杆(支撑结构)；打印悬臂结构前，将原位支撑微柱1-1周围的变位支撑微柱1-2移动至计划打印悬臂结构位置处，之后在变位支撑微柱1-2形成的支撑平面上逐层打印悬臂结构，制备得到t型悬臂结构产品4。

本实施例中也可采用图6所述调控平台8代替直线电机3，实现支撑微柱1沿竖直方向相对平台框架上、下移动)，所述调控平台8包括支撑架8-2和设置在支撑架上的调节柱8-1，支撑架8-2(带动调节柱)相对微柱阵列水平方向的位置可调，且调节柱8-1在电机等驱动方式下相对支撑架8-2的高度可调；采用的调节柱8-1的截面尺寸与每个支撑微柱1相配合，通过调整调节柱水平方向的位置及相对支撑架的高度，控制微柱阵列中变位支撑微柱1-2相对平台框架的高度。

实施例2

将实施例1所述可重构3d打印机平台用于打印“半球体”型悬臂结构产品，具体步骤如下：如图4所示，根据“半球体”型悬臂产品的结构特征，在原位支撑微柱1-1形成的支撑面上采用3d打印机喷头4打印“半球体”底层的圆环(3d打印过程中等效于支撑结构)，然后根据“半球体”型悬臂结构产品的结构特征，将变位支撑微柱1-2在与其相连接的直线电机3的作用下移动至计划支撑半球体内部球面的位置处，然后在变位支撑微柱1-2的作用下进行逐层打印顶部结构(3d打印过程中等效于悬臂结构)，制备得到半球体型悬臂结构产品6。

实施例3

将实施例1所述可重构3d打印机平台用于打印“f”型悬臂结构产品，具体步骤如下：如图5所示，根据“f”型悬臂产品的结构特征，在原位支撑微柱1-1形成的支撑面上采用打印机喷头4打印“f”型悬臂结构产品的两个悬臂结构(3d打印过程中等效于支撑结构)，然后将变位支撑微柱1-2在与其相连接的直线电机3的作用下移动至计划打印“f”型悬臂结构产品中连接两个悬臂结构的支撑杆高度位置，然后在变位支撑微柱1-2的作用下逐层打印支撑杆(3d打印过程中等效于悬臂结构)，制备得到f型悬臂结构产品7。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。