[發明專利]一種3D打印用的可調式外部支撐裝置

有效

• 申請號: 201710807481.0
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107498875B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 徐敬華;盛紅升;張樹有;譚建榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C64/40
• 分類號: B29C64/40;B29C64/118;B33Y40/00
• 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3D打印用的可調式外部支撐裝置，屬于快速成形技術領域。支撐裝置包括控制單元及受該控制單元控制的升降橫移單元與支撐單元；支撐單元安裝在升降橫移單元的輸出端上，支撐單元包括支架及用于伸至待支撐位置以支撐三維物體的懸空部位的伸縮式支撐桿，支撐桿的下端通過用于控制其相對支架的擺角的擺動驅動裝置與支架固定連接。在三維打印過程中，通過升降橫移單元將支撐單元推送至待支撐區域下方，接著控制支撐桿的擺角與伸縮長度，以對三維物體的懸空部位進行支撐，可在減少打印支撐結構所需打印材料用量的同時，有效地提高三維物體的打印速度與質量，其可廣泛地應用于快速成形技術領域。

技術領域

本發明涉及快速成形技術領域，具體地說，涉及一種3D打印用的可調式外部支撐裝置。

背景技術

3D打印技術以產品的數字模型為基礎，通過對數字模型進行切片分層，及依據切片分層結果逐層疊加材料的方法來成形出三維物體，即目標產品。相比于傳統制造模式，3D打印可以成形出復雜度更高的產品。

FDM(Fused Deposition Modeling)打印技術是將打印材料加熱至熔融狀態，并通過噴頭沿零件分層輪廓軌跡擠出，待冷卻后固化成形。在打印過程中，若當前切片層的打印需要前一層切片層的支撐，且該切片層為三維物體的懸空部位時，則需添加支撐結構用于輔助成形，避免成形失敗。因為材料本身的粘滯特性，可在無支撐狀態下保持一定長度的材料不變形，稱為材料的臨界打印長度，超過臨界打印長度，就要添加支撐結構。

在現有技術中，為根據臨界打印長度確定支撐位置，并使用打印材料打印支撐結構，且在完成打印后，需除掉這些支撐結構，不僅影響打印效率和打印成本，甚至會破壞成形件的表面質量。

發明內容

本發明的目的是提供一種3D打印用的可調式外部支撐裝置，以減少打印支撐結構所需的打印材料的同時，有效地提高三維物體的打印速度與質量。

為了實現上述目的，本發明提供的可調式外部支撐裝置包括控制單元及受該控制單元控制的升降橫移單元與支撐單元；支撐單元安裝在升降橫移單元的位移輸出端上，支撐單元包括支架及用于伸至待支撐位置以支撐三維物體的懸空部位的伸縮式支撐桿，支撐桿的下端通過用于控制其相對支架的擺角的擺動驅動裝置與支架固定連接。

通過升降橫移單元將支撐單元驅動至支撐區域，接著擺動驅動裝置控制每根支撐桿的擺角而調整其支撐位置，以采用支撐桿替代部分甚至全部現有技術中采用打印材料打印出的支撐結構，且在打印完成后可拆下重復使用，不僅可提高打印速度與質量，且可減少對打印材料的使用與浪費。

第一個具體的方案為擺動驅動裝置包括用于將支撐桿的下端鉸接至支架上的鉸軸及用于拉推支撐桿繞鉸軸擺動的伸縮連桿；伸縮連桿的一端與支撐桿鉸接，另一端與支架鉸接。通過伸縮連桿與鉸軸的配合，不僅能推動支撐桿擺動至期望位置進行支撐，且能提供較大力度的支撐。

第二個具體的方案為擺動驅動裝置包括舵機，舵機的機殼與支架固定連接，支撐桿的下端與舵機的輸出軸固定連接。擺動驅動裝置的結構簡單，且可利用舵機自身所攜帶的角度檢測傳感器向控制單元輸出擺角數據，以便于控制支撐桿的支撐位置。

第三個具體的方案為支架在其高度方向上至少安裝有兩圈以上環繞其周向布置的所述支撐桿，每圈至少包括兩根以上的支撐桿。有效減少整個支撐裝置在收納儲藏時所需占用面積。

第一個更具體的方案為支架為兩級以上的伸縮桿結構，每級伸縮桿上至少安裝有一圈支撐桿。以通過調整每級伸縮桿的伸縮量，而調整安裝在該級伸縮桿上的支撐桿在高度上位置，有效地減少不同層級支撐桿在規劃支撐點時因相互干涉而影響支撐點布置。