本發(fā)明涉及3d打印機領域，特別是涉及一種高效3d打印機及其打印方法、用途。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，金屬模具、陶瓷用品、刀具、廚具等物品的制造采用傳統(tǒng)砂模法等手段生產(chǎn)，效率很低，成本高。

3d打印是快速成型技術(shù)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(gòu)造物體的技術(shù)。

3d打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、建筑、工程和施工(aec)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。一般的3d打印機均采用打印頭逐層打印，首先通過計算機建模，生成三維模型切片和逐層的截面信息，打印機讀取上述信息并用液體狀、粉末狀或片狀的材料將這些截面信息逐層打印出來，各層截面間以各種方式粘合起來形成打印物品。然而，上述一層一層地打印導致其打印速度很慢，難以應用于大規(guī)模的生產(chǎn)作業(yè)。

現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了一些采用多噴頭并行打印來提高打印效率的技術(shù)方案。比如，cn201410142105.0公開了一種3d打印方法及3d打印系統(tǒng)，該打印系統(tǒng)在圓形打印平臺的上方設置有多個打印頭，每個打印頭上設有沿圓形徑向布置的多個噴頭，同步控制機構(gòu)驅(qū)動圓形打印平臺繞圓心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動并下降，使得成形的打印層在整個圓形打印平臺上構(gòu)成螺旋狀。打印數(shù)據(jù)信息的切片數(shù)據(jù)在物品中的位置和形狀與打印物體的螺旋層狀一致。cn201610017185.6公開了一種基于柱坐標式多噴頭打印的3d打印機，該方案采用平面極坐標機構(gòu)實現(xiàn)噴嘴的平面運動，搭配z方向的運動，實現(xiàn)基于空間柱坐標的軌跡的打印運動，并且可通過調(diào)整極坐標平面打印機構(gòu)的層數(shù)和極坐標平面打印機構(gòu)內(nèi)噴頭的數(shù)目來調(diào)整噴頭，實現(xiàn)多噴頭打印。但是，上述技術(shù)方案均不適于打印粉狀原材料的物品，無法解決層與層之間的結(jié)合問題，上述技術(shù)方案不適于打印以粉體材料為原來的金屬模具、陶瓷用品、刀具、廚具等產(chǎn)品。

因此，有必要發(fā)明一種高效的3d打印機及其打印方法，該3d打印機可適于打印以粉體為材料的產(chǎn)品，尤其可用于打印金屬模具、陶瓷用品、刀具、廚具等物品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效的3d打印機，該打印機設置的多個打印模塊可同時工作打印不同的物品層，該打印機尤其適用于打印以粉體材料為原料的物品。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種高效3d打印機,包括設置于真空室內(nèi)的多個打印模塊、所述打印模塊設置于承載打印物品的打印平臺的上方，多個所述打印模塊依次排列，每個所述打印模塊與所述打印平臺的距離依次增加，所述打印模塊和所述打印平臺之間可相對運動；

其中，所述多個打印模塊可同時工作，不同高度的打印模塊分別打印對應的物品層，即在其中一個打印模塊打印完成一個物品層的一部分時，相鄰的打印模塊接著在上述物品層的上表面打印下一個物品層；每個所述打印模塊包括膠體噴頭、給粉裝置與吸粉裝置，其中所述膠體噴頭噴射用于粘結(jié)粉體的膠滴，所述給粉裝置將所述打印物品的原料粉體噴射到所述膠滴上，所述吸粉裝置可將多余的粉體吸走；各物品層之間通過上述膠滴進行粘結(jié)固定。

優(yōu)選地，所述多個打印模塊沿直線依次設置，所述打印平臺可相對于各打印模塊水平往復運動；或者，各打印模塊可相對于所述打印平臺水平往復運動。

優(yōu)選地，所述多個打印模塊沿周向依次設置，各打印模塊可相對于所述打印平臺旋轉(zhuǎn)運動；或者，所述打印平臺可相對于各打印模塊旋轉(zhuǎn)運動。

優(yōu)選地，各打印模塊與所述打印平臺的距離可調(diào)，和/或各打印模塊之間的距離可調(diào)。

優(yōu)選地，相鄰兩個打印模塊之間在垂直于所述打印平臺的方向上的距離等于打印物品單個打印層的厚度。

優(yōu)選地，所述膠體噴頭、給粉裝置與吸粉裝置與所述打印平臺的距離分別可調(diào)。

優(yōu)選地，所述膠體噴頭噴出的膠滴的直徑為1-50μm。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種上述3d打印機的打印方法，采取的技術(shù)方案如下：

一種打印機的打印方法，所述打印方法包括以下步驟：

(1)獲取物品的打印數(shù)據(jù)信息并傳輸至控制器；所述控制器根據(jù)所述打印數(shù)據(jù)信息生成相應的打印指令；

(2)所述打印指令驅(qū)動所述打印模塊相對于所述打印平臺進行往復式直線運動或旋轉(zhuǎn)運動；或者，所述打印指令驅(qū)動所述打印平臺相對于所述打印模塊進行往復式直線運動或旋轉(zhuǎn)運動；

(3)在步驟(2)進行的同時，所述打印指令驅(qū)動所述多個打印模塊同時工作，不同高度的打印模塊分別打印對應的物品層，即在其中一個打印模塊打印完成一個物品層的一部分時，相鄰的打印模塊接著在上述物品層的上表面打印下一個物品層；每個所述打印模塊在打印時，先由所述膠體噴頭噴射用于粘結(jié)粉體的膠滴至所述打印平臺，接著所述給粉裝置將所述打印物品的原料粉體噴射到所述膠滴上，然后利用所述吸粉裝置將多余的粉體吸走，各物品層之間通過上述膠滴進行粘結(jié)固定。

優(yōu)選地，還包括步驟(4)：所述吸粉裝置將多余的粉體吸走后輸送到所述給粉裝置中進行循環(huán)利用。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種上述3d打印機的用途，采取的技術(shù)方案如下：

一種高效3d打印機的用途，所述3d打印機至少用于打印金屬模具、刀具、廚具、陶瓷用品，其中所述3d打印機為上述3d打印機。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明采用多個打印模塊同時并行打印的手段，大大提高了打印效率。所述打印模塊包括膠體噴頭、給粉裝置和吸粉裝置，所述打印機尤其適用于打印以粉體材料為原料的物品，各打印層之間通過膠滴進行粘結(jié)固定。所述吸粉裝置可將多余的粉體吸走循環(huán)利用，并且各打印模塊均置于真空室中，防止粉體污染環(huán)境。各打印模塊與打印平臺之間的高度差可調(diào)、打印模塊內(nèi)部的膠體噴頭、給粉裝置和吸粉裝置與打印平臺的高度差也可調(diào)，這樣設置便于針對不同的打印對象設置不同的打印層厚度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的單個打印模塊的示意圖。

圖2為本發(fā)明公開的實施例一的主視示意圖。

圖3為本發(fā)明公開的實施例一的俯視示意圖。

圖4為本發(fā)明公開的實施例二的主視示意圖。

圖5為本發(fā)明公開的實施例二的俯視示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。

本發(fā)明公開了一種高效3d打印機,包括設置于真空室內(nèi)的多個打印模塊、所述打印模塊設置于承載打印物品的打印平臺的上方，多個所述打印模塊依次排列，每個所述打印模塊與所述打印平臺的距離依次增加，所述打印模塊和所述打印平臺之間可相對運動；所述多個打印模塊可同時工作，不同高度的打印模塊分別打印對應的物品層，即在其中一個打印模塊打印完成一個物品層的一部分時，相鄰的打印模塊接著在上述物品層的上表面打印下一個物品層；每個所述打印模塊包括膠體噴頭、給粉裝置與吸粉裝置，其中所述膠體噴頭噴射用于粘結(jié)粉體的膠滴，所述給粉裝置將所述打印物品的原料粉體噴射到所述膠滴上，所述吸粉裝置可將多余的粉體吸走，各物品層之間通過上述膠滴進行粘結(jié)固定。

實施例一

參見圖1-3，本實施例公開了一種高效3d打印機，該3d打印機包括打印平臺50、真空室、多個打印模塊10、20、30、40、……、n。所述多個打印模塊均設置于真空室內(nèi)，并且在所述打印平臺50的上方依次設置，與所述打印平臺50的距離最小的打印模塊10為第一打印模塊，與所述打印平臺50的距離次小的打印模塊20為第二打印模塊，依次類推，與所述打印平臺50的距離最大的打印模塊為第n打印模塊。上述打印平臺50為一水平布置的打印平臺，多個所述打印模塊在所述打印平臺的上方直線依次設置，并且從第一打印模塊10至第n打印模塊，其距離所述打印平臺的距離逐漸增大。優(yōu)選地，兩兩相鄰的兩個打印模塊之間的高度差相等。具體地，所述打印模塊通過可調(diào)的方式固定在所述打印平臺的上方。

參見圖1，單個所述打印模塊包括膠體噴頭、給粉裝置與吸粉裝置，上述膠體噴頭、給粉裝置與吸粉裝置通過可調(diào)的方式安裝于支架13上。其中，膠體噴頭包括膠體輸送裝置11和膠體噴嘴12，給粉裝置包括粉體輸送裝置14和粉體噴嘴15，吸粉裝置包括抽吸裝置16和吸頭17，具體地，所述抽吸裝置16可采用真空泵。打印時，根據(jù)打印指令，控制器控制所述多個打印模塊可同時工作，不同高度的打印模塊分別打印對應的物品層。即所述第一打印模塊打印物品的第一層，第二打印模塊打印物品的第二層，第n打印模塊打印物品的第n層。并且，在所述第一打印模塊打印第一層的一部分后，所述第二模塊緊接著在所述第一層的上表面進行打印，所述第二模塊打印一部分后，所述第三模塊緊接著在所述第二層上表面進行打印，依此類推，第n打印模塊打印物品的最后一層至打印完畢，這樣就實現(xiàn)了多噴頭并行工作同時打印多層。與單噴頭相比，該方案理論上可以實現(xiàn)n倍的打印速度，但由于后一層跟隨前一層打印有一定的滯后性，實際打印速度在0.7-0.9n倍單噴頭3d打印機的打印速度之間。

優(yōu)選地，所述打印平臺可相對于所述打印模塊作直線往復運動，使所述打印平臺上的打印層依次經(jīng)過多個打印模塊的正下方。當然，也可以是這樣的方案，即所述打印平臺固定不動，所述打印模塊可相對于所述打印平臺作直線往復運動。優(yōu)選地，各所述打印模塊與所述打印平臺之間的距離均可調(diào)，相鄰兩個打印模塊之間在垂直于所述打印平臺的方向上的距離等于打印物品單個打印層的厚度。針對不同的打印對象，可以通過調(diào)整所述打印模塊的高度設置來設定不同的打印層厚度。

優(yōu)選地，所述膠體噴頭、給粉裝置與吸粉裝置與所述打印平臺的距離分別可調(diào)，這樣便于針對不同的打印對象進行適應性調(diào)整。優(yōu)選地，各打印模塊之間的高度差可以用限位器來控制。

第一打印模塊在打印時，先由膠體噴嘴12噴出一層用于粘結(jié)粉體的膠滴在所述打印平臺50上，接著所述粉體噴嘴15將所述打印物品的原料粉體噴灑在所述膠滴層上，使粉體粘結(jié)固定，然后所述吸頭17可將灑落在打印區(qū)域周邊的多余粉體吸走。作為一個優(yōu)選的實施例，多余的粉體被吸走后可回收至所述粉體輸送裝置14循環(huán)利用。第一打印模塊在打印第一打印層的一部分后，所述第二打印模塊緊接著在所述第一打印層的上表面進行打印，即由所述第二打印模塊的膠體噴嘴將所述膠滴噴射在所述第一打印層的上表面上，接著粉體噴嘴噴灑粉體到所述膠滴層上，然后吸頭將多余的粉體吸走，以此類推，實現(xiàn)多層并行打印。各打印層之間的結(jié)合是通過所述膠滴層的粘結(jié)來實現(xiàn)的。典型地，所述原料粉體可以是金屬粉體、陶瓷粉體、塑料粉體等，所述粉體的粒徑優(yōu)選介于5-80μm之間；所述膠滴可以是無機材料或有機材料，噴出膠滴的直徑優(yōu)選介于1-50μm之間。

實施例二

參見圖4-5，本實施例公開了另一種方案的高效3d打印機，該3d打印機包括打印平臺500、真空室、多個打印模塊100、200、300、400、……、n。所述多個打印模塊均設置于真空室內(nèi)，并且在所述打印平臺500的上方依次設置，與所述打印平臺500的距離最小的打印模塊100為第一打印模塊，與所述打印平臺500的距離次小的打印模塊200為第二打印模塊，依次類推，與所述打印平臺500的距離最大的打印模塊為第n打印模塊。

與實施例一不同的是，上述打印平臺500為一圓形設置的打印平臺，還包括一回轉(zhuǎn)體固定部件600，多個所述打印模塊沿周向依次安裝在所述固定部件600的上，并且從第一打印模塊100至第n打印模塊，其距離所述打印平臺500的距離逐漸增大。優(yōu)選地，兩兩相鄰的兩個打印模塊之間的高度差相等。具體地，所述打印模塊通過可調(diào)的方式固定在固定部件600上。

優(yōu)選地，所述打印平臺可相對于所述打印模塊作旋轉(zhuǎn)運動，使所述打印平臺上的打印層依次經(jīng)過多個打印模塊的正下方。當然，也可以是這樣的方案，即所述打印平臺固定不動，所述打印模塊可相對于所述打印平臺作旋轉(zhuǎn)運動。優(yōu)選地，各所述打印模塊與所述打印平臺之間的距離均可調(diào)，相鄰兩個打印模塊之間在垂直于所述打印平臺的方向上的距離等于打印物品單個打印層的厚度。針對不同的打印對象，可以通過調(diào)整所述打印模塊的高度設置來設定不同的打印層厚度。

單個打印模塊的設置以及打印過程與實施例一類似，在此不作過多贅述。

實施例三

本實施例公開了一種上述3d打印機的打印方法，所述打印方法包括以下步驟：

(1)獲取物品的打印數(shù)據(jù)信息并傳輸至控制器；所述控制器根據(jù)所述打印數(shù)據(jù)信息生成相應的打印指令；

(2)所述打印指令驅(qū)動所述打印模塊相對于所述打印平臺進行往復式直線運動或旋轉(zhuǎn)運動；或者，所述打印指令驅(qū)動所述打印平臺相對于所述打印模塊進行往復式直線運動或旋轉(zhuǎn)運動；

(3)在步驟(2)進行的同時，所述打印指令驅(qū)動所述多個打印模塊同時工作，不同高度的打印模塊分別打印對應的物品層，即在其中一個打印模塊打印完成一個物品層的一部分時，相鄰的打印模塊接著在上述物品層的上表面打印下一個物品層；每個所述打印模塊在打印時，先由所述膠體噴頭噴射用于粘結(jié)粉體的膠滴至所述打印平臺，接著所述給粉裝置將所述打印物品的原料粉體噴射到所述膠滴上，然后利用所述吸粉裝置將多余的粉體吸走，各物品層之間通過上述膠滴進行粘結(jié)固定。

優(yōu)選地，還包括步驟(4)：所述吸粉裝置將多余的粉體吸走后輸送到所述給粉裝置中進行循環(huán)利用。

實施例四

本實施例公開了一種上述3d打印機的用途，所述3d打印機可用于打印金屬模具、刀具、廚具、陶瓷用品等。這些產(chǎn)品均可先做成一定粒徑的粉體，然后通過上述3d打印機的多噴頭并行打印提高打印效率。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。