本發(fā)明涉及一種移動(dòng)式3D打印機(jī)及其打印方法，屬于3D打印領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

3D打印機(jī)是一種采用累積制造技術(shù)（即快速成形技術(shù)）的機(jī)器，它的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器按照程序把產(chǎn)品一層層造出來。目前，3D打印機(jī)曝光固化時(shí)，都是采用整層一體固化，當(dāng)固化面積較大時(shí)，固化時(shí)間較長，非常影響打印速度；此外，固化結(jié)束后，為實(shí)現(xiàn)固化層與盛放溶液的物料槽快速脫離，一般會(huì)選用斜拔式（如公開號(hào)為CN104309128A的專利“一種3D打印裝置及其打印方法”中所述的斜拔組件）或旋轉(zhuǎn)式的物料槽，前者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，脫離時(shí)間長，后者只適合一些粘度較高的打印溶液。

有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種移動(dòng)式3D打印機(jī)及其打印方法，本案由此產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種移動(dòng)式3D打印機(jī)及其打印方法，具有固化時(shí)間短、打印速度快等特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種移動(dòng)式3D打印機(jī)，包括機(jī)座，以及設(shè)置在機(jī)座上的曝光機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)、盛液機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)；其中，所述打印機(jī)構(gòu)包括模組、滑動(dòng)安裝在模組上的打印平臺(tái)，所述盛液機(jī)構(gòu)包括用于盛放打印溶液的物料槽，用于驅(qū)動(dòng)物料槽滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件，所述物料槽底部設(shè)有若干個(gè)間距一致的等寬度透明條紋，相鄰2個(gè)透明條紋之間為非透明條紋，所述透明條紋的寬度大于非透明條紋寬度，透明條紋與非透明條紋之間設(shè)有高度差；曝光機(jī)構(gòu)的曝光口與打印平臺(tái)相對(duì)應(yīng)，曝光固化的光通過物料槽底部的透明條紋直射打印平臺(tái)。

作為優(yōu)選，所述透明條紋的寬度為3~20mm，所述非透明條紋與透明條紋的寬度差為1~5mm。

作為優(yōu)選，所述透明條紋和非透明條紋的水平高度差為0.1mm-10mm。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)組件包括物料槽固定座、導(dǎo)軌，以及帶動(dòng)物料槽固定座移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件，所述導(dǎo)軌固定安裝在機(jī)座面板上，所述物料槽固定座底部通過滑塊滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌上，所述物料槽固定座側(cè)邊與驅(qū)動(dòng)部件相連，物料槽固定座移動(dòng)方向與透明條紋的長度延伸方向相垂直。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)部件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的第一齒輪，與第一齒輪相嚙合的第二齒輪，所述第二齒輪通過彈性件與物料槽固定座相連，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)第一齒輪和第二齒輪運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)物料槽固定座沿導(dǎo)軌滑動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述第二齒輪為條形齒輪，條形齒輪的兩端分別通過直線彈簧與物料槽固定座相連，通過直線彈簧，可以使驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)具有一定的緩沖空間，防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過度而受損。

作為優(yōu)選，所述機(jī)座面板上進(jìn)一步設(shè)有定位器，所述定位器位于物料槽固定座的移動(dòng)末端，用于精確調(diào)節(jié)物料槽的移動(dòng)距離。

作為優(yōu)選，所述定位器采用千分尺。

作為優(yōu)選，所述機(jī)座面板上進(jìn)一步設(shè)有位置傳感器，用于物料槽初始位置的精確定位。

上述移動(dòng)式3D打印機(jī)的打印方法，包括如下步驟：

步驟1、手動(dòng)調(diào)節(jié)定位器，設(shè)定好物料槽的移動(dòng)距離，控制機(jī)構(gòu)控制曝光機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)、盛液機(jī)構(gòu)開始工作，驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)物料槽移動(dòng)到初始位置；

步驟2、打印平臺(tái)下降至物料槽底部，此時(shí)，打印平臺(tái)下表面與物料槽底最小間距為單層打印的厚度，曝光機(jī)構(gòu)通過透明條紋區(qū)域向打印平臺(tái)投射投影圖像，使投影范圍內(nèi)的打印溶液固化并粘貼在打印平臺(tái)上；

步驟3、固化結(jié)束后，物料槽向移動(dòng)末端移動(dòng)（X+Y）/2的距離，其中，X為透明條紋的寬度，Y為非透明條紋的寬度，物料槽移動(dòng)后，透明條紋正對(duì)該固化層的未固化區(qū)域，非透明條紋正對(duì)該固化層的已固化區(qū)域；

步驟4、曝光機(jī)構(gòu)再次通過透明條紋區(qū)域向打印平臺(tái)投射投影圖像，使投影范圍內(nèi)的打印溶液固化并粘貼在打印平臺(tái)上，此時(shí)固化層整層固化結(jié)束，物料槽開始移動(dòng)，打印平臺(tái)固化層隨著物料槽移動(dòng)而與物料槽底脫離，打印平臺(tái)向上提升一個(gè)固化層距離，物料槽恢復(fù)到初始位置；

步驟5、重復(fù)上述打印步驟進(jìn)行第二層固化，直至整個(gè)打印過程結(jié)束。

與現(xiàn)有3D打印機(jī)相比，本發(fā)明所述的移動(dòng)式3D打印機(jī)及其打印方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、 固化時(shí)間短：通過透明條紋和非透明條紋間隔設(shè)置，使固化面積變小，被固化的打印溶液散熱快，進(jìn)而使固化時(shí)間大幅度縮短；

2、 平滑速度快：物料槽底的透明條紋和非透明條紋之間設(shè)有高低差，使物料槽底與打印平臺(tái)間留有一定空隙，進(jìn)而可以使打印平臺(tái)快速脫離物料槽底，物料槽左右移動(dòng)過程中即可實(shí)現(xiàn)快速打印，又可實(shí)現(xiàn)快速脫離；

3、打印速度快：因?yàn)榇蛴∑脚_(tái)脫離物料槽底后可快速上升，再加上固化時(shí)間短，物料槽平滑速度快，從而可以使整個(gè)打印時(shí)間大幅度縮短，是一般3D打印機(jī)打印速度的2~10倍。

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本實(shí)施例的移動(dòng)式3D打印機(jī)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)施例的移動(dòng)式3D打印機(jī)俯視圖；

圖3為本實(shí)施例的物料槽俯視圖；

圖4為本實(shí)施例的物料槽立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示，一種移動(dòng)式3D打印機(jī)，包括機(jī)座1，以及設(shè)置在機(jī)座1上的曝光機(jī)構(gòu)2、打印機(jī)構(gòu)3、盛液機(jī)構(gòu)4和控制機(jī)構(gòu)5。在本實(shí)施例中，所述機(jī)座包括底板11、上面板12，以及位于底板11與上面板12之間的數(shù)個(gè)立柱13，其中，所述曝光機(jī)構(gòu)2和控制機(jī)構(gòu)5固定安裝在底板11上，所述打印機(jī)構(gòu)3、盛液機(jī)構(gòu)4安裝在上面板12上。曝光機(jī)構(gòu)2為投影儀，具體可以采用DLP投影儀。所述打印機(jī)構(gòu)3包括模組31、滑動(dòng)安裝在模組31上的打印平臺(tái)32，所述打印平臺(tái)32通過垂直設(shè)置在模組31內(nèi)的絲杠實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)，打印平臺(tái)32與絲杠相連，絲杠與絲杠電機(jī)相連，通過絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)打印平臺(tái)32移動(dòng)，在打印過程中，打印平臺(tái)32可勻速上升。所述控制機(jī)構(gòu)5采用微處理器控制，控制機(jī)構(gòu)5分別與曝光機(jī)構(gòu)2、打印機(jī)構(gòu)3和盛液機(jī)構(gòu)4相連，用于控制各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

所述盛液機(jī)構(gòu)4包括用于盛放打印溶液的物料槽41，以及用于驅(qū)動(dòng)物料槽41水平滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件，如圖3-4所示，所述物料槽41底部設(shè)有若干個(gè)間距一致的等寬度透明條紋411，相鄰2個(gè)透明條紋411之間形成非透明條紋412，所述透明條紋411的寬度大于非透明條紋寬度412。所述透明條紋411用于透過曝光機(jī)構(gòu)的光，所述非透明條紋412用于阻擋曝光機(jī)構(gòu)的光，非透明條紋412的實(shí)現(xiàn)可以采用多種方式，如在透明的物料槽底設(shè)置非透光的膜，或者在透明的物料槽底進(jìn)行磨砂處理。在本實(shí)施例中，所述透明條紋411的寬度為7mm，所述非透明條紋412的寬度為5mm。為方便打印平臺(tái)32與物料槽41的快速脫離，所述透明條紋411和非透明條紋412設(shè)有高度差，一般為0.1mm-10mm，具體根據(jù)物料槽41的大小而定，一般物料槽41面積越大，其透明條紋411和非透明條紋412的寬度也越大，高度差也越大，在本實(shí)施例中，所述透明條紋411所在平面比非透明條紋412所在平面高出0.2mm。所述曝光機(jī)構(gòu)2的曝光口與打印平臺(tái)32相對(duì)應(yīng)，曝光固化的光通過物料槽41底部的透明條紋411直射打印平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域的固化。

所述驅(qū)動(dòng)組件包括物料槽固定座42、導(dǎo)軌43，以及帶動(dòng)物料槽固定座移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件，所述導(dǎo)軌43固定安裝在機(jī)座上面板12上，所述物料槽固定座42底部通過滑塊44滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌43上，所述物料槽固定座42側(cè)邊與驅(qū)動(dòng)部件相連，物料槽固定座42移動(dòng)方向與透明條紋411的長度延伸方向相垂直。

在本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)部件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)45，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)45相連的第一齒輪46，與第一齒輪46相嚙合的第二齒輪47，所述第二齒輪47采用條形齒輪，所述第二齒輪47通過彈性件48與物料槽固定座42相連，條形齒輪的兩端分別通過直線彈簧與物料槽固定座42相連，通過直線彈簧，可以使驅(qū)動(dòng)電機(jī)45驅(qū)動(dòng)時(shí)具有一定的緩沖空間，防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)45轉(zhuǎn)動(dòng)過度而受損。驅(qū)動(dòng)部件工作原理：通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)45帶動(dòng)第一齒輪46和第二齒輪47運(yùn)動(dòng)，從而通過彈性件48帶動(dòng)物料槽固定座42沿導(dǎo)軌43滑動(dòng)。

為精確調(diào)節(jié)物料槽41的移動(dòng)距離，所述機(jī)座上面板12上設(shè)有定位器49，定位器49具體可以采用水平放置的千分尺，通過千分尺可以調(diào)節(jié)物料槽41的移動(dòng)距離，具體在使用時(shí)，為保護(hù)千分尺免受碰撞影響精度，一般會(huì)在物料槽41和定位器49之間放置一個(gè)位置可調(diào)的限位塊491，通過限位塊491間接調(diào)整物料槽41的移動(dòng)距離。所述定位器49位于物料槽固定座42的移動(dòng)末端。

為保證物料槽41初始位置精確定位，所述機(jī)座上面板12上進(jìn)一步設(shè)有位置傳感器40，所述位置傳感器40一般安裝在物料槽固定座42的移動(dòng)始端處。

上述移動(dòng)式3D打印機(jī)的打印方法，包括如下步驟：

步驟1、先手動(dòng)調(diào)節(jié)定位器49（千分尺）和限位塊494，設(shè)定好物料槽41的移動(dòng)距離（6mm），控制機(jī)構(gòu)5控制曝光機(jī)構(gòu)2、打印機(jī)構(gòu)3、盛液機(jī)構(gòu)4開始工作，驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)物料槽41移動(dòng)到初始位置，位置傳感器40檢測(cè)到物料槽41的到位信息，并發(fā)送給控制機(jī)構(gòu)5；

步驟2、打印平臺(tái)32下降至物料槽41底部，此時(shí)，打印平臺(tái)31下表面與物料槽41底最小間距為單層打印的厚度，曝光機(jī)構(gòu)2通過透明條紋411區(qū)域向打印平臺(tái)32投射投影圖像，使投影范圍內(nèi)的打印溶液固化并粘貼在打印平臺(tái)32上；

步驟3、固化結(jié)束后，物料槽41向移動(dòng)末端移動(dòng)（7+5）/2mm的距離，其中，7mm為透明條紋的寬度，5mm為非透明條紋的寬度，物料槽41移動(dòng)后，透明條紋411正對(duì)該固化層的未固化區(qū)域，非透明條紋412正對(duì)該固化層的已固化區(qū)域；

步驟4、曝光機(jī)構(gòu)2再次通過透明條紋411區(qū)域向打印平臺(tái)32投射投影圖像，使投影范圍內(nèi)的打印溶液固化并粘貼在打印平臺(tái)32上，此時(shí)固化層整層固化結(jié)束，物料槽41開始移動(dòng)，打印平臺(tái)32固化層隨著物料槽41移動(dòng)而與物料槽41底脫離，打印平臺(tái)32向上提升一個(gè)固化層距離，物料槽41回復(fù)到初始位置；

步驟5、重復(fù)上述打印步驟進(jìn)行第二層固化，直至整個(gè)打印過程結(jié)束。

本實(shí)施例所述的移動(dòng)式3D打印機(jī)及其打印方法，通過透明條紋411和非透明條紋412間隔設(shè)置，使固化面積變小，被固化的打印溶液散熱快，進(jìn)而使固化時(shí)間大幅度縮短；物料槽41底的透明條紋411和非透明條紋412之間設(shè)有高低差，使物料槽41底與打印平臺(tái)32間留有一定空隙，可以使打印平臺(tái)32快速脫離物料槽底，物料槽41左右移動(dòng)過程中即可實(shí)現(xiàn)快速打印，又可實(shí)現(xiàn)快速脫離；因?yàn)榇蛴∑脚_(tái)32脫離物料槽31底后可快速上述，再加上固化時(shí)間短，物料槽41平滑速度快，從而可以使整個(gè)打印時(shí)間大幅度縮短，是一般3D打印機(jī)打印速度的2~10倍。

上述實(shí)施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。