專利名稱：彩色三維沙盤快速噴印機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自由成形系統(tǒng)，尤其涉及一種利用壓電式噴頭和鋪粉機(jī)構(gòu)組合而成的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)。
背景技術(shù)：
Wi^ S ￠) (Freeform Fabrication with Micro-droplet Jetting, FFMJ) ^ 基于加成制造法的一種新型成形方法，起源于20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的快速成形(Rapid Prototyping, RP)0快速成形能根據(jù)工件的CAD模型直接制作三維實(shí)體，而無需傳統(tǒng)的機(jī)床與工模具，因此曾經(jīng)被譽(yù)為制造領(lǐng)域的一場革命。但是由于它可以采用的原材料有較大的限制，致使多數(shù)快速成形件的性能與實(shí)際工件的要求有較大的差別。為克服上述弊端，近年來出現(xiàn)了微滴噴射自由成形，這種方法可采用的原材料幾乎不受限制，從而為新材料的應(yīng)用，特別是功能器件的制作創(chuàng)造了極為有利的條件。微噴自由成形利用精細(xì)噴頭噴射容積為微升至飛升的液滴(通常稱為墨滴)，此液滴沉積在基材上逐步形成二維或三維結(jié)構(gòu)。其中，壓電式噴頭是噴墨打印機(jī)上十分先進(jìn)而成熟的產(chǎn)品，其噴嘴直徑為微米級(jí)， 每個(gè)噴頭上的噴嘴數(shù)可達(dá)1000個(gè)以上，噴射液滴的自然分辨率可達(dá)到幾百dpi (每英寸長度上的液滴數(shù))以上，噴射頻率可達(dá)幾十KHz，因此，只需將噴墨打印機(jī)通常用的墨水變更為自由成形所需的特殊“墨水”(例如陶瓷墨水、金屬墨水、聚合物墨水、細(xì)胞液等)，就能實(shí)現(xiàn)二維或三維的自由成形，高效率地制作精細(xì)的功能機(jī)電器件、功能陶瓷器件、功能梯度材料構(gòu)件和功能生物醫(yī)學(xué)器件等。有鑒于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員針對(duì)上述問題，提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機(jī)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的困難，可高效制作彩色結(jié)構(gòu)件。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，用于向工作臺(tái)鋪設(shè)一定厚度的粉料的鋪粉機(jī)構(gòu)；用于向工作臺(tái)上已鋪設(shè)的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結(jié)劑或噴射彩色紫外線固化墨水的高速噴印裝置；用于固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結(jié)構(gòu)的紫外線燈固化機(jī)構(gòu)；用于驅(qū)動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)、高速噴印裝置和紫外線燈機(jī)構(gòu)，使之完成鋪粉、著色、固化功能的三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)；所述高速噴印裝置包括若干個(gè)單色噴印裝置組成的噴頭陣列，設(shè)置在所述三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)上方；所述鋪粉機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在所述高速噴印裝置兩側(cè)的左鋪粉輥、左送粉缸以及右鋪粉輥、右送粉缸；所述紫外線燈固化機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在所述高速噴印裝置兩側(cè)與所述鋪粉機(jī)構(gòu)之間的左紫外燈和右紫外燈；所述左鋪粉輥、右鋪粉輥、左紫外燈以及右紫外燈均沿垂直所述噴頭陣列的方向移動(dòng)。優(yōu)選地，所述單色噴印裝置包括恒溫超聲波震蕩墨瓶、供墨泵、恒液位墨盒、氣壓平衡裝置、噴頭、以及管道；所述恒溫超聲波震蕩墨瓶通過管道依次連接所述供墨泵、恒液位墨盒以及氣壓平衡裝置，所述恒液位墨盒以及所述恒溫超聲波震蕩墨瓶分別連接所述噴頭。優(yōu)選地，所述單色噴印裝置還包括高精度過濾器，設(shè)置在所述供墨泵與所述恒液位墨盒之間的管道上。優(yōu)選地，所述單色噴印裝置還包括噴頭自動(dòng)清洗專用回路，設(shè)置在所述恒溫超聲波震蕩墨瓶與所述噴頭之間的管道上。優(yōu)選地，所述單色噴印裝置還包括液位傳感器，設(shè)置在所述恒液位墨盒內(nèi)。優(yōu)選地，所述鋪粉機(jī)構(gòu)的左送粉缸以及右送粉缸中分別設(shè)有攪拌裝置。優(yōu)選地，所述單色噴印裝置是壓電式噴頭。優(yōu)選地，所述高速噴印裝置的噴頭陣列與三軸工作臺(tái)中的水平二軸傳動(dòng)連接。本實(shí)用新型的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)的各機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及功能如下鋪粉機(jī)構(gòu)，用于向工作臺(tái)鋪設(shè)一定厚度的粉料；高速噴印裝置，用于向工作臺(tái)上已鋪設(shè)的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結(jié)劑或噴射彩色紫外線固化墨水；紫外線燈固化機(jī)構(gòu)，用于固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結(jié)構(gòu)；可升降工作臺(tái)，用于驅(qū)動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)、壓電式彩色噴頭陣列和紫外線燈機(jī)構(gòu)，使之完成鋪粉、著色、固化功能；自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于對(duì)鋪粉機(jī)構(gòu)、噴印系統(tǒng)、紫外固化機(jī)構(gòu)、可升降工作臺(tái)實(shí)施全自動(dòng)精確控制。鋪粉機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括鋪粉輥，由減速電機(jī)、粉斗、攪拌器、定量器、刮粉輥、高度調(diào)節(jié)器和清除器等組成；送粉缸，由鏈輪、鏈條、角板、斜導(dǎo)板和儲(chǔ)粉盒等組成；高速噴印裝置，進(jìn)一步包括彩色噴頭陣列，由若干工業(yè)壓電式噴頭排列而成的噴頭陣列固定在噴印機(jī)的橫掃描運(yùn)動(dòng)軸上；供墨系統(tǒng)，進(jìn)一步包括恒溫超聲波震蕩墨瓶，用于存儲(chǔ)和加熱墨水，并使其定期震蕩，避免墨水中的顆粒物質(zhì)沉降、團(tuán)聚；供墨泵，用于抽取墨瓶中的墨水并將其輸送至墨盒；高精度過濾器，用于過濾墨水中的較大顆粒和雜質(zhì)；恒液位墨盒，用于存儲(chǔ)定量的墨水，并使其中的墨水液面相對(duì)噴嘴的高度保持恒定，不斷供應(yīng)噴頭所需墨水；噴頭專用清洗回路，通過供墨泵和控制閥的作用，排除供墨管和噴頭中殘存的雜質(zhì)和氣泡；紫外線燈固化機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電源，用于驅(qū)動(dòng)紫外燈發(fā)射一定頻譜范圍的紫外光線；紫外燈管，用于產(chǎn)生一定頻譜范圍的紫外光線；可升降工作臺(tái)，進(jìn)一步包括可升降工作臺(tái)面，能在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，沿Z向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于支撐正在逐層成形的三維結(jié)構(gòu)件，并在每層成形完畢后，按照設(shè)定的層厚下降一層的高度；V軸，彩色噴頭陣列在高速噴印裝置的驅(qū)動(dòng)下能沿V軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，按照結(jié)構(gòu)件每層圖形輪廓的要求，向下方鋪設(shè)的粉層及噴射墨水、粘結(jié)劑或紫外線固化彩色墨水。自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于對(duì)鋪粉機(jī)構(gòu)、高速噴印裝置、紫外固化機(jī)構(gòu)、三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)實(shí)施全自動(dòng)精確控制。由于采用了上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同粉料材料三維成形和真彩著色功能，制作精細(xì)三維彩色結(jié)構(gòu)件。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型一次性完成三維成形，彩色著色，以及固化等功能，大幅縮短該類三維產(chǎn)品的制作周期和制作質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。

圖1是本實(shí)用新型的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)的實(shí)施例原理圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的高速噴印裝置的供墨系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施方式
下面通過圖1至2來介紹本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。如圖1和2所示，本實(shí)用新型提供了一種彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，包括用于向工作臺(tái)鋪設(shè)一定厚度的粉料的鋪粉機(jī)構(gòu)101 ；用于向工作臺(tái)上已鋪設(shè)的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結(jié)劑或噴射彩色紫外線固化墨水的高速噴印裝置102 ；用于固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結(jié)構(gòu)的紫外線燈固化機(jī)構(gòu)103 ；用于驅(qū)動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)、高速噴印裝置和紫外線燈機(jī)構(gòu)，使之完成鋪粉、著色、固化功能的三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)111以及自動(dòng)控制系統(tǒng)；所述高速噴印裝置102包括若干個(gè)單色噴印裝置200組成的噴頭陣列108，設(shè)置在所述三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)111上方；所述鋪粉機(jī)構(gòu)101包括分別設(shè)置在所述高速噴印裝置102 兩側(cè)的左鋪粉輥106、左送粉缸105以及右鋪粉輥107、右送粉缸104 ；所述紫外線燈固化機(jī)構(gòu)103包括分別設(shè)置在所述高速噴印裝置102兩側(cè)與所述鋪粉機(jī)構(gòu)101之間的左紫外燈 109和右紫外燈110 ；所述左鋪粉輥106、右鋪粉輥107、左紫外燈109以及右紫外燈110均沿垂直所述噴頭陣列108的方向移動(dòng)。所述單色噴印裝置200包括恒溫超聲波震蕩墨瓶201、供墨泵202、恒液位墨盒 204、氣壓平衡裝置205、噴頭206、以及管道208 ；所述恒溫超聲波震蕩墨瓶201通過管道 208依次連接所述供墨泵202、恒液位墨盒204以及氣壓平衡裝置205，所述恒液位墨盒204以及所述恒溫超聲波震蕩墨瓶201分別連接所述噴頭206。所述單色噴印裝置200還包括高精度過濾器203，設(shè)置在所述供墨泵202與所述恒液位墨盒204之間的管道上。所述單色噴印裝置200還包括噴頭自動(dòng)清洗專用回路207，設(shè)置在所述恒溫超聲波震蕩墨瓶201與所述噴頭206之間的管道上。所述單色噴印裝置200 還包括液位傳感器209，設(shè)置在所述恒液位墨盒204內(nèi)。所述鋪粉機(jī)構(gòu)101的左送粉缸105 以及右送粉缸104中分別設(shè)有攪拌裝置。所述單色噴印裝置200是壓電式噴頭。所述高速噴印裝置102的噴頭陣列108與三軸工作臺(tái)中的水平二軸傳動(dòng)連接。本實(shí)用新型的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)的具體實(shí)施方式
如下圖1顯示了本實(shí)用新型的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)的實(shí)施例原理圖，本實(shí)施例的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)包括鋪粉機(jī)構(gòu)101、高速噴印裝置102、紫外線燈固化機(jī)構(gòu)103、 可升降工作臺(tái)111、自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中鋪粉機(jī)構(gòu)101由左鋪粉輥106、右鋪粉輥107、左送粉缸105、右送粉缸104等組成。紫外線燈固化機(jī)構(gòu)103由左紫外燈109、右紫外燈110等組成。鋪粉機(jī)構(gòu)101驅(qū)動(dòng)左鋪粉輥106延V軸112將粉料自左到右鋪設(shè)到可升降工作臺(tái)111 上，同時(shí)左紫外燈109、右紫外燈110、噴頭陣列108、右鋪粉輥107自左向右隨動(dòng)。鋪粉結(jié)束后，噴頭陣列108向已鋪設(shè)的粉料按自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求，自右向左噴印彩色紫外固化墨水，同時(shí)右紫外燈跟隨其后進(jìn)行即時(shí)固化，完成一層切片圖形的噴印和固化。而右鋪粉輥107緊隨其后完成后續(xù)疊加層的粉料鋪設(shè)，繼而開始后續(xù)疊加層噴印。左鋪粉輥106、右鋪粉輥107內(nèi)的粉料分別由左鋪粉輥106、右鋪粉輥107即時(shí)供給。本實(shí)用新型的實(shí)施例中，高速噴印裝置102 (參見圖2)由多個(gè)單色噴印裝置200 組成，其中單色噴印裝置200由恒溫超聲波震蕩墨瓶201、供墨泵202、高精度過濾器203、恒液位墨盒204、氣壓平衡裝置205、噴頭206和噴頭自動(dòng)清洗專用回路207等組成。其中，恒溫超聲波震蕩墨瓶301確保在惡劣環(huán)境下(冬季或夏季)墨水黏度符合噴頭噴射要求，避免墨水中顆粒沉積和團(tuán)聚。供墨泵202通過管道208抽取墨瓶201中的墨水，并將墨水輸送至恒液位墨盒204。高精度過濾器203能阻擋墨水中的較大顆粒物質(zhì)進(jìn)入墨盒204和噴頭 206，避免噴頭206中發(fā)生堵塞。墨盒204中設(shè)有液位傳感器209，當(dāng)墨盒204的液面210低于設(shè)定高度時(shí)，控制系統(tǒng)使供墨泵202不斷運(yùn)轉(zhuǎn)并向墨盒204供墨；當(dāng)墨盒204的液面210 高于設(shè)定高度時(shí)，控制系統(tǒng)使供墨泵202停止運(yùn)轉(zhuǎn)、不向墨盒204供墨，從而能使墨盒204 中的液面210保持恒定的高度，即施加噴射系統(tǒng)的供墨壓力穩(wěn)定。保證噴印正常進(jìn)行。綜上可知，本實(shí)用新型的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同粉料材料三維成形和真彩著色功能，制作精細(xì)三維彩色結(jié)構(gòu)件。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型一次性完成三維成形，彩色著色，以及固化等功能，大幅縮短該類三維產(chǎn)品的制作周期和制作質(zhì)量。以上所述的實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，不能僅以本實(shí)施例來限定本實(shí)用新型的專利范圍，即凡依本實(shí)用新型所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本實(shí)用新型的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于包括用于向工作臺(tái)鋪設(shè)一定厚度的粉料的鋪粉機(jī)構(gòu)(101)；用于向工作臺(tái)上已鋪設(shè)的粉料按一定圖案形狀和色彩噴射彩色墨水、粘結(jié)劑或噴射彩色紫外線固化墨水的高速噴印裝置(102)；用于固化已完成鋪粉和墨水噴印的成形結(jié)構(gòu)的紫外線燈固化機(jī)構(gòu)(103)； 用于驅(qū)動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)、高速噴印裝置和紫外線燈機(jī)構(gòu)，使之完成鋪粉、著色、固化功能的三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(111)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)；所述高速噴印裝置(102)包括若干個(gè)單色噴印裝置(200)組成的噴頭陣列(108)，設(shè)置在所述三軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(111)上方；所述鋪粉機(jī)構(gòu)(101)包括分別設(shè)置在所述高速噴印裝置(102)兩側(cè)的左鋪粉輥(106)、 左送粉缸(105)以及右鋪粉輥(107)、右送粉缸(104)；所述紫外線燈固化機(jī)構(gòu)(103)包括分別設(shè)置在所述高速噴印裝置(102)兩側(cè)與所述鋪粉機(jī)構(gòu)(101)之間的左紫外燈(109)和右紫外燈(110)；所述左鋪粉輥(106)、右鋪粉輥(107)、左紫外燈(109)以及右紫外燈(110)均沿垂直所述噴頭陣列(108)的方向移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述單色噴印裝置(200)包括恒溫超聲波震蕩墨瓶(201)、供墨泵(202)、恒液位墨盒(204)、氣壓平衡裝置 (205)、噴頭(206)、以及管道(208)；所述恒溫超聲波震蕩墨瓶(201)通過管道(208)依次連接所述供墨泵(202)、恒液位墨盒(204)以及氣壓平衡裝置(205)，所述恒液位墨盒(204)以及所述恒溫超聲波震蕩墨瓶(201)分別連接所述噴頭(206)。
3.如權(quán)利要求2所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述單色噴印裝置 (200)還包括高精度過濾器(203)，設(shè)置在所述供墨泵(202)與所述恒液位墨盒(204)之間的管道上。
4.如權(quán)利要求2所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述單色噴印裝置 (200 )還包括噴頭自動(dòng)清洗專用回路(207 )，設(shè)置在所述恒溫超聲波震蕩墨瓶(201)與所述噴頭(206)之間的管道上。
5.如權(quán)利要求2所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述單色噴印裝置 (200)還包括液位傳感器(209)，設(shè)置在所述恒液位墨盒(204)內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述鋪粉機(jī)構(gòu)(101)的左送粉缸(105)以及右送粉缸(104)中分別設(shè)有攪拌裝置。
7.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述單色噴印裝置(200)是壓電式噴頭。
8.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，其特征在于所述高速噴印裝置(102)的噴頭陣列(108)與三軸工作臺(tái)中的水平二軸傳動(dòng)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用壓電式噴頭和鋪粉機(jī)構(gòu)組合而成的彩色三維沙盤快速噴印機(jī)，實(shí)現(xiàn)不同粉料材料三維成形和真彩著色功能，制作精細(xì)三維彩色結(jié)構(gòu)件。其技術(shù)方案為在三軸工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)下，鋪粉機(jī)構(gòu)鋪設(shè)一定層高的粉料，高速噴印裝置按指定圖案掃描噴射彩色墨水、粘結(jié)劑或紫外線固化彩色墨水，由固化爐或紫外燈固化粉料，逐步成形三維彩色結(jié)構(gòu)件。
文檔編號(hào)B41J3/00GK201960834SQ20102062238
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者文成, 李寶, 牧青, 王宣, 王運(yùn)贛, 繆育博, 黃哲赟 申請(qǐng)人:上海富奇凡機(jī)電科技有限公司, 江蘇銳畢利實(shí)業(yè)有限公司