[發明專利]基于可編程點陣頂針的3D打印支撐系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201910339906.9
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110193929A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 王玉;李帥帥;張曉陽;李宜真;寧傳方;張宇辰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/40;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及基于可編程點陣頂針的3D打印支撐系統及其控制方法，系統包括控制模塊、固定架、設于固定架上的頂針成型裝置、頂桿驅動裝置和XY移動平臺，頂針成型裝置設于頂桿驅動裝置上方，頂桿驅動裝置安裝在XY移動平臺上，頂針成型裝置包括一系列頂針，每根頂針的上升高度可獨立控制；控制模塊將三維模型的信息轉換為控制頂桿驅動裝置、XY移動平臺裝置的運動指令，使不同頂針上升至不同高度，進而使點陣頂針的頂部形成打印模型的支撐。與現有技術相比，本發明可根據打印的模型生成所需的底部支撐，無需在打印過程中打印材料支撐結構，實現高效率、低成本打印。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其是涉及一種基于可編程點陣頂針的3D打印支撐系統及其控制方法。

背景技術

3D打印技術將復雜的三維問題簡化為易于處理的二維問題，通過材料層層堆積的方式可以制造出幾何上高度復雜的零件，這種優勢極大推動了3D打印在各個領域的應用。在3D打印過程中，材料至下而上的堆積是在已成型的材料結構基礎之上進行的，如果模型的某些部位是懸空的，則打印過程必須要利用支撐結構以避免材料的坍塌，這種支撐在熔融沉積式3D打印過程中的應用尤其廣泛。然而支撐結構的存在帶來了諸多問題，比如零件表面質量差，打印效率低，材料浪費以及打印件后處理復雜等；此外，因傳統3D打印零件使用材料支撐，打印完成后需要對支撐材料進行拆除，一定程度上會使得零件的表面質量受損。近年來，有關3D打印的支撐結構的研究主要集中在如何減少支撐材料結構以削弱其帶來的影響，并沒有一種技術能夠去掉材料支撐以從根本上解決問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于可編程點陣頂針的3D打印支撐系統及其控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

基于可編程點陣頂針的3D打印支撐系統，包括固定架、頂針成型裝置、頂桿驅動裝置、XY移動平臺以及分別與頂桿驅動裝置、XY移動平臺連接的控制模塊，頂針成型裝置、頂桿驅動裝置、XY移動平臺由上至下依次設置在固定架上，所述的頂針成型裝置包括按照點陣密集排列的一系列頂針，所述的頂桿驅動裝置包括多個用以推動不同位置的頂針沿Z軸運動的上下驅動模塊，每根頂針的上升高度由各上下驅動模塊獨立控制；所述的控制模塊通過處理導入的三維支撐模型獲取點陣數據的坐標信息，然后進一步將點陣數據的坐標信息轉換成驅動控制指令控制XY移動平臺移動至某一處位置后，控制該處的上下驅動模塊推動其對應的頂針上升至預定高度，完成后進行下一處位置的頂針推動控制，使不同頂針根據所需點陣數據的坐標信息上升至不同高度，直至所有頂針均達到預定高度后，頂針的頂部形成所需要的打印模型的支撐。

優選地，所述的頂桿驅動裝置還包括固定底板、板狀固定架和多個固定側板，多個固定側板并行設置，所述的板狀固定架依次穿過多個固定側板的下方，多個固定側板的底部并行固定在固定底板上，每一個固定側板上均勻設置多個上下驅動模塊，上下驅動模塊的底部固定在板狀固定架上。

優選地，所述的上下驅動模塊包括頂桿、絲桿、光桿、升降臺、支撐板及與控制模塊連接的Z軸驅動電機，所述的支撐板包括豎直板、設于豎直板頂部的第一水平板及設于豎直板底部的第二水平板，所述的豎直板固定在固定側板上，所述的Z軸驅動電機固定在板狀固定架上，所述的第二水平板固定在Z軸驅動電機的頂部，所述的絲桿與Z軸驅動電機相連，絲桿的頂端穿過升降平臺后固定在第一水平板上，光桿的底端固定在第二水平板上，光桿的頂端穿過升降平臺后固定在第一水平板上，頂桿固定在升降平臺上，其頂端穿過第一水平板，各個上下驅動模塊上的頂桿均勻對應相同數量的頂針。

優選地，所述的XY移動平臺包括用以驅動頂桿驅動裝置沿水平方向移動的X軸移動機構和Y軸移動機構，所述的X軸移動機構設于固定架的底部，所述的Y軸移動機構設于X軸移動機構上。