[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

摘要

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。

主权项

1.具有支撑材料成型功能的三维打印机的成型方法，三维打印机包括：打印头组件；打印平台，所述打印头组件可相对于所述打印平台沿三维方向独立地移动；控制器，分别与所述打印头组件和所述打印平台电连接；其特征在于，所述打印头组件包括熔融室，打印材料在所述熔融室内熔融后按照预定程序逐层沉积到所述打印平台上；第一动力单元，装载有发泡剂，所述第一动力单元把所述发泡剂供应至所述熔融室内与所述打印材料混合熔融；第三打印头内装载有粘结剂，第三打印头用于把粘结剂喷涂在支撑板上；三维打印机包括支撑板组件，支撑板组件具有连接在一起的移动机构和支撑板，移动机构带动支撑板相对于打印平台在三维方向上移动；支撑板的边缘部为柔性边缘部；柔性边缘部还设置有距离传感器；支撑板为圆形支撑板，圆形支撑板可以绕其圆心周向旋转；在圆形支撑板上划分出第一区域、第二区域、第三区域，其中，第一区域在打印第一个三维物体时作为承接支撑部的专用区域，第二区域作为打印第二个三维物体时承接支撑部的专用区域，第三区域在打印第三个三维物体时作为承接支撑部的专用区域；该成型方法包括下面的步骤：首先，执行预备步骤，保持三维打印机处于工作状态；然后，执行三维物体主体部的成型步骤，所述打印头组件把打印材料熔融后逐层沉积在所述打印平台上形成三维物体的主体部；接着，执行控制器判断步骤，当所述控制器判断出需要打印三维物体的支撑部的时候，启动第一动力单元工作；接着，执行支撑部打印步骤，所述第一动力单元工作，电机带动螺杆旋转后把发泡剂带入至所述熔融室内与所述打印材料混合熔融形成支撑材料，所述打印材料在加入发泡剂之后体积发生膨胀；所述打印头组件把混合熔融的所述支撑材料逐层沉积到所述打印平台上形成所述支撑部；接着，交替执行上述三维物体主体部的成型步骤、控制器判断步骤和支撑材料的打印步骤，直至完成整个三维物体的成型；所述支撑部打印步骤包括初期阶段、中期阶段和后期阶段，在所述初期阶段，所述发泡剂以第一流量的速率加入至所述熔融室内，在所述中期阶段，所述发泡剂以第二流量的速率加入至所述熔融室内，在所述后期阶段，所述发泡剂以第三流量的速率加入至所述熔融 室内；所述第一流量大于所述第二流量，所述第二流量大于所述第三流量，所述第三流量为零；在所述初期阶段形成的支撑材料的密度为第一密度，在所述中期阶段形成的支撑材料的密度为第二密度，在所述后期阶段形成的支撑材料的密度为第三密度；所述第一密度低于所述第二密度，所述第二密度低于所述第三密度，所述第三密度与所述三维物体的主体部密度相同；其中，在执行主体部的打印步骤，第一打印头把打印主体材料逐层沉积在打印平台上至打印平台上的第一高度，由此形成主体部，在执行该步骤的时候，支撑板距离打印平台的距离较远，或者说支撑板不在打印平台的投影区域内；接着，执行移动支撑板的步骤，控制器发出指令预备打印三维物体的支撑部，支撑板的边缘部的一部分移动并触碰至主体部，移动机构带动支撑板至打印平台上方的第二高度，支撑板首先以第一速率移动至靠近主体部的竖直部分的位置，柔性边缘部的传感器感应到距离主体部的距离小于设定距离后，控制器控制支撑板以第二速率缓慢靠近主体部，直到柔性边缘部触碰到支撑部后，支撑板则停止水平方向上的移动；当打印完成第一个三维物体时，圆形支撑板绕其圆心旋转一定角度后，使得第二个三维物体的悬空部的投影可以正好在第二区域内，第二区域是干净的表面，因此作为支撑部的打印；当完成第二个三维物体的打印后，圆形支撑板绕其圆心旋转一定角度后，使得第三个预备打印的三维物体的悬空部的投影正好在第三区域内，由于第三区域是干净的表面，因此可以作为第三个三维物体的支撑部的打印区域，第三区域内的支撑部的打印完成后，再完成第三个三维物体的悬空部的打印过程。