具有支撑材料成型功能的三维打印机及其成型方法技术

本发明专利技术涉及一种具有支撑材料成型功能的三维打印机,其包括打印头组件、打印平台和控制器，打印头组件可相对于打印平台沿三维方向独立地移动；控制器分别与打印头组件和打印平台电连接；打印头组件包括熔融室，打印材料在熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到打印平台上；第一动力单元装载有发泡剂，第一动力单元把发泡剂供应至熔融室内与打印材料混合熔融。在打印支撑部的时候，把发泡剂加入到熔融室内，发泡剂与打印材料混合熔融后使得打印材料的体积发生膨胀，膨胀的熔融材料逐层沉积在打印平台上形成支撑部，支撑部的密度相应降低，使用的支撑材料的重量相应减少，从而实现降低成本的目的。

Three dimensional printer with supporting material forming function and forming method thereof

The present invention relates to a 3D printer support function material, which comprises the print head assembly, printing platform and controller, the print head assembly relative to the print platform along the three-dimensional direction move independently; the controller is respectively connected with the print head assembly and electrically connected with the print platform; the print head assembly includes a melting chamber, printing material in a molten melt chamber according to the predetermined program layer deposited onto the print platform; the first power unit loaded with foaming agent, foaming agent, the first power unit to supply molten interior and mixed molten printing material. When printing support, the foaming agent is added to the molten interior, make printing materials volume expansion of foaming agent and printing material mixing and melting, melting the material expansion layer deposition support part formed in print on the platform, support the density decreased, the use of the support material weight reduced, so as to realize the the purpose of reducing the cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维打印机，具体涉及一种具有支撑材料成型功能的三维打印机及其成型方法。
技术介绍
三维打印，也称增材制造或者积层造型，是利用数字模型加工出物理对象的过程，在加工过程中，通过逐层填加材料而建造打印对象。三维快速成型的方法主要包括的类型为：立体平板印刷或光固化（Stereolithography,SLA)、分层实体制造（Laminatedobjectmanufacturing,LOM)、选择性激光熔化（SelectivelaserMelting,SLM)、熔融沉积成型（Fuseddepositionmodeling,FDM)。目前，市面上FDM类型的三维（3D）打印最为常见，这种类型的三维打印机的生产成本较低，且打印的操作较为便利，初学者容易掌握。其主要原理是将线状丝材如PLA（聚乳酸）等通过高温喷嘴熔融，然后利用后续线材的连续挤压，将熔融状的材料通过喷嘴出口挤出，然后熔融状材料层层堆积产生三维物体，例如在申请号为CN201410827191.9、CN201510054483.8和CN201510313735.4的中国专利技术专利申请文件中记载了FDM类型的三维打印机及其工作原理。然而，现有的三维打印机在打印悬空物体时存在很多问题，甚至无法打印悬空物体。例如，如图1所示，是现有的一种具有悬空部的三维物体，该三维物体包括主体部10和悬空部11，悬空部11由于下底面没有其它支撑，受限于重力因素，在三维打印中就无法实现该悬空部11的成型。当需要用三维打印机打印这种具有悬空部11的三维物体时。如图2所示，三维打印机一般首先打印出主体部10，然后，打印出支撑部12，这样才可以继续在支撑部12上打印出悬空部11。然而，这种打印方式需要消耗过多的支撑材料，这就会造成资源的浪费，特别是在打印大型物体时，例如打印桌子、建筑物模型或实物时，支撑材料的消耗量非常庞大，严重增加三维物体的制造成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种解决三维物体打印过程中支撑材料消耗过多的问题。为了完成上述目的，本专利技术提供了一种具有支撑材料成型功能的三维打印机,其包括打印头组件、打印平台和控制器，打印头组件可相对于打印平台沿三维方向独立地移动；控制器分别与打印头组件和打印平台电连接；打印头组件包括熔融室，打印材料在熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到打印平台上；第一动力单元装载有发泡剂，第一动力单元把发泡剂供应至熔融室内与打印材料混合熔融。由上述方案可见，在打印支撑部的时候，把发泡剂加入到熔融室内，发泡剂与打印材料混合熔融后使得打印材料的体积发生膨胀，膨胀的熔融材料逐层沉积在打印平台上形成支撑部，支撑部的密度相应降低，使用的支撑材料的重量相应减少，从而实现降低成本的目的。特别是针对大型物体，如人体、建筑物模型或实物的成型，支撑材料的成本节省非常显著。一个优选的方案是，打印主体材料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料；第一动力单元包括腔体、螺旋送粉棍和电机，腔体内设置螺旋送粉棍，螺旋送粉棍用电机驱动，在电机的工作下带动螺旋送粉棍把发泡剂带入至熔融室内，电机与控制器电性连接。腔体的上游端设置一个加粉口。由上述方案可见，打印头组件只有一个打印头，该打印头可以同时作为主体部或支撑部的打印。当打印主体部的时候，第一动力单元不工作，发泡剂不进入熔融室内。当打印支撑部的时候，第一动力单元把发泡剂加入到熔融室内，发泡剂与打印材料混合熔融后形成支撑材料，支撑材料逐层沉积在打印平台上形成支撑部。一个优选的方案是，打印头组件包括第一打印头和第二打印头：第一打印头装载有打印主体材料,第一打印头可相对打印平台沿三维方向独立地移动；第二打印头包括熔融室,熔融室具有第一通孔和第二通孔，打印支撑材料沿第一通孔进入熔融室内，第一动力单元把发泡剂沿着第二通孔输送至熔融室。由上述方案可见，当需要打印支撑部的时候，第二打印头预备工作，发泡剂与打印支撑材料混合熔融后体积发生膨胀，第二打印头把体积膨胀后的支撑材料逐层沉积在打印平台上。进一步优选的方案是，打印主体材料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料，打印支撑材料为PLA三维成型粉末材料或ABS三维成型粉末材料或PP三维成型粉末材料；在第二通孔的位置设置有电磁阀，第一动力单元包括腔体、螺旋送粉棍和电机，腔体内设置螺旋送粉棍，螺旋送粉棍用电机驱动，在电机的工作下带动螺旋送粉棍把发泡剂带入熔融室内，电机、电磁阀均与控制器电性连接。由上述方案可见，粉末状态的支撑材料与发泡剂的混合过程更为迅速、均匀，混合效果更好，工作效率提高。一个优选的方案是，在第二通孔的位置设置一个吹气装置，吹气装置把发泡剂均匀吹散在熔融室内。本专利技术还提供了一种具有支撑材料成型功能的三维打印机的成型方法，三维打印机包括打印头组件、打印平台和控制器，打印头组件可相对于打印平台沿三维方向独立地移动；控制器分别与打印头组件和打印平台电连接；打印头组件包括熔融室，打印材料在熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到打印平台上；第一动力单元装载有发泡剂，第一动力单元把发泡剂供应至熔融室内与打印材料混合熔融；该成型方法包括下面的步骤：首先，执行预备步骤，保持三维打印机处于工作状态；然后，执行三维物体主体部的成型步骤，打印头组件把打印材料熔融后逐层沉积在打印平台上形成三维物体的主体部；接着，执行控制器判断步骤，当控制器判断出需要打印三维物体的支撑部的时候，启动第一动力单元工作；接着，执行支撑部打印步骤，第一动力单元工作，电机带动螺杆旋转后把发泡剂带入至熔融室内与打印材料混合熔融形成支撑材料，打印材料在加入发泡剂之后体积发生膨胀；打印头组件把混合熔融的支撑材料逐层沉积到打印平台上形成支撑部；接着，交替执行上述三维物体主体部的成型步骤、控制器判断步骤和支撑材料的打印步骤，直至完成整个三维物体的成型。一个优选的方案是，支撑部打印步骤包括初期阶段和后期阶段，在初期阶段，发泡剂以第一流量的速率加入至熔融室内，在后期阶段，发泡剂以第二流量的速率加入至熔融室内，第一流量大于第二流量；同时，在初期阶段形成的支撑材料的密度低于在后期阶段形成的支撑材料的密度。一个优选的方案是，支撑部打印步骤包括初期阶段、中期阶段和后期阶段，在初期阶段，发泡剂以第一流量的速率加入至熔融室内，在中期阶段，发泡剂以第二流量的速率加入至熔融室内，在后期阶段，发泡剂以第三流量的速率加入至熔融室内；第一流量大于第二流量，第二流量大于第三流量，第三流量为零；在初期阶段形成的支撑材料的密度为第一密度，在中期阶段形成的支撑材料的密度为第二密度，在后期阶段形成的支撑材料的密度为第三密度；第一密度低于第二密度，第二密度低于第三密度，第三密度与三维物体的主体部密度相同。一个优选的方案是，打印主体材料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料；第一动力单元包括腔体、螺旋送粉棍和电机，腔体内设置螺旋送粉棍，螺旋送粉棍用电机驱动，在电机的工作下带动螺旋送粉棍把发泡剂带入至熔融室内，电机与控制器电性连接。一个优选的方案是，打印头组件包括第一打印头和第二打印头：第一打印头装载有打印主体材料,第一打印头可相对打印平台沿三维方向独立地移动；第二打印头包括熔融室,熔融室具有第一通孔和本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有支撑材料成型功能的三维打印机,包括：打印头组件；打印平台，所述打印头组件可相对于所述打印平台沿三维方向独立地移动；控制器，分别与所述打印头组件和所述打印平台电连接；其特征在于，所述打印头组件包括熔融室，打印材料在所述熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到所述打印平台上；第一动力单元，装载有发泡剂，所述第一动力单元把所述发泡剂供应至所述熔融室内与所述打印材料混合熔融。

【技术特征摘要】
1.具有支撑材料成型功能的三维打印机,包括：打印头组件；打印平台，所述打印头组件可相对于所述打印平台沿三维方向独立地移动；控制器，分别与所述打印头组件和所述打印平台电连接；其特征在于，所述打印头组件包括熔融室，打印材料在所述熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到所述打印平台上；第一动力单元，装载有发泡剂，所述第一动力单元把所述发泡剂供应至所述熔融室内与所述打印材料混合熔融。2.根据权利要求1所述的具有支撑材料成型功能的三维打印机，其特征在于，所述打印主体材料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料；所述第一动力单元包括腔体、螺旋送粉棍和电机，所述腔体内设置所述螺旋送粉棍，所述螺旋送粉棍用所述电机驱动，在所述电机的工作下带动螺旋送粉棍把所述发泡剂带入至所述熔融室内，所述电机与所述控制器电性连接。3.根据权利要求1所述的具有支撑材料成型功能的三维打印机，其特征在于，所述打印头组件包括第一打印头和第二打印头：所述第一打印头装载有打印主体材料,所述第一打印头可相对所述打印平台沿三维方向独立地移动；所述第二打印头包括所述熔融室,所述熔融室具有第一通孔和第二通孔，打印支撑材料沿所述第一通孔进入所述熔融室内，所述第一动力单元把所述发泡剂沿着所述第二通孔输送至所述熔融室。4.根据权利要求3所述的具有支撑材料成型功能的三维打印机，其特征在于，所述打印主体材料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料，所述打印支撑材料为PLA三维成型粉末材料或ABS三维成型粉末材料或PP三维成型粉末材料；在所述第二通孔的位置设置有电磁阀，所述第一动力单元包括腔体、螺旋送粉棍和电机，所述腔体内设置所述螺旋送粉棍，所述螺旋送粉棍用所述电机驱动，在电机的工作下带动螺旋送粉棍把所述发泡剂带入所述熔融室内，所述电机、所述电磁阀均与所述控制器电性连接。5.根据权利要求3或4任一项所述的具有支撑材料成型功能的三维打印机，其特征在于，在所述第二通孔的位置设置一个吹气装置，所述吹气装置把所述发泡剂均匀吹散在所述熔融室内。6.具有支撑材料成型功能的三维打印机的成型方法，三维打印机包括：打印头组件；打印平台，所述打印头组件可相对于所述打印平台沿三维方向独立地移动；控制器，分别与所述打印头组件和所述打印平台电连接；其特征在于，所述打印头组件包括熔融室，打印材料在所述熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到所述打印平台上；第一动力单元，装载有发泡剂，所述第一动力单元把所述发泡剂供应至所述熔融室内与所述打印材料混合熔融；该成型方法包括下面的步骤：首先，执行预备步骤，保持三维打印机处于工作状态；然后，执行三维物体主体部的成型步骤，所述打印头组件把打印材料熔融后逐层沉积在所述打印平台上形成三维物体的主体部；接着，执行控制器判断步骤，当所述控制器判断出需要打印三维物体的支撑部的时候，启动第一动力单元工作；接着，执行支撑部打印步骤，所述第一动力单元工...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鑫，
申请(专利权)人：荆门米丰信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42