[发明专利]具有支撑材料成型功能的三维打印机及其成型方法

说明书

本发明涉及一种具有支撑材料成型功能的三维打印机,其包括打印头组件、打印平台和控制器，打印头组件可相对于打印平台沿三维方向独立地移动；控制器分别与打印头组件和打印平台电连接；打印头组件包括熔融室，打印材料在熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到打印平台上；第一动力单元装载有发泡剂，第一动力单元把发泡剂供应至熔融室内与打印材料混合熔融。在打印支撑部的时候，把发泡剂加入到熔融室内，发泡剂与打印材料混合熔融后使得打印材料的体积发生膨胀，膨胀的熔融材料逐层沉积在打印平台上形成支撑部，支撑部的密度相应降低，使用的支撑材料的重量相应减少，从而实现降低成本的目的。

技术领域

本发明涉及一种三维打印机，具体涉及一种具有支撑材料成型功能的三维打印机及其成型方法。

背景技术

三维打印，也称增材制造或者积层造型，是利用数字模型加工出物理对象的过程，在加工过程中，通过逐层填加材料而建造打印对象。

三维快速成型的方法主要包括的类型为：立体平板印刷或光固化（Stereolithography,SLA)、分层实体制造（Laminated object manufacturing, LOM)、选择性激光熔化（Selective laser Melting, SLM)、熔融沉积成型（Fused depositionmodeling, FDM)。

目前，市面上FDM 类型的三维（3D）打印最为常见，这种类型的三维打印机的生产成本较低，且打印的操作较为便利，初学者容易掌握。其主要原理是将线状丝材如PLA （聚乳酸）等通过高温喷嘴熔融，然后利用后续线材的连续挤压，将熔融状的材料通过喷嘴出口挤出，然后熔融状材料层层堆积产生三维物体，例如在申请号为CN201410827191.9、CN201510054483.8 和CN201510313735.4 的中国发明专利申请文件中记载了FDM 类型的三维打印机及其工作原理。

然而，现有的三维打印机在打印悬空物体时存在很多问题，甚至无法打印悬空物体。例如，如图1所示，是现有的一种具有悬空部的三维物体，该三维物体包括主体部10和悬空部11，悬空部11由于下底面没有其它支撑，受限于重力因素，在三维打印中就无法实现该悬空部11的成型。当需要用三维打印机打印这种具有悬空部11的三维物体时。如图2所示，三维打印机一般首先打印出主体部10，然后，打印出支撑部12，这样才可以继续在支撑部12上打印出悬空部11。然而，这种打印方式需要消耗过多的支撑材料，这就会造成资源的浪费，特别是在打印大型物体时，例如打印桌子、建筑物模型或实物时，支撑材料的消耗量非常庞大，严重增加三维物体的制造成本。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种解决三维物体打印过程中支撑材料消耗过多的问题。

为了完成上述目的，本发明提供了一种具有支撑材料成型功能的三维打印机,其包括打印头组件、打印平台和控制器，打印头组件可相对于打印平台沿三维方向独立地移动；控制器分别与打印头组件和打印平台电连接；打印头组件包括熔融室，打印材料在熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到打印平台上；第一动力单元装载有发泡剂，第一动力单元把发泡剂供应至熔融室内与打印材料混合熔融。

由上述方案可见，在打印支撑部的时候，把发泡剂加入到熔融室内，发泡剂与打印材料混合熔融后使得打印材料的体积发生膨胀，膨胀的熔融材料逐层沉积在打印平台上形成支撑部，支撑部的密度相应降低，使用的支撑材料的重量相应减少，从而实现降低成本的目的。特别是针对大型物体，如人体、建筑物模型或实物的成型，支撑材料的成本节省非常显著。

一个优选的方案是，打印主体材料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料；第一动力单元包括腔体、螺旋送粉棍和电机，腔体内设置螺旋送粉棍，螺旋送粉棍用电机驱动，在电机的工作下带动螺旋送粉棍把发泡剂带入至熔融室内，电机与控制器电性连接。腔体的上游端设置一个加粉口。