用于3D打印的可调打印床制造技术

根据一个方面，提供了一种用于方便三维(3D)扫描和打印的插脚板工具，其包括：并行插脚的阵列(301)，其中当该插脚板工具为空时，该阵列中的并行插脚在纵向上对齐；保持阵列的夹具(303)；以及锁定装置(302)，其配置为在被触发时将并行插脚的阵列锁定就位，以提供用于3D打印物体的打印床，该物体具有对应于由锁定就位的该阵列所形成的图案的表面，其中，所述并行插脚被配置为，当锁定装置未被触发且物体被推靠向并行插脚时，其能够在并行插脚的纵向上彼此独立地自由移动，移动范围等于或小于每个并行插脚的长度。本申请还涉及一种3D扫描和打印系统(300)，以及涉及一种用于三维(3D)扫描和打印的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D打印的可调打印床
本专利技术涉及物体的3D扫描和打印，并且特别地涉及通过减少对支撑材料的需求来方便物体的3D扫描和打印。
技术介绍
以下背景描述技术可以包括见解，发现，理解或公开，或关联以及本专利技术之前相关领域未知但由当前公开提供的公开。可以在下面具体指出本文公开的一些这样的贡献，而本公开内容所包含的其他这样的贡献，根据它们的上下文，本专利技术将是显而易见的。3D打印指的是基于所述物体的三维计算机模型创建三维物体的过程。例如，可以使用计算机辅助设计(CAD)软件包或3D扫描仪来创建三维计算机模型。3D打印已在许多领域中找到了应用，从创建汽车的定制零件到工业或研究的快速原型制作到医疗应用。可以使用3D打印的医学应用程序的一个流行示例是制造矫形石膏以支持骨折愈合。大多数模型仍以传统的方式由棉绷带与石膏(也称为巴黎石膏或石膏灰泥)结合制成，这些石膏在被弄湿后会变硬。尽管石膏模型被广泛使用，但它们有几个明显的局限性。石膏模型通常会在治疗过程中使肢体无法触及，从而导致石膏下面的皮肤变得干燥和鳞屑。此外，它们相对较重，如果弄湿可能会破裂，并且在不破坏石膏的情况下无法去除。3D打印模型可以克服许多或所有上述限制。通常，准备3D打印模型的过程开始于对感兴趣的身体部位进行3D表面扫描。还可以执行其他医学扫描，例如X射线扫描，计算机断层扫描(CT)扫描或磁共振成像(MRI)扫描。而且，在某些情况下，仍可以根据所执行的扫描手动地准备模型的最终设计。3D打印本身可以使用例如熔丝制造(FFF)技术，其中热塑性材料的连续丝通常通过打印头的喷嘴沉积(通常是分层的)，以形成3D打印物体或激光烧结技术，其中使用大功率激光器烧结粉末状材料，将材料粘合在一起以形成固体3D结构。但是，目前用于3D打印模型的技术存在一些限制。通过使用熔融长丝制造技术制造的3D打印物体的机械性能受到限制，因为这些物体通常仅由聚合物组成。另一方面，激光烧结技术要求使用昂贵的高功率激光器，这意味着这些技术不像其他3D打印技术那么容易获得。此外，用于该特定应用的大多数当前的3D打印过程具有需要相对长的制造时间的缺点。例如，使用常规的熔融长丝沉积技术对模型进行3D打印可能需要几个小时到几天。在某些情况下，大部分的打印时间被支撑结构的3D打印所消耗，这些支撑结构从最终的3D打印模型中移除，这也可能花费大量的时间。因此，最小化对支撑结构的需求将导致减少的3D打印时间以及减小的3D打印部件的体积，并显着提高3D打印用于此特定应用程序的可行性。
技术实现思路
以下呈现了本文公开的特征的简化概述，以提供对本专利技术的一些示例性方面的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛概述。其无意于标识本专利技术的关键/重要元素或描绘本专利技术的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文公开的一些概念，作为更详细描述的序言。根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。实施例在从属权利要求中定义。在附图和以下描述中更详细地阐述了实现的一个或多个示例。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征将显而易见。附图说明在下文中，将参考附图通过优选实施例更详细地描述本专利技术，其中图1示出了根据本专利技术示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；图2示出了根据本专利技术示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；图3示出了根据本专利技术示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；图4示出了根据本专利技术示例性实施例的一对插脚板工具；图5示出了根据本专利技术示例性实施例的握持机构。图6示出了根据本专利技术示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；图7示出了根据本专利技术示例性实施例的插脚板工具；图8和9示出了根据本专利技术的示例性实施例的插脚板工具的锁定机构；图10示出了根据本专利技术示例性实施例的插脚板工具；图11是示出根据本专利技术示例性实施例的3D扫描/打印过程的流程图；以及图12示出了根据本专利技术实施例的控制计算机。具体实施方式以下实施例是示例性的。尽管说明书可能在多个位置引用“一个”，“一个”或“一些”实施例，但这并不一定意味着每个此类引用均指的是同一实施例，或者该功能仅适用单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合以提供其他实施例。此外，词语“包括”，“包含”和“包含”应被理解为不将所描述的实施例限制为仅由已经提及的那些特征组成，并且这些实施例还可以包含尚未被特别提及的特征/结构。图1示出了根据本专利技术实施例的示例性系统，该系统用于诸如受伤的手腕的物体的3D扫描以及3D打印。所示的系统100包括插脚板工具110，插脚板工具110又包括至少一个形成插脚板自身的并行插脚的阵列101以及用于将所述并行插脚的阵列锁定就位的锁定装置102。插脚板工具110还可包括用于保持该组并行插脚的固定装置103或框架103。该系统可以进一步包括3D扫描仪130、3D打印机140和控制计算机150，其可以连接到3D扫描仪130和3D打印机140以及插脚板工具110。在该示例中，待扫描的、且所产生的扫描将在随后的3D打印中使用的物体为人类的右手120。在一些实施例中，系统100可能不包括控制计算机150，在这种情况下，可能不会自动使用3D扫描仪130和3D打印机140。替代地，可以由一个或多个技术人员手动和/或分别地操作3D扫描仪130和3D打印机140。在一些实施例中，3D扫描仪130和3D打印机140中的每一个可以具有它们自己的控制计算机。插脚板工具110可以手动操作，或者可以由控制计算机(可以是控制计算机150)进行远程控制。插脚板工具110、3D扫描仪130和3D打印机140可以位于同一设备内，在同一房间或不同位置(即不同房间甚至建筑物)内。在一个实施例中，3D扫描仪130和3D打印机140被包括在单个3D扫描/打印设备或系统中。并行插脚的阵列101可以根据规则的栅格(例如，如图1所示的矩形栅格)在与并行插脚的纵向垂直的平面上进行组织/编排。相应的一组孔(或穿孔)103'可以布置在固定装置103上，以允许并行插脚的阵列101穿过固定装置103。阵列101中的并行插脚可以与阵列101中的相邻插脚具有相等的间隔并且可以具有相同的长度。在一些实施例中，阵列101中的每个并联插脚可以与其相邻的插脚接触。在这种情况下，固定装置103对于每个并行的插脚可以不具有单独的孔，而对于整个阵列101可以具有单个大孔(或开口)。阵列101(即，阵列的轮廓)可以是任何形状的。形状，例如图1中所示的矩形，椭圆形或球形。而且，阵列101中的并行插脚可以在一定的移动范围内沿其纵向自由地移动，但是可以被固定在与纵向正交的方向上。移动范围可以等于或小于并行插脚的长度。插脚可以是具有例如圆形，椭圆形或矩形横截面的金属或塑料圆柱体。每个插脚的另一端(图1中朝上的一端)的横截面可能比固定装置103中相应孔103'的横截面略大(为清楚起见，仅在图1中显示)。例如，插脚可以是(钝的)钉子，其朝向使得钉子的扁平头部防止钉子掉落通过固定装置103中的相应孔103'，如图1中的插本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于方便三维(3D)扫描和打印的插脚板工具，包括：/n并行插脚阵列，其中当插脚板工具为空时，阵列中的并行插脚在并行插脚的纵向方向上对齐；/n保持并行插脚阵列的夹具；以及/n锁定装置，其配置为在被触发时将并行插脚阵列锁定就位，以提供用于对物体进行3D打印的打印床，其中该物体具有与由锁定就位的并行插脚阵列所形成的图案相对应表面，其中，该阵列中的并行插脚被配置为：当锁定装置未被触发并且物体被推靠向并行插脚时，并行插脚能够在其纵向方向上在一移动范围内彼此独立地自由移动，该移动范围等于或小于每个并行插脚的长度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于方便三维(3D)扫描和打印的插脚板工具，包括：
并行插脚阵列，其中当插脚板工具为空时，阵列中的并行插脚在并行插脚的纵向方向上对齐；
保持并行插脚阵列的夹具；以及
锁定装置，其配置为在被触发时将并行插脚阵列锁定就位，以提供用于对物体进行3D打印的打印床，其中该物体具有与由锁定就位的并行插脚阵列所形成的图案相对应表面，其中，该阵列中的并行插脚被配置为：当锁定装置未被触发并且物体被推靠向并行插脚时，并行插脚能够在其纵向方向上在一移动范围内彼此独立地自由移动，该移动范围等于或小于每个并行插脚的长度。


2.根据权利要求1所述的插脚板工具，还包括：
一层或多层弹性材料，其附接在阵列中的并行插脚的一个或多个端部上，形成至少一个连续表面。


3.根据权利要求1或2所述的插脚板工具，其中，所述夹具包括开口、梳状结构、栅格结构和穿孔结构中的一种，所述阵列在纵向方向上穿过其中，和/或所述锁定装置包括一个或多个卡夹，每个卡夹围绕两个或更多个要被夹紧的并行插脚布置。


4.根据权利要求3所述的插脚板工具，其中，如果所述夹具包括所述开口，则所述一个或多个卡夹围绕穿过所述开口的并行插脚阵列布置，相邻并行插脚之间的间隔足够小，从而绕阵列束紧一个或多个卡夹会将阵列中的所有并行插脚锁定就位。


5.根据前述权利要求中任一项所述的插脚板工具，其中，每个并行插脚包括具有第一横截面的第一端部部段、具有第二横截面的第二端部部段、以及位于第一端部部段和第二端部部段之间的具有第三横截面的中间部段，第三横截面小于第一横截面和第二横截面中的至少一个，并且夹具包括梳状结构、栅格结构和穿孔结构中的一种，第一端部部段和第二端部部段中的至少一个不能穿透其中。


6.根据权利要求5所述的插脚板工具，如果所述夹具包括梳状结构，则所述锁定装置包括固定部分和夹板，所述固定部分相对于所述夹板布置在所述阵列的相对侧上，所述夹板抵靠并行插脚的第一端部部段和第二端部部段中的至少一个布置，正交于梳状结构的齿部，所述夹板在所述阵列的宽度上延伸并且构造成抵靠固定部分地夹持并行插脚，导致并行插脚的第一端部部段和第二端部部段中的至少一个紧紧地推靠彼此，并且固定部分将并行插脚锁定就位。


7.根据前述权利要求中任一项所述的插脚板工具，其中，所述锁定装置包括多个马达或致动器，每个马达或致动器连接到阵列中的至少一个并行插脚，以允许控制所述至少一个并行插脚的移动、位置和锁定。


8.根据权利要求5至7中任一项所述的插脚板工具，其中，所述并行插脚的纵向方向对应于竖直方向，并且对于每个并行插脚，所述第一端部部段对应于顶端部段，所述第二端部部段对应于底端部段，夹具包括布置在插脚板工具下方的用于阵列的支撑结构，插脚板工具还包括以下之一，以防止在没有任何物体从上方放到插脚板工具上时并行插脚被重力完全下推：
多个弹簧，每个弹簧附接在支撑结构与阵列中并行插脚的第二端部部段之间，或者，如果第三横截面小于第一横截面，则布置在梳状结构、栅格结构和穿孔结构之一与第一端部部段之间；
一块弹性材料，其布置在支撑结构与并行插脚阵列之间，或者，如果第三横截面小于第一横截面，则布置在梳状结构、栅格结构和穿孔结构之一与阵列中并行插脚的第一端部部段之间；和
一块柔软的多孔材料，其布置在支撑结构与并行插脚阵列之间，或者，如果第三横截面小于第一横截面，则布置在梳状结构、栅格结构和穿孔结构之一与阵列中并行插脚的第一端部部段之间。


9.一种3D扫描和打印系统，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的一个或多个插脚板工具；
3D扫描仪，其配置成对由通过一个或多个插脚板工具的锁定装置锁定就位的一个或多个插脚板工具的并行插脚阵列形成的图案进行扫描；和
3D打印机，其配置为使用一种或多种打印材料、基于扫描图案或预定义图案、使用锁定就位的并行插脚阵列作为打印床对打印物体进行3D打印，每个打印物体都具有对应于下述图案的表面：该图案由一个或多个插脚板工具中所包含的被锁定就位的并行插脚阵列所形成。


10.根据权利要求9所述的3D扫描和打印系统，其中，所述一个或多个插脚板工具包括布置在物体周围的两个或多个插脚板工具，从而两个或多个插脚板工具的并行插脚平行于贯穿物体且面向物体的公共平面，并且两个或更多个插脚板工具中的所有相邻插脚板工具之间的角度间隔相等，该角度间隔是从该公共平面中的物体中心进行观察的。


11.根据权利要求9所述的3D扫描和打印系统，其中，所述一个或多个插脚板工具包括布置在物体的相对侧上的两个插脚板工具，从而所述两个插脚板工具的并行插脚彼此并行。


12.根据权利要求9至11中的任一项所述的3D扫描和打印系统，其中，所述3D打印机用于3D打印的一种或多种打印材料包括由连续纤维增强和热塑性基体聚合物组...

【专利技术属性】
技术研发人员：米科·哈图宁，珍妮·皮赫拉贾马基，
申请(专利权)人：北极生物材料有限公司，微工厂有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI