[發明專利]一種三維打印的分級式環形掃掠裝置

有效

• 申請號: 201710805997.1
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107672156B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 徐敬華;王康;張樹有;譚建榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/20;B29C64/232;B29C64/236;B29C64/321;B29C64/393;B29C64/241;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 何彬

本發明涉及一種三維打印的分級式環形掃掠裝置，屬于快速成型技術領域。其包括機架及安裝在機架上的掃掠輸出終端、分級環形掃掠機構與用于輸出二維平面移動的橫向行走機構，分級環形掃掠機構包括一級旋轉機構、二級旋轉機構及安裝在橫向行走機構的位移輸出端上的安裝座；一級旋轉機構包括可轉動地安裝在安裝座上的旋轉支架及用于驅動旋轉支架轉動的一級旋轉驅動器，二級旋轉機構包括安裝在旋轉支架的轉臂上的二級旋轉驅動器；掃掠輸出終端安裝在二級旋轉驅動器的轉動輸出軸上，掃掠輸出終端的下表面布置有一個以上的偏離其旋轉軸線的打印頭。通過設置分級掃掠機構，可提高三維物體曲面結構的打印精度，其可廣泛地應用于快速成型技術領域。

技術領域

本發明涉及快速成型技術領域，具體地說，涉及一種三維打印的分級式環形掃掠裝置及其掃掠方法。

背景技術

三維打印是增材制造技術的俗稱，它依據三維CAD設計數據，采用離散材料(液體、粉末、絲、片、板、塊等)逐層累加制造物體的技術。相對于傳統的材料去除方式、材料成型方式，三維打印是一種自下而上材料累加的制造工藝，自20世紀80年代開始逐步發展，也被稱為快速成型、分層制造等。

為打印出三維物體，三維打印機需驅動其打印頭相對機架做三維空間運動，通常是基于X-Y-Z三軸向上的直線運動合成。其中，Z軸向運動用于實現零件切片層的轉換，以依次加工零件各層；通過打印頭在X軸向與Y軸向的移動實現截面加工。

但在實際生產實踐中，很多產品為曲面結構，例如曲軸、薄壁回轉件等。現有三維打印機在打印這些曲面結構時，需要借助計算機進行不斷的差補運算，當所打印的由面或曲線較復雜時，不僅計算量非常大，且打印出的曲線表面是由多個極小直線段擬合而成的多邊形；此外，當加工截面內外圓直徑相差很小時，會產生曲面結構嚴重失真的問題，從而導致打印出的三維物體的質量偏低。

發明內容

本發明的目的是提供一種三維打印的分級式環形掃掠裝置，以提高三維物體中曲形結構的打印質量。

為了實現上述目的，本發明提供的分級式環形掃掠裝置包括機架及安裝在機架上的掃掠輸出終端、分級環形掃掠機構與用于輸出二維平面移動的橫向行走機構，分級環形掃掠機構包括安裝座、一級旋轉機構及二級旋轉機構，安裝座安裝在橫向行走機構的位移輸出端上；一級旋轉機構包括可轉動地安裝在安裝座上的旋轉支架及用于驅動旋轉支架轉動的一級旋轉驅動器，二級旋轉機構包括安裝在旋轉支架的轉臂上的二級旋轉驅動器；一級旋轉機構的旋轉平面與二級旋轉機構的旋轉平面相平行；掃掠輸出終端安裝在二級旋轉驅動器的轉動輸出軸上，掃掠輸出終端與該轉動輸出軸間的連接可為直接固定連接，也可通過其他機構實現間接連接，比如選用三級旋轉機構和/或直線位移輸出機構連接二者，掃掠輸出終端的下表面布置有一個以上的偏離其旋轉軸線的打印頭。

通過在橫向行走機構的位移輸出端與打印頭間設置由兩級以上的旋轉驅動機構，從而使打印頭在打印三維物體的過程中，不僅可在橫向行走機構的驅動下而輸出直線打印軌跡，且可在其中一級旋轉驅動器的驅動下而輸出弧形軌跡，且可在橫向行走機構與一級以上的旋轉驅動器的共同驅動下而輸出復雜的曲線軌跡，從而可提高三維物體中曲形結構的打印質量。此外，由于每個旋轉驅動其均構成一個極坐標，相比于現有技術中的直角坐標系，在打印弧形軌跡等曲線軌跡時，可有效地減少計算工作量。

具體的方案為二級旋轉驅動器通過沿轉臂的長度方向布置的直線導軌滑塊機構可滑動地安裝在轉臂上，且在轉臂與二級旋轉驅動器間設有推動二級旋轉驅動器沿直線導軌滑動的致動器。可通過致動器的驅動而改變二級旋轉驅動器的轉軸與旋轉支架的旋轉軸線間的間距，即改變了掃掠輸出終端的旋轉軸線的旋轉半徑，從而可適用多種曲率半徑的曲線軌跡的打印。

另一個具體的方案為掃掠輸出終端包括用于存儲成型材料的儲料箱，掃掠輸出終端上設有多個打印頭，儲料箱與每個打印頭間設有用于啟閉二者間送料通道的截止閥。通過控制不同截止閥的工作狀態，以有選擇地開啟其中一打印頭進行打印工作，從而改變打印頭繞二級旋轉驅動器的轉軸的旋轉半徑，以打印不同曲率半徑的曲線軌跡。