3d打印機以及3d打印方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了3D打印機以及3D打印方法，該3D打印機包括：一底座；一基臺，設置于底座之上；一三維移動系統(tǒng)，設置于底座之上，三維移動系統(tǒng)至少包括相互連接的三套相同的滑臺組件，滑臺組件包括一沿滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺；以及一打印組件，打印組件包括外殼、至少一噴頭和至少一激光器，三套滑臺組件帶動打印組件相對于基臺進行三維方向上的同步移動。本發(fā)明的3D打印機以及3D打印方法將熔融沉積和激光切割相結合，提高成型尺寸精度和工件表面光潔度，彌補單一的熔融沉積技術在此方面的缺陷，大大增強3D打印模型的精確度。
【專利說明】
3D打印機以及3D打印方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及3D打印設備領域，尤其涉及一種熔融沉積和激光切割相結合的3D打印機以及3D打印方法。
【背景技術】
[0002]3D打印(3DP)是即快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
[0003]日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術稱為3D立體打印技術。
[0004]恪融沉積成型法(FDM，F(xiàn)used Deposit1n Modeling)是一種3D打印常用的工藝。其加工過程是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預定軌跡，以固定的速率進行熔體沉積。
[0005]現(xiàn)有的采用熔融沉積成型法的3D打印技術，其缺點在于，帶動噴頭的運動機構由于結構或控制等關系，會產(chǎn)生一定的誤差;材料在擠出噴頭以后由于物理特性變化而發(fā)生形變，在應用于高精度要求的打印時，模型的成型尺寸和表面精細度均難以滿足相關的技術要求。
[0006]激光切割廣泛用于金屬或非金屬加工，其加工過程是利用聚焦鏡頭將具有一定功率的激光束匯聚在材料表面使材料瞬間融化，當激光器與加工材料按一定的軌跡做相對運動時，就形成相應的切縫，從而實現(xiàn)材料切割。由于激光聚焦斑點極小，線性度好，因此激光切割具有較高的加工精度。
[0007]有鑒于此，發(fā)明人提供了一種熔融沉積和激光切割相結合的3D打印機以及3D打印方法。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的目的在于提供3D打印機以及3D打印方法，克服了現(xiàn)有技術的困難，將熔融沉積和激光切割相結合，提高成型尺寸精度和工件表面光潔度，彌補單一的熔融沉積技術在此方面的缺陷，大大增強3D打印模型的精確度。
[0009 ]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種3D打印機，包括:
[0010]一底座；
[0011 ] —基臺，設置于所述底座之上；
[0012]一三維移動系統(tǒng)，設置于所述底座之上，所述三維移動系統(tǒng)至少包括相互連接的三套相同的滑臺組件，所述滑臺組件包括一沿所述滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺；以及
[0013]一打印組件，所述打印組件包括外殼、至少一噴頭和至少一激光器，所述三套滑臺組件帶動所述打印組件相對于所述基臺進行三維方向上的同步移動。
[0014]優(yōu)選地，所述噴頭和所述激光器位于所述打印組件的外殼的同一平面上。
[0015]優(yōu)選地，所述噴頭和所述激光器分別位于所述打印組件的外殼的下表面的兩端。
[0016]優(yōu)選地，所述噴頭的噴射方向和所述激光器的發(fā)射方向相平行。
[0017]優(yōu)選地，所述打印組件還包括至少一風扇，設置在所述外殼的一側。
[0018]優(yōu)選地，所述風扇的風道經(jīng)過所述噴頭和所述激光器。
[0019]優(yōu)選地，所述滑臺組件還包括一外殼、至少一導向桿、一絲桿、兩側板以及一馬達；
[0020]所述外殼的兩端分別設有所述側板，兩所述側板之間設有相互平行的所述導向桿和所述絲桿，所述滑臺套接在所述導向桿和所述絲桿，所述馬達帶動所述絲桿旋轉，所述絲桿帶動所述滑臺沿所述導向桿滑動。
[0021]優(yōu)選地，所述三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件、第二滑臺組件以及第三滑臺組件；
[0022]所述第一滑臺組件連接所述基臺，所述第一滑臺組件的滑動方向平行于所述基臺，所述第一滑臺組件包括一第一滑臺；
[0023]所述第二滑臺組件連接所述第一滑臺，所述第二滑臺組件包括一第二滑臺；
[0024]所述第三滑臺組件連接所述第二滑臺，所述第三滑臺組件包括一第三滑臺，所述打印組件連接所述第三滑臺。
[0025]優(yōu)選地，所述三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件、第二滑臺組件以及第三滑臺組件；
[0026]所述第一滑臺組件連接所述基臺，所述第一滑臺組件的滑動方向平行于所述基臺，所述第一滑臺組件包括一第一滑臺，所述基臺連接于所述第一滑臺，所述基臺沿所述第一滑臺的滑動方向滑動；
[0027]所述第二滑臺組件連接所述基臺，所述第二滑臺組件包括一第二滑臺；
[0028]所述第三滑臺組件的第一端連接所述第二滑臺，所述第三滑臺組件包括一第三滑臺，所述打印組件連接所述第三滑臺。
[0029 ]優(yōu)選地，還包括一第四滑臺組件，連接所述基臺；
[0030]所述第四滑臺組件的滑動方向與所述第二滑臺組件的滑動方向相平行，所述第四滑臺組件包括一第四滑臺，所述第三滑臺組件的第二端連接所述第四滑臺。
[0031]優(yōu)選地，所述滑臺包括兩個貫通導向孔和一個貫通螺紋孔，所述貫通導向孔分別套接一所述導向桿，所述貫通螺紋孔嚙合于所述絲桿。
[0032]優(yōu)選地，還包括至少一直角支撐件，所述直角支撐件固定于所述底座，垂直于所述底座的所述滑臺組件連接所述直角支撐件。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種3D打印方法，采用上述的3D打印機，包括以下步驟:
[0034]步驟S300、所述噴頭逐層沉積3D模型的打印材料，通過所述激光器對每一層沉積的打印材料的外輪廓和/或3D模型的上表面區(qū)域進行激光切割。
[0035]優(yōu)選地，所述步驟S300包括以下步驟:
[0036]步驟S302、讀取3D打印數(shù)據(jù)；
[0037]步驟S303、判斷所述3D打印數(shù)據(jù)是否結束，若是，則執(zhí)行步驟309，若否，則執(zhí)行步驟304;
[0038]步驟S304、判斷所述3D打印數(shù)據(jù)是否為沉積路徑數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟305，若否，則執(zhí)行步驟306;
[0039]步驟S305、沿所述沉積路徑移動并且沉積3D模型的打印材料，返回步驟S302;
[0040]步驟S306、判斷所述3D打印數(shù)據(jù)是否為外輪廓數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟307，若否，則執(zhí)行步驟308;
[0041]步驟S307、沿所述外輪廓進行激光切割，返回步驟S302;
[0042]步驟S308、對3D模型的上表面區(qū)域進行激光切割，返回步驟S302;以及
[0043]步驟S309、加工完成。
[0044]優(yōu)選地，所述步驟S302之前還包括步驟301:對所述噴頭進行預熱。
[0045]優(yōu)選地，所述噴頭在沉積3D模型的打印材料的同時，當隨同所述噴頭移動的所述激光器是否經(jīng)過已經(jīng)沉積成型的打印材料的外輪廓中的局部輪廓時，所述激光器對所述局部輪廓進行激光切割。
[0046]優(yōu)選地，對外輪廓進行激光切割時，當所述激光器經(jīng)過已經(jīng)被激光切割過的所述局部輪廓時，所述激光器暫時停止工作。
[0047]優(yōu)選地，所述步驟S300之前還包括步驟S200: 3D打印數(shù)據(jù)處理；
[0048]所述步驟S200包括以下步驟:
[0049]步驟S201、3D打印模型分層；
[0050]步驟S202、規(guī)劃噴頭進行每一層的3D打印的路徑；
[0051]步驟S203、根據(jù)預設的切割偏移參數(shù)，提取每一層的外輪廓；
[0052]步驟S204、提取3D打印模型的上表面區(qū)域；以及
[0053]步驟S205、規(guī)劃激光器進行每一層的激光切割的路徑。
[0054]優(yōu)選地，所述步驟S200之前還包括步驟SlOO:設備校準；
[0055]所述步驟S100包括以下步驟:
[0056]步驟SlOl、所述激光器焦距校準；以及
[0057]步驟S102、所述噴頭與所述激光器的偏移校準。
[0058]由于采用了以上技術，本發(fā)明的3D打印機以及3D打印方法將熔融沉積和激光切割相結合，能夠在沉積的每一層外輪廓上，采用激光切割技術輔助切割掉超出精度范圍的多余材料，從而提高成型尺寸精度和工件表面光潔度，彌補單一的熔融沉積技術在此方面的缺陷，大大增強3D打印模型的精確度。
【附圖說明】
[0059]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點更為明顯。
[0060]圖1為本發(fā)明的第一種3D打印機的主視圖；[0061 ]圖2為本發(fā)明的第一種3D打印機的俯視圖；
[0062]圖3為本發(fā)明的第一種3D打印機的一種視角的立體圖；
[0063]圖4為本發(fā)明的第一種3D打印機的另一種視角的立體圖；
[0064]圖5為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的主視圖；
[0065]圖6為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的仰視圖；
[0066]圖7為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的側視圖；
[0067]圖8為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的一種視角的立體圖；
[0068]圖9為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的另一種視角的立體圖；
[0069]圖10為本發(fā)明的一種3D打印方法的流程圖；
[0070]圖11為本發(fā)明的一種3D打印方法中步驟S100的流程圖；
[0071]圖12為本發(fā)明的一種3D打印方法中步驟S200的流程圖；
[0072]圖13為本發(fā)明的一種3D打印方法中步驟S300的流程圖；
[0073]圖14A和14B為本發(fā)明的一種3D打印方法的第一種實施方式不意圖；
[0074]圖15至18為本發(fā)明的一種3D打印方法的第二種實施方式示意圖；
[0075]圖19為本發(fā)明的第二種3D打印機的主視圖；
[0076]圖20為本發(fā)明的第二種3D打印機的側視圖；
[0077]圖21為本發(fā)明的第二種3D打印機的立體圖；
[0078]圖22為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第一滑臺組件的立體圖；
[0079]圖23為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第一滑臺組件的分解圖；
[0080]圖24為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第二滑臺組件的立體圖；
[0081]圖25為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第二滑臺組件的分解圖；
[0082]圖26為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第三滑臺組件的立體圖；
[0083]圖27為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第三滑臺組件的分解圖；
[0084]圖28為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第四滑臺組件的立體圖；
[0085]圖29為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第四滑臺組件的分解圖；
[0086]圖30為本發(fā)明的第三種3D打印機的立體圖；以及
[0087]圖31為本發(fā)明的第四種3D打印機的立體圖。
[0088]附圖標記
[0089]10底座
[0090]20基臺
[0091]30打印組件
[0092]31噴頭
[0093]32激光器
[0094]33外殼
[0095]34進料口
[0096]35連接板
[0097]36風扇
[0098]40第一滑臺組件
[0099]41第一滑臺
[0100]42第一基座
[0101]43第一梯型絲桿
[0102]44第一導向桿
[0103]45第一側板
[0104]46第一貫通導向孔
[0105]47第一馬達
[0106]48第一貫通螺紋孔
[0107]50第二滑臺組件
[0108]51第二滑臺
[0109]52第二基座
[0110]53第二梯型絲桿
[0111]54第二導向桿
[0112]55第二側板
[0113]56第二貫通導向孔
[0114]57第二馬達
[0115]58第二貫通螺紋孔
[0116]60第三滑臺組件
[0117]61第三滑臺
[0118]62第三基座
[0119]63第三梯型絲桿
[0120]64第三導向桿
[0121]65第三側板
[0122]66第三貫通導向孔
[0123]67第三馬達
[0124]68第三貫通螺紋孔
[0125]70第四滑臺組件
[0126]71第四滑臺
[0127]72第四基座
[0128]73第四梯型絲桿
[0129]74第四導向桿
[0130]75第四側板
[0131]76第四貫通導向孔
[0132]77第四馬達
[0133]78第四貫通螺紋孔
[0134]80直角支撐件
[0135]90連接橫板
【具體實施方式】
[0136]以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明將結合一些【具體實施方式】進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
[0137]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的結構和部件未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0138]第一實施例
[0139]圖1為本發(fā)明的第一種3D打印機的主視圖。圖2為本發(fā)明的第一種3D打印機的俯視圖。圖3為本發(fā)明的第一種3D打印機的一種視角的立體圖。圖4為本發(fā)明的第一種3D打印機的另一種視角的立體圖。如圖1至4所示，本發(fā)明的第一種3D打印機，包括:一底座1、一基臺
20、一三維移動系統(tǒng)、一打印組件30、至少一直角支撐件80以及一連接橫板90?；_20連接在底座10之上。
[0140]本發(fā)明中的三維移動系統(tǒng)中的滑臺組件的結構和尺寸均相同，但不以此為限。三維移動系統(tǒng)連接在底座10之上，三維移動系統(tǒng)至少包括相互連接的三套相同的滑臺組件，滑臺組件包括一沿滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺。直角支撐件80固定于底座10，垂直于底座10的滑臺組件連接直角支撐件80，有效防止垂直于底座10的滑臺組件在打印過程中晃動。三套滑臺組件帶動打印組件30相對于基臺20進行三維方向上的移動。三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件40、第二滑臺組件50、第三滑臺組件60以及第四滑臺組件70(本實施例中的第二滑臺組件50與第四滑臺組件70相互平行)。
[0141]連接橫板90的兩端分別連接第二滑臺組件50與第四滑臺組件70的上部，增強第二滑臺組件50與第四滑臺組件70之間的穩(wěn)定性，防止3D打印時，3D打印機發(fā)生搖晃而降低打印精確度。并且連接橫板90中設有本發(fā)明的控制模塊，控制模塊連接三維移動系統(tǒng)和打印組件30，實現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的讀取和執(zhí)行，加工過程的控制，F(xiàn)DM成型和激光切割過程的切換等功能。
[0142]圖5為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的主視圖。圖6為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的仰視圖。圖7為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的側視圖。圖8為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的一種視角的立體圖。圖9為本發(fā)明的第一種3D打印機的打印組件的另一種視角的立體圖。如圖5至9所示，本發(fā)明中的打印組件30包括噴頭31、激光器32、外殼33、進料口 34、連接板35以及風扇36，噴頭31和激光器32位于打印組件30的外殼33的同一平面上。在其他的變化例中，打印組件30也可以包括多個噴頭31和多個激光器32，不以此為限。三套滑臺組件帶動打印組件相對于基臺進行三維方向上的同步移動，也就是說，噴頭31和激光器32受到滑臺組件的帶動，相對于基臺進行三維方向上的同步移動，進行沉積3D打印材料和/或激光切割。
[0143]本發(fā)明中的噴頭31為Π)Μ噴頭，該FDM噴頭作為材料的擠出機構，材料可由任意給進機構送至噴頭后擠出，包括近端或遠端送料，直接或間接傳動等FDM常用送料方式。本發(fā)明中激光器32為材料的切割機構，可以整體或部件方式安裝于FDM噴頭附近，通過調校鏡頭，可將激光的聚焦平面匯聚于FDM打印平面上，從而對當前打印層面進行切割。
[0144]噴頭31和激光器32分別位于打印組件30的外殼33的下表面的兩端，但不以此為限。噴頭31的噴射方向和激光器32的發(fā)射方向相平行。進料口 34設置在外殼33上。外殼33通過連接板35與滑臺組件螺接。風扇36設置在外殼的一側。在一個優(yōu)選的實施例中，風扇36的風道經(jīng)過噴頭31和激光器32，由于噴頭31和激光器32在工作時都會產(chǎn)生大量熱量，風扇36能夠對打印組件30進行降溫。
[0145]圖10為本發(fā)明的一種3D打印方法的流程圖。如圖10所示，本發(fā)明的3D打印方法主要包括以下步驟:
[0146]步驟SlOO:設備校準。
[0147]步驟S200:3D打印數(shù)據(jù)處理。
[0148]步驟S300、噴頭逐層沉積3D模型的打印材料，通過激光器對每一層沉積的打印材料的外輪廓和/或3D模型的上表面區(qū)域進行激光切割。
[0149]以下通過圖11至13具體說明每個步驟的詳細流程。
[0150]圖11為本發(fā)明的一種3D打印方法中步驟SlOO的流程圖。如圖11所示，步驟SlOO包括以下步驟:
[0151]步驟S101、激光器焦距校準。激光焦距校準，是確保激光聚焦點與噴嘴處于同一平面，從而精確實現(xiàn)單層切割，提高縱向加工精度。
[0152]步驟S102、噴頭與激光器的偏移校準。噴頭與激光器的雙頭偏移校準，是測定FDM噴嘴與激光照射點的水平偏移距離，從而精確實現(xiàn)輪廓切割，提高橫向加工精度。
[0153]圖12為本發(fā)明的一種3D打印方法中步驟S200的流程圖。如圖12所示，步驟S200包括以下步驟:
[0154]步驟S201、3D打印模型分層。模型分層，是FDM技術的常規(guī)處理過程，以一定的層厚將三維模型分割成多個單層打印平面。
[0155]步驟S202、規(guī)劃噴頭進行每一層的3D打印的路徑。FDM打印路徑規(guī)劃，是規(guī)劃FDM噴頭在單層打印平面上的行走軌跡。
[0156]步驟S203、根據(jù)預設的切割偏移參數(shù)，提取每一層的外輪廓。單層外輪廓提取，是將單層打印平面的外輪廓路徑提取出來，并根據(jù)設定的切割偏移參數(shù)，生成激光切割的模型外輪廓。
[0157]步驟S204、提取3D打印模型的上表面區(qū)域。上表面區(qū)域提取，是將整個模型的上表面區(qū)域及其所在層面提取出來，以便于對模型上表面進行激光切割，以達到較好的上表面精度。
[0158]步驟S205、規(guī)劃激光器進行每一層的激光切割的路徑激光切割路徑規(guī)劃，是基于上述提取的單層外輪廓和上表面區(qū)域，生成激光器的切割行走軌跡。
[0159]步驟S300中，主要將數(shù)據(jù)處理階段生成的加工數(shù)據(jù)輸入到控制模塊中，由控制模塊控制執(zhí)行結構進行加工，依次逐層進行“單層FDM打印-外輪廓或上表面激光切割”的循環(huán)過程，直至工件加工完成，產(chǎn)生具有高尺寸精度和表面光潔度的工件。
[0160]圖13為本發(fā)明的一種3D打印方法中步驟S300的流程圖。如圖13所示，步驟S300包括以下步驟:
[ΟΙ61]步驟301:對噴頭進行預熱。
[0162]步驟S302、讀取3D打印數(shù)據(jù)；
[0163]步驟S303、判斷3D打印數(shù)據(jù)是否結束，若是，則執(zhí)行步驟309，若否，則執(zhí)行步驟304；
[0164]步驟S304、判斷3D打印數(shù)據(jù)是否為沉積路徑數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟305，若否，則執(zhí)行步驟306 ；
[0165]步驟S305、沿沉積路徑移動并且沉積3D模型的打印材料，返回步驟S302;
[0166]步驟S306、判斷3D打印數(shù)據(jù)是否為外輪廓數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟307，若否，則執(zhí)行步驟308;
[0167]步驟S307、沿外輪廓進行激光切割，返回步驟S302;
[0168]步驟S308、對3D模型的上表面區(qū)域進行激光切割，返回步驟S302;以及
[0169]步驟S309、加工完成。
[0170]以下結合圖14A和14B，進一步解釋圖13中步驟300的具體操作方式。圖14A和14B為本發(fā)明的一種3D打印方法的第一種實施方式示意圖。
[0171]如圖14A所示，3D打印模型可以分為6層，從低到高以此堆疊的第一層81、第二層82、第三層83、第四層84、第五層85以及第六層86。以第四層84為例，第四層84的外輪廓為A。所以在噴頭31完成了沉積第四層84之后，激光器32會沿著第四層84的外輪廓A進行切割(例如:打印組件從30A沿著外輪廓為A移動到30B)，切割掉超出精度范圍(外輪廓A之外)的多余材料，從而提高第四層84的外輪廓的尺寸精度和工件表面光潔度。
[0172]如圖14B所示，第六層86作為最高的一層，第六層86的上表面區(qū)域B被提取。噴頭31完成了沉積第六層86之后，激光器32會沿著第六層86的外輪廓進行切割，切割掉超出精度范圍的多余材料，然后對第六層86的上表面區(qū)域B進行激光切割，以達到較好的上表面精度。在另一個變化例中，噴頭31完成了沉積第六層86之后，激光器32也可以先對上表面區(qū)域B進行激光切割，然后再沿著第六層86的外輪廓進行切割，切割掉超出精度范圍的多余材料，此處不再贅述。
[0173]由于本發(fā)明中噴頭31和激光器32能夠相對于基臺進行三維方向上的同步移動，所以噴頭31和激光器32也能夠在同步移動的同時兩個分別進行各自的工作。例如:噴頭在沉積3D模型的打印材料的同時，當隨同噴頭移動的激光器是否經(jīng)過已經(jīng)沉積成型的打印材料的外輪廓中的局部輪廓時，激光器對局部輪廓進行激光切割。
[0174]圖15至18為本發(fā)明的一種3D打印方法的第二種實施方式示意圖。
[0175]如圖15所示，其中C為當前層的外輪廓，D為噴頭31的路徑。
[0176]如圖16所示，由于噴頭31再沿著路徑D移動的時候，激光器32有可能會經(jīng)過當前層的整體外輪廓C，如果這部分的整體外輪廓C附近的3D打印材料已經(jīng)完成沉積等待切割，如圖16中等待切割的局部外輪廓E，則噴頭31和激光器32會具備同時工作的機會。雖然打印組件30是在沿著沉積材料的路徑D移動的，但是只要激光器32的下方經(jīng)過整體外輪廓C，并且這部分的整體外輪廓C附近的3D打印材料已經(jīng)完成沉積等待切割，激光器32就可以直接對等待切割的局部外輪廓E進行激光切割。
[0177]如圖17所示，在完成當前層3D打印材料沉積的過程中，可能會產(chǎn)生多段的激光器32完成了切割的局部外輪廓E(在圖16的沉積過程中被激光器32先后切割)，則這些局部外輪廓E之間的外輪廓F依舊是等待切割的外輪廓。在當前層3D打印材料沉積完成之后，可以沿著整體外輪廓C對仍然沒有被切割的外輪廓F進行切割，遇到局部外輪廓E(已經(jīng)被切割了)時，激光器32暫時停止工作，直到再次遇到有被切割的外輪廓F激光器32再次啟動，執(zhí)行對外輪廓F的切割工作，以保證整體外輪廓C完全被切割。
[0178]圖15至18中的第二種實施方式相比圖14A、14B的第一種實施方式，更注重時效性，在3D打印模型相同的前提下，第二種實施方式由于能夠沉積和部分切割工作同時進行，能夠明顯縮短整體打印的時間。并且，由于激光器32持續(xù)使用會釋放大量熱，不利于設備和打印材料的穩(wěn)定的，所以，第二種實施方式能夠使激光器32將原本持續(xù)沿整體外輪廓C一次切割的大段時間，改變?yōu)橄鄬﹂g歇性，多次切割工作，能夠有效避免激光器32會產(chǎn)生的缺點，延長3D打印機的使用壽命。
[0179]第二實施例
[0180]圖19為本發(fā)明的第二種3D打印機的主視圖。圖20為本發(fā)明的第二種3D打印機的側視圖。圖21為本發(fā)明的第二種3D打印機的立體圖。如圖19至21所示，本發(fā)明的第二種3D打印機，包括:一底座10、一基臺20、一三維移動系統(tǒng)、一打印組件30以及至少一直角支撐件80?；_20連接在底座10之上。本發(fā)明中的打印組件30是3D打印出料系統(tǒng)；或者激光雕刻機的激光器;或者3D打印出料系統(tǒng)與激光雕刻機的激光器的組合。本發(fā)明中的三維移動系統(tǒng)中的滑臺組件的結構和尺寸均相同。三維移動系統(tǒng)連接在底座10之上，三維移動系統(tǒng)至少包括相互連接的三套相同的滑臺組件，滑臺組件包括一沿滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺。直角支撐件80固定于底座10，垂直于底座10的滑臺組件連接直角支撐件80，有效防止垂直于底座10的滑臺組件在打印過程中晃動。三套滑臺組件帶動打印組件30相對于基臺20進行三維方向上的移動。三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件40、第二滑臺組件50、第三滑臺組件60以及第四滑臺組件70(本實施例中的第二滑臺組件50與第四滑臺組件70相互平行)。
[0181]與第一實施例相同地，第二實施例中的打印組件30包括噴頭31、激光器32、外殼33、進料口 34、連接板35以及風扇36，噴頭31和激光器32位于打印組件30的外殼33的同一平面上。在其他的變化例中，打印組件30也可以包括多個噴頭31和多個激光器32，不以此為限。三套滑臺組件帶動打印組件相對于基臺進行三維方向上的同步移動，也就是說，噴頭31和激光器32受到滑臺組件的帶動，相對于基臺進行三維方向上的同步移動，進行沉積3D打印材料和/或激光切割。噴頭31和激光器32分別位于打印組件30的外殼33的下表面的兩端，但不以此為限。噴頭31的噴射方向和激光器32的發(fā)射方向相平行。進料口 34設置在外殼33上。外殼33通過連接板35與滑臺組件螺接。風扇36設置在外殼的一側。在一個優(yōu)選的實施例中，風扇36的風道經(jīng)過噴頭31和激光器32，由于噴頭31和激光器32在工作時都會產(chǎn)生大量熱量，風扇36能夠對打印組件30進行降溫。
[0182]圖22為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第一滑臺組件的立體圖。圖23為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第一滑臺組件的分解圖。如圖22和23所示，本發(fā)明中的第一滑臺組件40連接基臺20，第一滑臺組件40的滑動方向平行于基臺20，第一滑臺組件40包括一第一滑臺41、一第一基座42、兩根第一導向桿44、一第一絲桿43、兩個第一側板45以及一第一馬達47?；_20連接于第一滑臺41，基臺20沿第一滑臺41的滑動方向滑動。第一基座42的兩端分別設有側板，兩個第一側板45之間設有相互平行的兩根第一導向桿44和一第一絲桿43，第一滑臺41套接在兩根第一導向桿44和一第一絲桿43上，第一馬達47帶動第一絲桿43旋轉，第一絲桿43帶動第一滑臺41沿第一導向桿44的長度方向滑動。第一滑臺41包括兩個第一貫通導向孔48和一個第一貫通螺紋孔46，第一貫通導向孔48分別套接一第一導向桿44，第一貫通螺紋孔46嚙合于第一絲桿43。第一絲桿43和第一馬達47分別位于一第一側板45的兩側。第一絲桿43是梯型絲桿。
[0183]圖24為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第二滑臺組件的立體圖。圖25為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第二滑臺組件的分解圖。如圖24和25所示，本發(fā)明中的第二滑臺組件50連接基臺20。第二滑臺組件50包括一第二滑臺51、一第二基座52、兩根第二導向桿54、一第二絲桿53、兩個第二側板55以及一第二馬達57。第二基座52的兩端分別設有側板，兩個第二側板55之間設有相互平行的兩根第二導向桿54和一第二絲桿53，第二滑臺51套接在兩根第二導向桿54和一第二絲桿53上，第二馬達57帶動第二絲桿53旋轉，第二絲桿53帶動第二滑臺51沿第二導向桿54的長度方向滑動。第二滑臺51包括兩個第二貫通導向孔58和一個第二貫通螺紋孔56，第二貫通導向孔58分別套接一第二導向桿54，第二貫通螺紋孔56嚙合于第二絲桿53。第二絲桿53和第二馬達57分別位于一第二側板55的兩側。第二絲桿53是梯型絲桿。
[0184]圖26為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第三滑臺組件的立體圖。圖27為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第三滑臺組件的分解圖。如圖26和27所示，本發(fā)明中的第三滑臺組件60的第一端連接第二滑臺51。第三滑臺組件60包括一第三滑臺61、一第三基座62、兩根第三導向桿64、一第三絲桿63、兩個第三側板65以及一第三馬達67。打印組件30連接第三滑臺61，打印組件30隨第三滑臺61滑動。第三基座62的兩端分別設有側板，兩個第三側板65之間設有相互平行的兩根第三導向桿64和一第三絲桿63，第三滑臺61套接在兩根第三導向桿64和一第三絲桿63上，第三馬達67帶動第三絲桿63旋轉，第三絲桿63帶動第三滑臺61沿第三導向桿64的長度方向滑動。第三滑臺61包括兩個第三貫通導向孔68和一個第三貫通螺紋孔66，第三貫通導向孔68分別套接一第三導向桿64，第三貫通螺紋孔66嚙合于第三絲桿63。第三絲桿63和第三馬達67分別位于一第三側板65的兩側。第三絲桿63是梯型絲桿。
[0185]圖28為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第四滑臺組件的立體圖。圖29為本發(fā)明的第二種3D打印機中的第四滑臺組件的分解圖。如圖28和29所示，本發(fā)明中的第四滑臺組件70連接基臺20。第四滑臺組件70的滑動方向與第二滑臺組件50的滑動方向相平行。第四滑臺組件70包括一第四滑臺71、一第四基座72、兩根第四導向桿74、一第四絲桿73、兩個第四側板75以及一第四馬達77。第三滑臺組件60的第二端連接第四滑臺71。第四基座72的兩端分別設有側板，兩個第四側板75之間設有相互平行的兩根第四導向桿74和一第四絲桿73，第四滑臺71套接在兩根第四導向桿74和一第四絲桿73上，第四馬達77帶動第四絲桿73旋轉，第四絲桿73帶動第四滑臺71沿第四導向桿74的長度方向滑動。第四滑臺71包括兩個第四貫通導向孔78和一個第四貫通螺紋孔76，第四貫通導向孔78分別套接一第四導向桿74，第四貫通螺紋孔76嚙合于第四絲桿73。第四絲桿73和第四馬達77分別位于一第四側板75的兩偵U。第四絲桿73是梯型絲桿。第三滑臺61上的打印組件30可以同時沿著第二滑臺組件50和第四滑臺組件70，平穩(wěn)垂直地上下移動。
[0186]本發(fā)明中的第一滑臺41、第二滑臺51、第三滑臺61以及第四滑臺71的結構與尺寸均相同:
[0187]第一基座42、第二基座52、第三基座62以及第四基座72的結構與尺寸均相同。
[0188]第一絲桿43、第二絲桿53、第三絲桿63以及第四絲桿73的結構與尺寸均相同。
[0189]第一導向桿44、第二導向桿54、第三導向桿64以及第四導向桿74的結構與尺寸均相同。
[0190]第一側板45、第二側板55、第三側板65、第四側板75的結構與尺寸均相同。
[0191]第一馬達47、第二馬達57、第三馬達67、第四馬達77的型號、結構與尺寸均相同。
[0192]所以，本發(fā)明中的不同滑臺組件(第一滑臺組件40、第二滑臺組件50、第三滑臺組件60以及第四滑臺組件70)的各組件的尺寸都相同，可以替換使用；并且在安裝的時候也可以任意互換，大大降低了 3D打印機安裝的難度。
[0193]本發(fā)明的第二種3D打印機同樣可以實施本發(fā)明的3D打印方法，此處不再贅述。
[0194]第三實施例
[0195]圖30為本發(fā)明的第三種3D打印機的立體圖。如圖30所示，本發(fā)明的第三種3D打印機，包括:一底座10、一基臺20、一三維移動系統(tǒng)、一打印組件30以及至少一直角支撐件80?；_20連接在底座10之上。本發(fā)明中的打印組件30是3D打印出料系統(tǒng)；或者激光雕刻機的激光器;或者3D打印出料系統(tǒng)與激光雕刻機的激光器的組合。本發(fā)明中的三維移動系統(tǒng)中的滑臺組件的結構和尺寸均相同。三維移動系統(tǒng)連接在底座10之上，三維移動系統(tǒng)包括相互連接的三套相同的滑臺組件，滑臺組件包括一沿滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺。本發(fā)明的第二種3D打印機中三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件40、第二滑臺組件50以及第三滑臺組件60。第一滑臺組件40連接基臺20，第一滑臺組件40的滑動方向平行于基臺20，第一滑臺組件40包括一第一滑臺41，基臺20連接于第一滑臺41，基臺20沿第一滑臺41的滑動方向滑動。第二滑臺組件50連接基臺20，第二滑臺組件50包括一第二滑臺。第三滑臺組件60的第一端連接第二滑臺，第三滑臺組件60包括一第三滑臺，打印組件30連接第三滑臺。
[0196]第三實施例中的打印組件30與第一實施例/第二實施例中打印組件30結構和功能相同，此處不再贅述。
[0197]第三實施例是第二實施例的一種簡化形式，僅僅通過三套滑臺組件帶動打印組件30相對于基臺20進行三維方向上的移動。其他技術特征與第一實施例相同，此處不再贅述。
[0198]本發(fā)明的第三種3D打印機同樣可以實施本發(fā)明的3D打印方法，此處不再贅述。
[0199]第四實施例
[0200]圖31為本發(fā)明的第四種3D打印機的立體圖。如圖31所示，本發(fā)明的第四種3D打印機，包括:一底座10、一基臺20、一三維移動系統(tǒng)、一打印組件30以及至少一直角支撐件80。基臺20連接在底座10之上。本發(fā)明中的打印組件30是3D打印出料系統(tǒng)；或者激光雕刻機的激光器;或者3D打印出料系統(tǒng)與激光雕刻機的激光器的組合。本發(fā)明中的三維移動系統(tǒng)中的滑臺組件的結構和尺寸均相同。三維移動系統(tǒng)連接在底座10之上，三維移動系統(tǒng)包括相互連接的三套相同的滑臺組件，滑臺組件包括一沿滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺。本發(fā)明的第三種3D打印機中三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件40、第二滑臺組件50以及第三滑臺組件60。第一滑臺組件40連接基臺20，第一滑臺組件40的滑動方向平行于基臺20，第一滑臺組件40包括一第一滑臺41。第二滑臺組件50連接第一滑臺41，第二滑臺組件50包括一第二滑臺。第三滑臺組件60連接第二滑臺，第三滑臺組件60包括一第三滑臺，打印組件30連接第三滑臺。
[0201]第四實施例中的打印組件30與第一實施例/第二實施例中打印組件30結構和功能相同，此處不再贅述。
[0202]第四實施例是第三實施例的一種變形形式，在保持基臺20不動的情況下，同樣通過三套滑臺組件帶動打印組件30相對于基臺20進行三維方向上的移動。其他技術特征與第一實施例相同，此處不再贅述。
[0203]本發(fā)明的第四種3D打印機同樣可以實施本發(fā)明的3D打印方法，此處不再贅述。
[0204]綜上可知，本發(fā)明的3D打印機以及3D打印方法將熔融沉積和激光切割相結合，能夠在沉積的每一層外輪廓上，采用激光切割技術輔助切割掉超出精度范圍的多余材料，從而提高成型尺寸精度和工件表面光潔度，彌補單一的熔融沉積技術在此方面的缺陷，大大增強3D打印模型的精確度。
[0205]以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明所要求保護的范圍之內。
【主權項】
1.一種3D打印機，其特征在于，包括: 一底座； 一基臺，設置于所述底座之上； 一三維移動系統(tǒng)，設置于所述底座之上，所述三維移動系統(tǒng)至少包括相互連接的三套相同的滑臺組件，所述滑臺組件包括一沿所述滑臺組件的長度方向滑動的一滑臺；以及一打印組件，所述打印組件包括外殼、至少一噴頭和至少一激光器，所述三套滑臺組件帶動所述打印組件相對于所述基臺進行三維方向上的同步移動。2.如權利要求1所述的3D打印機，其特征在于:所述噴頭和所述激光器位于所述打印組件的外殼的同一平面上。3.如權利要求2所述的3D打印機，其特征在于:所述噴頭和所述激光器分別位于所述打印組件的外殼的下表面的兩端。4.如權利要求3所述的3D打印機，其特征在于:所述噴頭的噴射方向和所述激光器的發(fā)射方向相平行。5.如權利要求3所述的3D打印機，其特征在于:所述打印組件還包括至少一風扇，設置在所述外殼的一側。6.如權利要求5所述的3D打印機，其特征在于:所述風扇的風道經(jīng)過所述噴頭和所述激光器。7.如權利要求1至6中任意一項所述的3D打印機，其特征在于:所述滑臺組件還包括一外殼、至少一導向桿、一絲桿、兩側板以及一馬達； 所述外殼的兩端分別設有所述側板，兩所述側板之間設有相互平行的所述導向桿和所述絲桿，所述滑臺套接在所述導向桿和所述絲桿，所述馬達帶動所述絲桿旋轉，所述絲桿帶動所述滑臺沿所述導向桿滑動。8.如權利要求7所述的3D打印機，其特征在于:所述三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件、第二滑臺組件以及第三滑臺組件； 所述第一滑臺組件連接所述基臺，所述第一滑臺組件的滑動方向平行于所述基臺，所述第一滑臺組件包括一第一滑臺； 所述第二滑臺組件連接所述第一滑臺，所述第二滑臺組件包括一第二滑臺； 所述第三滑臺組件連接所述第二滑臺，所述第三滑臺組件包括一第三滑臺，所述打印組件連接所述第三滑臺。9.如權利要求7所述的3D打印機，其特征在于:所述三維移動系統(tǒng)包括滑動方向相互垂直的第一滑臺組件、第二滑臺組件以及第三滑臺組件； 所述第一滑臺組件連接所述基臺，所述第一滑臺組件的滑動方向平行于所述基臺，所述第一滑臺組件包括一第一滑臺，所述基臺連接于所述第一滑臺，所述基臺沿所述第一滑臺的滑動方向滑動； 所述第二滑臺組件連接所述基臺，所述第二滑臺組件包括一第二滑臺； 所述第三滑臺組件的第一端連接所述第二滑臺，所述第三滑臺組件包括一第三滑臺，所述打印組件連接所述第三滑臺。10.如權利要求9所述的3D打印機，其特征在于:還包括一第四滑臺組件，連接所述基臺； 所述第四滑臺組件的滑動方向與所述第二滑臺組件的滑動方向相平行，所述第四滑臺組件包括一第四滑臺，所述第三滑臺組件的第二端連接所述第四滑臺。11.如權利要求7所述的3D打印機，其特征在于:所述滑臺包括兩個貫通導向孔和一個貫通螺紋孔，所述貫通導向孔分別套接一所述導向桿，所述貫通螺紋孔嚙合于所述絲桿。12.如權利要求7所述的3D打印機，其特征在于:還包括至少一直角支撐件，所述直角支撐件固定于所述底座，垂直于所述底座的所述滑臺組件連接所述直角支撐件。13.—種3D打印方法，其特征在于:采用如權利要求1至12中任意一項所述的3D打印機，包括以下步驟: 步驟S300、所述噴頭逐層沉積3D模型的打印材料，通過所述激光器對每一層沉積的打印材料的外輪廓和/或3D模型的上表面區(qū)域進行激光切割。14.如權利要求13所述的3D打印方法，其特征在于，所述步驟S300包括以下步驟: 步驟S302、讀取3D打印數(shù)據(jù)； 步驟S303、判斷所述3D打印數(shù)據(jù)是否結束，若是，則執(zhí)行步驟309，若否，則執(zhí)行步驟304； 步驟S304、判斷所述3D打印數(shù)據(jù)是否為沉積路徑數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟305，若否，則執(zhí)行步驟306 ； 步驟S305、沿所述沉積路徑移動并且沉積3D模型的打印材料，返回步驟S302; 步驟S306、判斷所述3D打印數(shù)據(jù)是否為外輪廓數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟307，若否，則執(zhí)行步驟308; 步驟S307、沿所述外輪廓進行激光切割，返回步驟S302; 步驟S308、對3D模型的上表面區(qū)域進行激光切割，返回步驟S302;以及 步驟S309、加工完成。15.如權利要求14所述的3D打印方法，其特征在于，所述步驟S302之前還包括步驟301:對所述噴頭進行預熱。16.如權利要求13所述的3D打印方法，其特征在于，所述噴頭在沉積3D模型的打印材料的同時，當隨同所述噴頭移動的所述激光器是否經(jīng)過已經(jīng)沉積成型的打印材料的外輪廓中的局部輪廓時，所述激光器對所述局部輪廓進行激光切割。17.如權利要求16所述的3D打印方法，其特征在于， 對外輪廓進行激光切割時，當所述激光器經(jīng)過已經(jīng)被激光切割過的所述局部輪廓時，所述激光器暫時停止工作。18.如權利要求13至17中任意一項所述的3D打印方法，其特征在于，所述步驟S300之前還包括步驟S200: 3D打印數(shù)據(jù)處理； 所述步驟S200包括以下步驟: 步驟S201、3D打印模型分層； 步驟S202、規(guī)劃噴頭進行每一層的3D打印的路徑； 步驟S203、根據(jù)預設的切割偏移參數(shù)，提取每一層的外輪廓； 步驟S204、提取3D打印模型的上表面區(qū)域；以及 步驟S205、規(guī)劃激光器進行每一層的激光切割的路徑。19.如權利要求18所述的3D打印方法，其特征在于，其特征在于，所述步驟S200之前還包括步驟SlOO:設備校準； 所述步驟S100包括以下步驟: 步驟SlOl、所述激光器焦距校準；以及 步驟S102、所述噴頭與所述激光器的偏移校準。
【文檔編號】B22F3/00GK105922586SQ201610322120
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】劉海川, 林進發(fā)
【申請人】磐紋科技（上海）有限公司