本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng)及上色方法。
背景技術(shù):
自3D打印技術(shù)問(wèn)世以來(lái),3D打印機(jī)便成為3D技術(shù)領(lǐng)域的前瞻性產(chǎn)品,并逐步成為一項(xiàng)新型的主流加工技術(shù)。3D打印機(jī)作為一種高科技設(shè)備,綜合應(yīng)用了CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、激光學(xué)、光化學(xué)及材料科學(xué)等諸多方面的科學(xué)與技術(shù),它使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)及醫(yī)療用品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研發(fā)者,能夠快捷方便地獲得三維實(shí)物模型,方便后期的設(shè)計(jì),因此,3D打印機(jī)具有廣闊的發(fā)展空間。
基于FDM(熔絲沉積成型)的3D打印機(jī),是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種耗材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、PLA、尼龍、柔性材料等)加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法,屬于3D打印機(jī)中的一種重要設(shè)備。
現(xiàn)有的基于FDM的3D打印機(jī)主要具有以下不足:
(1)基于FDM的3D打印機(jī)一般只能打印單顏色材料。因此,當(dāng)需要進(jìn)行多色打印時(shí),例如,當(dāng)需要選擇打印全彩色模型時(shí),必須增加噴頭數(shù)量,在打印過(guò)程中,需要人工遴選與模型顏色一致的原材料,在增加了人工勞動(dòng)量、降低打印速率的同時(shí),還具有模型成型表面精度不高,容易出現(xiàn)混色等品控問(wèn)題,從而影響用戶的打印體驗(yàn)。
(2)現(xiàn)有的制備彩色模型的另一種方法為:在噴頭旁加染料倉(cāng),在打印過(guò)程中,將色料通過(guò)染料倉(cāng)輸送到噴頭處與熔融耗材融合,以形成新著色的熔融耗材,然后,耗材通過(guò)層層堆積最后形成有色模型。但是,由于現(xiàn)有的基于FDM的打印機(jī)模型通常采用支撐方式進(jìn)行打印模型,模型打印完成后,需要一些后處理,比如去除支撐、打磨、拋光等,利用上述彩色模型打印方法時(shí),容易使制備到的有色模型形成顏色不均勻、色彩混雜等情況,從而降低了打印品質(zhì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明提供一種用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng)及上色方法,可有效解決上述問(wèn)題。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提供一種用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng),包括:主體支架(1)、工作臺(tái)單元(2)、壓電噴墨單元(3)、X向移動(dòng)導(dǎo)軌組件(4)、Z向移動(dòng)導(dǎo)軌組件(5)和總控制器;
所述主體支架(1)包括相互垂直設(shè)置的水平支座(1.1)和立柱(1.2);
所述工作臺(tái)單元(2)包括工作臺(tái)(2.1)、驅(qū)動(dòng)螺桿(2.2)、工作臺(tái)底座(2.3)以及工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4);所述工作臺(tái)底座(2.3)與所述水平支座(1.1)的一端一體成型設(shè)置;所述工作臺(tái)(2.1)置于所述工作臺(tái)底座(2.3)的上方;所述驅(qū)動(dòng)螺桿(2.2)的底部與所述工作臺(tái)底座(2.3)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,所述驅(qū)動(dòng)螺桿(2.2)的頂部與所述工作臺(tái)(2.1)固定連接;所述驅(qū)動(dòng)螺桿(2.2)還通過(guò)傳動(dòng)件與所述工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)連接,所述工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)螺桿(2.2)轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)所述工作臺(tái)(2.1)轉(zhuǎn)動(dòng);
所述Z向移動(dòng)導(dǎo)軌組件(5)包括Z軸伺服電機(jī)(5.1)以及Z軸導(dǎo)軌(5.2);所述Z軸導(dǎo)軌(5.2)固定于所述立柱(1.2)上;所述壓電噴墨單元(3)安裝于所述Z軸導(dǎo)軌(5.2)上,在所述Z軸伺服電機(jī)(5.1)的驅(qū)動(dòng)下,所述壓電噴墨單元(3)沿所述Z軸導(dǎo)軌(5.2)進(jìn)行Z向的升降運(yùn)動(dòng);
所述X向移動(dòng)導(dǎo)軌組件(4)包括X軸伺服電機(jī)(4.1)以及X軸導(dǎo)軌(4.2);所述X軸導(dǎo)軌(4.2)固定于所述水平支座(1.1)上;所述立柱(1.2)的底端安裝于所述X軸導(dǎo)軌(4.2)上,在所述X軸伺服電機(jī)(4.1)的驅(qū)動(dòng)下,所述立柱(1.2)沿所述X軸導(dǎo)軌(4.2)進(jìn)行X向的移動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)所述壓電噴墨單元(3)進(jìn)行X向的移動(dòng);
所述總控制器分別與所述壓電噴墨單元(3)、所述工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)、所述Z軸伺服電機(jī)(5.1)以及所述X軸伺服電機(jī)(4.1)電連接。
優(yōu)選的,所述壓電噴墨單元(3)包括墨水倉(cāng)(3.1)、墨水輸送管(3.2)以及噴頭組件(3.3);
所述墨水倉(cāng)(3.1)的內(nèi)部安裝有n個(gè)墨盒,n為自然數(shù);所述墨水倉(cāng)(3.1)的外部具有n個(gè)墨水輸出口;每個(gè)所述墨水輸出口均與對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述墨盒連通;
所述噴頭組件(3.3)包括外置噴頭(3.3.1)以及集束噴頭組件(3.3.2);所述集束噴頭組件(3.3.2)包括:集束噴頭基座(3.3.2.1),所述集束噴頭基座(3.3.2.1)的內(nèi)部形成有n個(gè)獨(dú)立的墨水腔(3.3.2.2);所述集束噴頭基座(3.3.2.1)的底部具有與各個(gè)所述墨水腔(3.3.2.2)分別連通的噴頭輸出口,各個(gè)所述噴頭輸出口均與所述外置噴頭(3.3.1)連通;
在所述集束噴頭基座(3.3.2.1)的頂部固定安裝有壓電陶瓷板(3.3.2.3),所述壓電陶瓷板(3.3.2.3)的表面固定有n個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)單元(3.3.2.4);每個(gè)所述壓電驅(qū)動(dòng)單元(3.3.2.4)的中心開(kāi)設(shè)有噴頭輸入口(3.3.2.5),每個(gè)所述噴頭輸入口(3.3.2.5)的一端通過(guò)獨(dú)立的一個(gè)墨水輸送管(3.2)與對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述墨水倉(cāng)(3.1)的墨水輸出口連通;每個(gè)所述噴頭輸入口(3.3.2.5)的另一端與對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述墨水腔(3.3.2.2)連通;
各個(gè)所述壓電驅(qū)動(dòng)單元(3.3.2.4)均連接到所述總控制器。
優(yōu)選的,所述墨水腔(3.3.2.2)按從噴頭輸入口(3.3.2.5)到噴頭輸出口的方向,其直徑逐漸變小,形成上粗下細(xì)結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的,所述外置噴頭(3.3.1)的直徑在0.05-0.1mm之間。
優(yōu)選的,所述外置噴頭(3.3.1)采用鋁合金材質(zhì)。
優(yōu)選的,所述噴頭組件(3.3)為可拆卸結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的,所述墨水倉(cāng)(3.1)為可拆卸結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的,所述墨水輸送管(3.2)采用PU軟管。
優(yōu)選的,所述主體支架(1)采用空腔結(jié)構(gòu),所述空腔用于穿過(guò)線纜;在所述主體支架(1)安裝有計(jì)算機(jī)接口(6)和電源接口(7);所述總控制器與所述計(jì)算機(jī)接口(6)連接;所述計(jì)算機(jī)接口(6)通過(guò)線纜分別與所述壓電噴墨單元(3)、所述工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)、所述Z軸伺服電機(jī)(5.1)以及所述X軸伺服電機(jī)(4.1)連接;
外部電源與所述電源接口(7)連接;所述電源接口(7)通過(guò)供電線纜分別與所述壓電噴墨單元(3)、所述工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)、所述Z軸伺服電機(jī)(5.1)以及所述X軸伺服電機(jī)(4.1)連接。
本發(fā)明還提供一種用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色方法,包括以下步驟:
步驟1,采用3D打印機(jī)打印得到未上色的3D打印模型;
步驟2,將未上色的所述3D打印模型固定于工作臺(tái)(2.1)的表面;其中,固定方式為:采用水溶性膠進(jìn)行粘合固定;
步驟3,總控制器接收模型顏色文件;然后,所述總控制器根據(jù)所述模型顏色文件,執(zhí)行以下控制過(guò)程:
當(dāng)所述總控制器需要對(duì)所述3D打印模型的某個(gè)特定位置A進(jìn)行上色時(shí),所述總控制器對(duì)工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)進(jìn)行控制,工作臺(tái)伺服電機(jī)(2.4)通過(guò)驅(qū)動(dòng)螺桿(2.2)帶動(dòng)工作臺(tái)(2.1)轉(zhuǎn)動(dòng)到特定的最佳上色位置;
同時(shí),所述總控制器根據(jù)3D打印模型的高度以及特定位置A,對(duì)X軸伺服電機(jī)(4.1)進(jìn)行控制,在X軸伺服電機(jī)(4.1)的驅(qū)動(dòng)下,立柱(1.2)沿X軸導(dǎo)軌(4.2)進(jìn)行X向的移動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)壓電噴墨單元(3)進(jìn)行X向的移動(dòng);同時(shí),所述總控制器根據(jù)3D打印模型的高度以及特定位置A,對(duì)Z軸伺服電機(jī)(5.1)進(jìn)行控制,在Z軸伺服電機(jī)(5.1)的驅(qū)動(dòng)下,壓電噴墨單元(3)沿Z軸導(dǎo)軌(5.2)進(jìn)行Z向的升降運(yùn)動(dòng);最終將壓電噴墨單元(3)移動(dòng)到與特定位置A對(duì)應(yīng)的最佳噴墨位置;
步驟4,所述總控制器根據(jù)特定位置A需要上色的顏色值,向與對(duì)應(yīng)顏色墨盒連接的壓電驅(qū)動(dòng)單元(3.3.2.4)發(fā)送噴墨指令,壓電驅(qū)動(dòng)單元(3.3.2.4)使壓電陶瓷板(3.3.2.3)的對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生形變,從而使對(duì)應(yīng)的墨水腔(3.3.2.2)的體積收縮,因此,對(duì)應(yīng)顏色墨盒內(nèi)的墨水通過(guò)墨水輸送管進(jìn)入對(duì)應(yīng)的墨水腔,最后通過(guò)外置噴頭噴射在3D打印模型的特定位置A的表面,實(shí)現(xiàn)對(duì)3D打印模型的特定位置進(jìn)行特定顏色的上色的結(jié)果。
本發(fā)明提供的用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng)及上色方法具有以下優(yōu)點(diǎn):具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、上色速率快以及上色精確的優(yōu)點(diǎn),可有效保證3D打印模型的上色品質(zhì),全面提高用戶的打印體驗(yàn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明提供的用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明提供的用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng)的后側(cè)示意圖;
圖3為本發(fā)明提供的集束噴頭組件的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為本發(fā)明提供的集束噴頭組件的側(cè)視圖;
圖5為圖4沿A-A的剖視圖;
圖6為本發(fā)明提供的集束噴頭組件的俯視圖;
圖7為圖6沿B-B的剖視圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的彩色模型打印存在色彩混雜、操作繁瑣等問(wèn)題,本發(fā)明提供一種用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便以及上色精確的優(yōu)點(diǎn)。
參考圖1-圖7,本發(fā)明提供的用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng),包括:主體支架1、工作臺(tái)單元2、壓電噴墨單元3、X向移動(dòng)導(dǎo)軌組件4、Z向移動(dòng)導(dǎo)軌組件5和總控制器。下面對(duì)各主要部件詳細(xì)介紹:
(一)主體支架
主體支架1為整個(gè)上色系統(tǒng)的承載結(jié)構(gòu),包括相互垂直設(shè)置的水平支座1.1和立柱1.2。
另外,主體支架1采用空腔結(jié)構(gòu),空腔用于穿過(guò)線纜;在主體支架1安裝有計(jì)算機(jī)接口6和電源接口7??偪刂破髋c計(jì)算機(jī)接口6連接;計(jì)算機(jī)接口6通過(guò)線纜分別與上色系統(tǒng)的控制部件連接,包括:壓電噴墨單元3、工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4、Z軸伺服電機(jī)5.1以及X軸伺服電機(jī)4.1。外部電源與電源接口7連接;電源接口7通過(guò)供電線纜分別與上色系統(tǒng)的用電部件供電,包括:壓電噴墨單元3、工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4、Z軸伺服電機(jī)5.1以及X軸伺服電機(jī)4.1。
(二)工作臺(tái)單元
工作臺(tái)單元2包括工作臺(tái)2.1、驅(qū)動(dòng)螺桿2.2、工作臺(tái)底座2.3以及工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4;工作臺(tái)底座2.3與水平支座1.1的一端一體成型設(shè)置;工作臺(tái)2.1置于工作臺(tái)底座2.3的上方,工作臺(tái)為玻璃材質(zhì),并可拆卸,方便清洗。驅(qū)動(dòng)螺桿2.2的底部與工作臺(tái)底座2.3可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,驅(qū)動(dòng)螺桿2.2的頂部與工作臺(tái)2.1固定連接;驅(qū)動(dòng)螺桿2.2還通過(guò)傳動(dòng)件與工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4連接,工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4對(duì)驅(qū)動(dòng)螺桿2.2進(jìn)行驅(qū)動(dòng),使其轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)工作臺(tái)2.1轉(zhuǎn)動(dòng)。
(三)Z向移動(dòng)導(dǎo)軌組件和X向移動(dòng)導(dǎo)軌組件
Z向移動(dòng)導(dǎo)軌組件5包括Z軸伺服電機(jī)5.1以及Z軸導(dǎo)軌5.2;Z軸導(dǎo)軌5.2固定于立柱1.2上;壓電噴墨單元3安裝于Z軸導(dǎo)軌5.2上,在Z軸伺服電機(jī)5.1的驅(qū)動(dòng)下,壓電噴墨單元3沿Z軸導(dǎo)軌5.2進(jìn)行Z向的升降運(yùn)動(dòng)。
X向移動(dòng)導(dǎo)軌組件4包括X軸伺服電機(jī)4.1以及X軸導(dǎo)軌4.2;X軸導(dǎo)軌4.2固定于水平支座1.1上;立柱1.2的底端安裝于X軸導(dǎo)軌4.2上,在X軸伺服電機(jī)4.1的驅(qū)動(dòng)下,立柱1.2沿X軸導(dǎo)軌4.2進(jìn)行X向的移動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)壓電噴墨單元3進(jìn)行X向的移動(dòng)。
(四)壓電噴墨單元
壓電噴墨單元3包括墨水倉(cāng)3.1、墨水輸送管3.2以及噴頭組件3.3;
墨水倉(cāng)3.1設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu),方便進(jìn)行更換墨盒以及清洗。墨水倉(cāng)的內(nèi)部安裝有n個(gè)墨盒,n個(gè)墨盒可裝有顏色各不相同的顏料,n為自然數(shù),具體數(shù)量根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)定;墨水倉(cāng)3.1的外部具有n個(gè)墨水輸出口;每個(gè)墨水輸出口均與對(duì)應(yīng)的一個(gè)墨盒連通;
噴頭組件3.3可設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu),方便進(jìn)行噴頭清洗;噴頭組件3.3包括外置噴頭3.3.1以及集束噴頭組件3.3.2;外置噴頭3.3.1可采用鋁合金材質(zhì),其直徑在0.05-0.1mm之間,
參考圖3-圖7,集束噴頭組件3.3.2包括:集束噴頭基座3.3.2.1,集束噴頭基座3.3.2.1的內(nèi)部形成有n個(gè)獨(dú)立的墨水腔3.3.2.2,墨水腔3.3.2.2按從噴頭輸入口3.3.2.5到噴頭輸出口的方向,其直徑逐漸變小,形成上粗下細(xì)結(jié)構(gòu)。集束噴頭基座3.3.2.1的底部具有與各個(gè)墨水腔3.3.2.2分別連通的噴頭輸出口,各個(gè)噴頭輸出口均與外置噴頭3.3.1連通。
在集束噴頭基座3.3.2.1的頂部固定安裝有壓電陶瓷板3.3.2.3,壓電陶瓷板3.3.2.3的表面固定有n個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)單元3.3.2.4;每個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)單元3.3.2.4的中心開(kāi)設(shè)有噴頭輸入口3.3.2.5,每個(gè)噴頭輸入口3.3.2.5的一端通過(guò)獨(dú)立的一個(gè)墨水輸送管3.2與對(duì)應(yīng)的一個(gè)墨水倉(cāng)3.1的墨水輸出口連通;其中,墨水輸送管采用PU軟管。每個(gè)噴頭輸入口3.3.2.5的另一端與對(duì)應(yīng)的一個(gè)墨水腔3.3.2.2連通。
(5)總控制器
總控制器分別與壓電噴墨單元3、工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4、Z軸伺服電機(jī)5.1以及X軸伺服電機(jī)4.1電連接。對(duì)于所述壓電噴墨單元,總控制器具體與壓電噴墨單元中的各個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)單元連接。
本發(fā)明還提供一種用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色方法,包括以下步驟:
步驟1,采用3D打印機(jī)打印得到未上色的3D打印模型;
步驟2,將未上色的3D打印模型固定于工作臺(tái)2.1的表面;其中,固定方式為:采用水溶性膠進(jìn)行粘合固定;
步驟3,總控制器接收模型顏色文件;然后,總控制器根據(jù)模型顏色文件,執(zhí)行以下控制過(guò)程:
當(dāng)總控制器需要對(duì)3D打印模型的某個(gè)特定位置A進(jìn)行上色時(shí),總控制器對(duì)工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4進(jìn)行控制,工作臺(tái)伺服電機(jī)2.4通過(guò)驅(qū)動(dòng)螺桿2.2帶動(dòng)工作臺(tái)2.1轉(zhuǎn)動(dòng)到特定的最佳上色位置;
同時(shí),總控制器根據(jù)3D打印模型的高度以及特定位置A,對(duì)X軸伺服電機(jī)4.1進(jìn)行控制,在X軸伺服電機(jī)4.1的驅(qū)動(dòng)下,立柱1.2沿X軸導(dǎo)軌4.2進(jìn)行X向的移動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)壓電噴墨單元3進(jìn)行X向的移動(dòng);同時(shí),總控制器根據(jù)3D打印模型的高度以及特定位置A,對(duì)Z軸伺服電機(jī)5.1進(jìn)行控制,在Z軸伺服電機(jī)5.1的驅(qū)動(dòng)下,壓電噴墨單元3沿Z軸導(dǎo)軌5.2進(jìn)行Z向的升降運(yùn)動(dòng);最終將壓電噴墨單元3移動(dòng)到與特定位置A對(duì)應(yīng)的最佳噴墨位置;
步驟4,總控制器根據(jù)特定位置A需要上色的顏色值,向與對(duì)應(yīng)顏色墨盒連接的壓電驅(qū)動(dòng)單元3.3.2.4發(fā)送噴墨指令,壓電驅(qū)動(dòng)單元3.3.2.4使壓電陶瓷板3.3.2.3的對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生形變,從而使對(duì)應(yīng)的墨水腔3.3.2.2的體積收縮,因此,對(duì)應(yīng)顏色墨盒內(nèi)的墨水通過(guò)墨水輸送管進(jìn)入對(duì)應(yīng)的墨水腔,最后通過(guò)外置噴頭噴射在3D打印模型的特定位置A的表面,實(shí)現(xiàn)對(duì)3D打印模型的特定位置進(jìn)行特定顏色的上色的結(jié)果。
由此可見(jiàn),本發(fā)明提供的用于3D打印模型后處理的自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng)及上色方法,具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理以及便于實(shí)施,克服了現(xiàn)有技術(shù)中彩色模型打印顏色不勻、色彩混雜、打印工序繁瑣復(fù)雜的問(wèn)題。
(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的陣列集束打印噴頭適用面廣,可用于各種常溫可塑性材料的上色,且價(jià)格低廉。
(3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的3D打印模型的后處理自動(dòng)噴墨上色系統(tǒng),可以在同樣的3D模型上完成不同的藝術(shù)創(chuàng)作。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。