改進(jìn)的圓柱面疊層相加的3d打印工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及3D打印技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的3D打印技術(shù)，除個別外，幾乎都建立在平面疊層相加的成型工藝基礎(chǔ)之 上，無論是激光加工的立體光固化成型（SLA)、激光切紙成型化0M)、激光燒結(jié)成型（SLS)、 激光燒烙成型（SLM)和烙融擠壓成型（FDM)、微滴噴射的=維打印成型CTD巧等等，都是如 此，都屬于平面疊加工藝。
[0003] 康子純2014. 6. 23和2014. 7. 2向國家知識產(chǎn)權(quán)局提出《園柱面疊層相加的3D打 印工藝》發(fā)明專利申請（申請?zhí)?01410280539. 7與201410310814. 5)，試圖突破運一傳統(tǒng) 工藝限制，提出一種新穎的圓柱面疊層相加的3D打印成型工藝，為3D打印提供新的潛在應(yīng) 用可能性，例如由工件內(nèi)部開始向外加工，或者在打印工件或成品工件的曲面上加工電子 線路甚至顯示屏，W及將增材制造的3D打印與傳統(tǒng)的減材制造的機(jī)床加工整合、兼容于一 體，等等。不過，康子純的上述申請因故沒在指定期限內(nèi)對國家知識產(chǎn)權(quán)局的"補正通知書" 進(jìn)行答復(fù)而被"視為撤回"，故此，在對2014. 6. 23和2014. 7. 2的原發(fā)明做了改進(jìn)后，現(xiàn)提出 新的"改進(jìn)的園柱面疊層相加3D打印工藝"發(fā)明構(gòu)想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 傳統(tǒng)3D打印幾乎都是采用平面疊層相加工藝，本發(fā)明提出新穎圓柱面疊層相加 3D打印工藝，W圓柱面母線打印或圓柱面圓環(huán)準(zhǔn)線打印取代傳統(tǒng)的平面打印，擴(kuò)展3D打印
技術(shù)領(lǐng)域，并將增材制造的3D打印，與減材制造的傳統(tǒng)機(jī)床加工整合、兼容于一體。
[0005] 眾所周知，直角坐標(biāo)可W輕易轉(zhuǎn)換為圓柱面坐標(biāo)：
[0006]
[0007] 其中，o《r《 + 〇〇,o《目《23t，-〇〇<z< + 〇〇
[0008] 故此，傳統(tǒng)3D打印工藝中使用的工件數(shù)字模型及其S化文件，可W方便地轉(zhuǎn)換為 圓柱面疊層相加工藝中圓柱面數(shù)據(jù)，實現(xiàn)圓柱面疊層相加3D打印，此處不做寶述。
[0009] 注意，當(dāng)r足夠大時，圓柱面就近似于平面，其時圓柱面上的打印就近似于平面打 印，所W，傳統(tǒng)平面疊層相加的3D打印，不過是圓柱面疊層3D打印在r趨于-時的極限特 例。
[0010] 本發(fā)明改進(jìn)的圓柱面疊層相加的3D打印工藝，包括：圓柱面生成機(jī)構(gòu)，圓柱面疊 層相加3D打印的選擇性借用傳統(tǒng)3D打印FDM、TDP、D0P等工藝，W及相應(yīng)選擇性配置噴頭、 噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)等，和相應(yīng)選擇性配置成型材質(zhì)和支撐材質(zhì)，W及在圓柱面疊層相加3D打 印機(jī)上，選擇性配置傳統(tǒng)減材制造的機(jī)床加工設(shè)備及刀具，還包括園柱面疊層相加3D打印 工藝過程；
[0011] 所述圓柱面生成機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)動基盤，驅(qū)動馬達(dá)，噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)升降裝置， 和輔助性成型平臺，其特征是：圓柱面生成機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動基盤，分主、從兩個轉(zhuǎn)動基盤，平行設(shè) 置于圓柱面兩側(cè)；主轉(zhuǎn)動基盤沿Z軸方向不動，從傳動基盤可沿Z軸方向平行移動；主轉(zhuǎn)動 基盤由計算機(jī)控制的馬達(dá)驅(qū)動，與噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)升降裝置配合，生成圓柱面半徑由 零至打印工件所要求的最大半徑之間的一個個相鄰的打印工作圓柱面，從轉(zhuǎn)動基盤由主轉(zhuǎn) 動基盤馬達(dá)和副轉(zhuǎn)動軸與傳動裝置驅(qū)動，與主轉(zhuǎn)動基盤同速轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動基盤相對圓柱面的 一端為卡盤及卡盤夾住的成型材質(zhì)圓錐面體，可為工作圓柱面母線打印或工作圓柱面圓環(huán) 準(zhǔn)線打印提供成型工件的端部附著點或支撐結(jié)構(gòu)附著點；轉(zhuǎn)動基盤的卡盤，用W卡住成型 材質(zhì)制作的園錐面體，或卡住成品器件做圓柱面的3D打印加工或傳統(tǒng)機(jī)床加工；轉(zhuǎn)動基盤 的卡盤和卡盤夾住的成型材質(zhì)園錐面體可分離，方便3D打印和傳統(tǒng)機(jī)床加工。圓柱面生 成機(jī)構(gòu)的驅(qū)動馬達(dá)，在計算機(jī)控制下，不管采用什么馬達(dá)或傳動方式，需確保所生成的打印 工作圓柱面的兩條相鄰成型母線間距恰好等于噴墨液滴直徑或烙融擠壓材質(zhì)液滴冷凝直 徑，或確保打印工作圓柱面的圓環(huán)準(zhǔn)線速度不變，圓環(huán)準(zhǔn)線相鄰打印點等于噴墨液滴直徑 或烙融材質(zhì)液滴冷凝直徑，W保證圓柱面打印的成型工件質(zhì)量；圓柱面生成機(jī)構(gòu)的噴頭、噴 嘴、掃描機(jī)構(gòu)的升降裝置，不管是采用液壓或其它機(jī)械方式，都是為了確保成型的打印工作 圓柱面的打印母線或打印圓環(huán)準(zhǔn)線的打印點處在圓柱面最高位置，即處在所選擇設(shè)置3D 打印噴嘴W及選擇設(shè)置的3D打印工藝及相應(yīng)材質(zhì)的作用距離之內(nèi)，同時確保圓柱面生成 機(jī)構(gòu)的驅(qū)動馬達(dá)和噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)的升降裝置配合生成的兩個相鄰打印工作圓柱面 的間距Ar，等于預(yù)先設(shè)定的圓柱面疊層相加打印的材質(zhì)成型厚度；噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)， 由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動，帶動噴頭、噴嘴沿Z軸方向作平移掃描；圓柱面生成機(jī)構(gòu)的輔助性成型平 臺，系為了在圓柱面3D打印之始，即在r為零的情況下，為打印工件零母線（r = 0)打印的 成型材質(zhì)或支撐材質(zhì)提供易脫離的附著平臺，它是可沿Y軸方向升降的、不與成型材質(zhì)粘 連的輔助性成型平臺。
[0012] 所述圓柱面疊層相加3D打印的選擇性借用傳統(tǒng)3D打印FDM、TOP、D0P等工藝，W 及相應(yīng)選擇性配置噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)等，和相應(yīng)選擇性配置成型材質(zhì)和支撐材質(zhì)等，其 特征是：相應(yīng)選擇借用和相應(yīng)選擇配置需適應(yīng)圓柱面疊層相加3D打印。
[0013] 所述選擇性配置傳統(tǒng)減材制造的機(jī)床加工設(shè)備及刀具，其特征是，選擇性配置的 傳統(tǒng)減材制造機(jī)床加工設(shè)備及刀具、鉆具等，設(shè)置在與3D打印主、從轉(zhuǎn)動基盤的副傳動軸 的相對一側(cè)，可讓該設(shè)備及刀具、鉆具沿X、Y、Z軸平行移動，W便利與3D打印配合或單獨對 工件進(jìn)行減材加工。
[0014] 所述圓柱面疊層相加3D打印工藝過程，其特征是，在所選借用傳統(tǒng)3D打印某種工 藝，及噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)等配置，和相應(yīng)所選成型材質(zhì)和支撐材質(zhì)配置的情況下，依據(jù)工 件數(shù)字設(shè)計模型的S化格式文件轉(zhuǎn)換成的圓柱面數(shù)據(jù)，圓柱面生成機(jī)構(gòu)由噴頭、噴嘴、掃描 機(jī)構(gòu)升降裝置和轉(zhuǎn)動基盤驅(qū)動馬達(dá)及傳動裝置配合，生成r由小到大的工作圓柱面；相鄰 兩層工作圓柱面的徑向間距Ar預(yù)先選定，等于圓柱面疊層相加打印的材質(zhì)成型厚度；計 算機(jī)控制的噴嘴，依據(jù)工件的圓柱面數(shù)據(jù)，或者沿工作圓柱面的最高處母線Z軸方向進(jìn)行 成型或支撐打印，待該母線打印完畢，圓柱面生成機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動主、從基盤轉(zhuǎn)動一角度A 0，使 所生成該工作圓柱面的母線沿圓環(huán)準(zhǔn)線方向偏轉(zhuǎn)A L到相鄰母線，使該相鄰母線處工作圓 柱面最高處，A L等于噴墨液滴直徑或烙融材質(zhì)液滴冷凝直徑；依前例對該相鄰母線進(jìn)行 成型或支撐打印，……W此類推，逐一對相鄰母線進(jìn)行打印，直到同一 r半徑的工作圓柱面 全部打印完畢，再轉(zhuǎn)到徑向半徑增大Ar的下一工作圓柱面的打印，……直到整個工件的圓 柱面疊層相加3D打印完成；或者，計算機(jī)控制的噴嘴，依據(jù)工件的圓柱面數(shù)據(jù)，自圓柱面生 成機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動基盤生成的工作圓柱面靠近主轉(zhuǎn)動基盤的一端的圓環(huán)準(zhǔn)線的最高點，沿轉(zhuǎn)動基 盤生成的該工作圓柱面圓環(huán)準(zhǔn)線進(jìn)行成型或支撐打印，轉(zhuǎn)動基盤確保生成的工作圓柱面的 圓環(huán)準(zhǔn)線勻線速度轉(zhuǎn)動，使相鄰打印點等于噴墨液滴直徑或烙融材質(zhì)液滴冷凝直徑，待該 圓環(huán)準(zhǔn)線全部打印完畢，噴嘴在掃描機(jī)構(gòu)步進(jìn)馬達(dá)控制下，在該工作圓柱面上沿母線方向Z 移動A Z間距，A Z等于噴墨液滴直徑或烙融材質(zhì)液滴冷凝直徑，然后對該圓環(huán)準(zhǔn)線進(jìn)行成 型或支撐打印，直到打印完畢；依此類推，直到整個工作圓柱面打印完畢；再轉(zhuǎn)到徑向半徑 增大Ar的下一工作圓柱面的打印，……直到整個工件W運種方式打印完畢；或者，在打 印過程中，噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)沿Z軸方向平行移動作母線打印，與馬達(dá)驅(qū)動的轉(zhuǎn)動基盤 帶動工作圓柱面旋轉(zhuǎn)作圓環(huán)準(zhǔn)線打印合成，相當(dāng)于平面3D打印的噴頭、噴嘴、掃描機(jī)構(gòu)的X 軸、Y軸平移運動合成，完成對該工作圓柱面的打??；……W此類推，直到整個工件打印完 成；然后分離連接在圓柱面生成機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)盤成型材質(zhì)圓錐面體和成型工件上的支撐結(jié)構(gòu)，取 下成型工件，完成整個圓柱面疊層相加3D打印工作。
[0015] 上述圓柱面疊層相加的3D打印最大弱點，是打印工作圓柱面的r = 0的軸屯、母 線時，由于成型材質(zhì)軸屯、母線非常細(xì)，特別是具有間斷時需支撐，轉(zhuǎn)動基盤無法成功、不變 形帶動它轉(zhuǎn)動，此時，彌補方法是，輔助性可升降平臺與成型材質(zhì)不粘連；其次，可采用傳統(tǒng) 3D打印加工其工件軸屯、母線及其軸屯、線周邊A r工件，然后將其裝入圓柱面疊層相加3D打 印機(jī)轉(zhuǎn)動基盤的卡盤，再W圓柱面疊層3D打印機(jī)進(jìn)