[发明专利]高精度彩色三维打印机及其成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维打印机，具体涉及一种高精度彩色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 deposition modeling， 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。

三维打印机在打印彩色物体时一般是选用多个打印头，每一个打印头加载一种颜色的丝料，通过颜色的不断变换，最后打印形成彩色三维物体。然而，现有的这种彩色三维打印机形成的三维物体的硬度较为单一，三维物体不同位置的硬度基本无法变化，但用户则往往希望得到不同位置具有不同硬度的三维物体，这就给三维打印机更高功能的实现提出挑战。目前来看，尚无有效的解决方案可以利用单一的打印丝料完成不同硬度的三维物体的成型。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种打印的彩色三维物体在不同位置具有不同硬度的三维打印机。

为了完成上述目的，本发明提供了一种高精度彩色三维打印机，其包括打印头组件、打印平台，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；打印头组件具有多个打印头，每一个打印头内装载有一种颜色的打印丝料，打印头包括熔融室，打印丝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，装载有玻璃纤维，第一动力单元把玻璃纤维供应至熔融室内与打印丝料混合熔融；第二动力单元，装载有塑料软化剂，第二动力单元把塑料软化剂供应至熔融室内与打印丝料混合熔融。由上述方案可见，单一丝料根据具体的需要可以调节硬度，进而得到在不同位置具有不同硬度的彩色三维物体。

一个优选的方案是，打印丝料为PLA三维成型丝料或ABS三维成型丝料或PP三维成型丝料；第一动力单元包括第一腔体、第一螺旋送粉棍和第一电机，第一腔体内设置第一螺旋送粉棍，第一螺旋送粉棍用第一电机驱动，在第一电机的工作下带动第一螺旋送粉棍把玻璃纤维带入至熔融室内，第一电机与控制器电性连接；第二动力单元包括第二腔体、第二螺旋送粉棍和第二电机，第二腔体内设置第二螺旋送粉棍，第二螺旋送粉棍用第二电机驱动，在第二电机的工作下带动第二螺旋送粉棍把塑料软化剂带入至熔融室内，第二电机与控制器电性连接。由上述方案可见，第一螺旋送粉棍和第二螺旋送粉棍的转速易于调节，从而易于调节玻璃纤维或塑料软化剂的加入速率。腔体的上游端可以设置一个加粉口。

一个优选的方案是，三维打印机包括表面硬度传感器，表面硬度传感器用于检测在打印平台上形成的三维物体；表面硬度传感器与控制器电连接，控制器具有一个比较模块和存储模块，比较模块把表面硬度传感器检测到的硬度数据与存储模块内的硬度数据进行比较。由上述方案可见，相当于增加了一个反馈调节装置，经过多次反馈调节后，三维物体的第一部分、第二部分和第三部分的实际硬度会逐渐无限接近理论硬度。

一个优选的方案是，三维物体包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，第一部分的硬度与打印丝料的硬度相同，第二部分的硬度大于打印丝料的硬度，第三部分的硬度小于打印丝料的硬度；第一动力单元把玻璃纤维供应至熔融室内与打印丝料混合熔融后形成第二部分，第二动力单元把塑料软化剂供应至熔融室内与打印丝料混合熔融后形成第三部分。