АППАРАТ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ И СПОСОБ 3D-ПЕЧАТИ
APPARATUS FOR 3D PRINTING AND METHOD FOR 3D PRINTING

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно заявке на патент КНР № CN201910255297.9, поданной в Китайское патентное ведомство 1-го апреля 2019 г, под заголовком «Аппарат для 3D-печати и способ 3D-печати», содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области техники 3D-печати, и в частности к аппарату для 3D-печати и способу 3D-печати.
Предпосылки создания изобретения
3D-печать является технологией быстрого изготовления прототипа, которая представляет собой технологию создания объекта на основании цифрового файла модели с использованием материалов, обладающих способностью к склеиванию, таких как порошковый металл или пластмасса, путем послойной печати.
В предшествующем уровне техники предоставлен аппарат для 3D-печати, выполняющий процесс печати. В частности, слой порошка сначала равномерно распределяется на платформе, а печатающая головка сканирует и наносит распылением жидкий материал на отдельном участке, чтобы порошок в распыляемой части склеивался вместе. На данном этапе платформа опускается на расстояние, равное толщине определенного слоя. Описанные выше этапы повторяются, пока операции по распределению порошка и печати не будут завершены для всех слоев. Существующие аппараты порошковой 3D-печати, основанные на упомянутой выше технологии, обычно характеризуются тем, что распределение порошка и печать выполняются последовательно на разных этапах, что подразумевает время ожидания, так что для распределения порошка и печати поверх одного слоя требуется больше времени. В результате эффективность печати аппаратов значительно ограничена. В случае необходимости эффективность можно улучшить только такими способами, как увеличение площади печати, повышение скорости распределения порошка и печати и увеличение ширины печатающей головки. Однако в указанных выше способах увеличение площади печати приведет к увеличению сложности производства всего аппарата или даже сделает его недоступным. Скорость распределения порошка и печати вряд ли можно повысить после того, как она достигла определенных значений. Увеличение ширины печатающей головки приведет к существенному увеличению затрат на производство и обслуживание аппарата и к повышению трудности управления. Указанные выше способы позволяют всего лишь немного улучшить эффективность печати аппарата и не являются достаточными для удовлетворения требований к промышленному широкому применению технологий порошковой 3D-печати.
Информация, раскрываемая в разделе «Предпосылки создания изобретения», предназначена только для того, чтобы облегчить понимание общих предпосылок создания настоящего изобретения и не должна считаться как допускающая или подразумевающая в любой форме, что в информация составляет уровень техники, хорошо известный специалистам в данной области.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Задачей настоящего изобретения является предоставление аппарата для 3D-печати и способа 3D-печати для устранения технической проблемы в известном уровне техники, заключающейся в том, что эффективность печати аппаратов для 3D-печати значительно ограничена продолжительным периодом времени, который требуется для распределения порошка и последующей печати поверх отдельного слоя, поскольку распределение порошка и печать выполняются последовательно на разных этапах, что подразумевает время ожидания.
В первом аспекте в настоящем изобретении предлагается аппарат для 3D-печати, содержащий корпус, в котором образована рабочая зона,
при этом устройство для распределения порошка, печатающее устройство и перемещающее устройство расположены в рабочей зоне; и
устройство для распределения порошка и печатающее устройство одновременно приводятся в движение перемещающим устройством для перемещения в шахматном порядке по разным траекториям движения, чтобы распределение порошка устройством для распределения порошка и печать печатающим устройством выполнялись одновременно.
Кроме того, перемещающее устройство содержит направляющий механизм, приводной механизм и датчик обнаружения,
при этом приводной механизм находится в трансмиссионном соединении с направляющим механизмом, а датчик обнаружения расположен на направляющем механизме и выполнен с возможностью обнаружения положений устройства для распределения порошка и печатающего устройства; и
как печатающее устройство, так и устройство для распределения порошка расположены на направляющем механизме.
Кроме того, аппарат для 3D-печати дополнительно содержит платформу построения,
при этом устройство для распределения порошка имеет длину, большую чем или равную ширине платформы построения; и
приводной механизм приводит в движение направляющий механизм для перемещения на платформе построения.
Кроме того, направляющий механизм содержит первую направляющую раму и вторую направляющую раму,
при этом устройство для распределения порошка установлено на первой направляющей раме; печатающее устройство установлено на второй направляющей раме; и
как первая направляющая рама, так и вторая направляющая рама совершают возвратно-поступательное движение в первом направлении.
При этом устройство для распределения порошка совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы построения вместе с первой направляющей рамой; и
печатающее устройство совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы построения вместе со второй направляющей рамой и может совершать возвратно-поступательное движение также во втором направлении, перпендикулярном первому направлению,
при этом смещение перемещения печатающего устройства во втором направлении больше, чем длина устройства для распределения порошка.
Кроме того, устройство для распределения порошка совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы построения вместе с первой направляющей рамой и может совершать возвратно-поступательное движение также в третьем направлении; и
печатающее устройство совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы построения вместе со второй направляющей рамой и может совершать возвратно-поступательное движение во втором направлении и в третьем направлении соответственно, при этом первое направление, второе направление и третье направление являются перпендикулярными друг другу,
при этом смещение перемещения печатающего устройства во втором направлении больше, чем длина устройства для распределения порошка, или расстояние перемещения печатающего устройства в третьем направлении больше, чем высота положения устройства для распределения порошка.
Кроме того, платформа построения содержит прямоугольный шкаф; и
прямоугольный шкаф имеет плиту днища, способную к перемещению вверх и вниз в третьем направлении.
Кроме того, платформа построения содержит плоскую плиту.
Кроме того, аппарат для 3D-печати содержит устройство с жидким материалом, выполненное с возможностью подачи жидкого материала для печати, при этом устройство с жидким материалом расположено внутри корпуса, или устройство с жидким материалом расположено независимо от корпуса.
Кроме того, аппарат для 3D-печати дополнительно содержит систему обработки порошка, выполненную с возможностью подачи порошка в устройство для распределения порошка; и
система обработки порошка расположена независимо от корпуса.
Кроме того, аппарат для 3D-печати дополнительно содержит транспортное устройство; и
транспортное устройство перемещает платформу построения в рабочую зону или из нее посредством передаточного компонента.
Во втором аспекте в настоящем изобретении предлагается способ 3D-печати, в котором 3D-печать выполняют путем использования любого из аппаратов для 3D-печати, описанных в соответствии с первым аспектом. Способ включает следующие этапы:
обеспечение начала нанесения распылением печатающим устройством первого прохода связующего вещества поверх слоя порошка в направлении, перпендикулярном направлению распределения порошка, когда устройство для распределения порошка распределило порошок за один ход, равный ширине печатающего устройства;
обеспечение непрерывного выполнения устройством для распределения порошка операции по распределению порошка во время нанесения распылением печатающим устройством связующего вещества и обеспечение перемещения печатающего устройства в направлении распределения порошка за один ход, равный ширине печатающего устройства, и затем нанесения распылением им второго прохода связующего вещества в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества, когда устройство для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства; и
повторение таких операций до завершения устройством для распределения порошка и печатающим устройством операций по распределению порошка и печати поверх всего первого слоя.
Аппарат для 3D-печати и способ 3D-печати в соответствии с настоящим изобретением обладают по меньшей мере следующими полезными эффектами.
Аппарат для 3D-печати согласно настоящему изобретению содержит корпус, в котором образована рабочая зона, при этом устройство для распределения порошка, печатающее устройство и перемещающее устройство расположены в рабочей зоне. Устройство для распределения порошка и печатающее устройство одновременно приводятся в движение перемещающим устройством для перемещения в шахматном порядке по разным траекториям движения, чтобы распределение порошка устройством для распределения порошка и печать печатающим устройством выполнялись одновременно.
Объект 3D-печати может создаваться путем послойной укладки за счет равномерного распределения слоя порошкообразного материала при нанесении распылением слоя связующего вещества. Аппарат для 3D-печати согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность одновременной работы по меньшей мере одной группы устройств для распределения порошка и по меньшей мере одной группы печатающих устройств. Более того, устройство для распределения порошка и печатающее устройство в одной и той же группе могут работать одновременно. Таким образом, эффективно устраняется время ожидания во время работы, и обеспечиваются непрерывное распределение порошка и печать, тем самым значительно улучшая эффективность печати и снижая затраты на печать. Это гарантирует упрощение промышленного использования порошковой 3D-печати в различных областях.
С одной стороны, операции по распределению порошка и печати могут выполняться одновременно без затрат времени ожидания, благодаря чему может быть значительно улучшена эффективность печати. С другой стороны, обеспечивается возможность одновременного выполнения несколькими устройствами для распределения порошка и несколькими печатающими устройствами операций по печати на разных платформах построения в рабочей зоне, и могут быть персонализированы согласно потребности модель, подлежащая печати на каждой платформе построения, и компоновка каждой платформы построения.
В способе 3D-печати согласно настоящему изобретению 3D-печать выполняют путем использования любых из аппаратов для 3D-печати, описанных в соответствии с первым аспектом. Способ включает следующие этапы: обеспечение начала нанесения распылением печатающим устройством первого прохода связующего вещества поверх слоя порошка в направлении, перпендикулярном направлению распределения порошка, когда устройство для распределения порошка распределило порошок за один ход, равный ширине печатающего устройства; обеспечение непрерывного выполнения устройством для распределения порошка операции по распределению порошка во время нанесения распылением печатающим устройством связующего вещества и обеспечение перемещения печатающего устройства в направлении распределения порошка за один ход, равный ширине печатающего устройства, и затем нанесения распылением им второго прохода связующего вещества в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества, когда устройство для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства; и повторение таких операций до завершения устройством для распределения порошка и печатающим устройством операций по распределению порошка и печати поверх всего первого слоя.
Посредством беспрерывной координированной работы устройства для распределения порошка и печатающего устройства достигается более гибкая работа и значительно улучшается эффективность печати.
Краткое описание графических материалов
Для более ясной иллюстрации технических решений конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения или известного уровня техники ниже будут кратко описаны графические материалы, необходимые для использования при описании конкретных вариантов осуществления или известного уровня техники. Очевидно, что в графических материалах в нижеследующем описании проиллюстрированы некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что другие графические материалы также можно получить из этих графических материалов без каких-либо изобретательских усилий.
На фиг. 1 представлено общее структурное представление аппарата для 3D-печати согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлено схематическое перспективное структурное представление системы обработки порошка согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 представлено схематическое перспективное структурное представление устройства с жидким материалом согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 представлено схематическое перспективное структурное представление перемещающего устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 представлено схематическое структурное представление варианта осуществления устройства для распределения порошка и печатающего устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 6 представлено схематическое структурное представление другого варианта осуществления устройства для распределения порошка и печатающего устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Номера позиций: 100-корпус; 200-устройство для распределения порошка; 300-печатающее устройство; 400-перемещающее устройство; 410-направляющий механизм; 411-первая направляющая рама; 412-вторая направляющая рама; 420-приводной механизм; 430-датчик обнаружения; 500-платформа построения; 600-устройство с жидким материалом; 610-бак с жидким материалом; 620-насос жидкого материала; 630-фильтрующий элемент; 640-трубопровод; 650-регулирующий клапан; 700-система обработки порошка; 710-устройство подачи порошка; 720-устройство смешивания порошка; 730-устройство транспортировки порошка; 740-дозировочное устройство; 750-вибрационный питатель; 800-транспортное устройство.
Подробное описание вариантов осуществления
Ниже приводится ясное и полное описание технических решений настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые графические материалы. Очевидно, что варианты осуществления, подлежащие описанию, представляют собой некоторые, но не все варианты осуществления настоящего изобретения. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники с учетом вариантов осуществления настоящего изобретения без каких-либо изобретательских усилий, входят в объем настоящего заявляемого изобретения.
В описании настоящего изобретения следует отметить, что такие термины, как «центр», «вверх», «вниз», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «внутри» и «снаружи», указывают на ориентационное отношение или взаимное расположение, показываемые на основании фигур; и эти термины предназначены только для облегчения описания настоящего изобретения и упрощают описание, но не предназначены для того, чтобы указывать или подразумевать, что указанные устройства или элементы должны иметь конкретную ориентацию или должны быть созданы или работать в конкретной ориентации, и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. Кроме того, термины «первый», «второй» и «третий» используются только в целях описания и не должны пониматься как указывающие или подразумевающие относительную важность.
В описании настоящего изобретения следует заметить, что термины «устанавливать», «связывать» и «соединять» следует понимать широко, если явным образом не указано или определено иное. Например, соединение может быть неподвижным соединением, или разъемным соединением, или неразъемным соединением, может быть механическим соединением или электрическим соединением, или может быть прямой связью или непрямой связью посредством промежуточной среды или внутреннего сообщения между двумя элементами. Конкретные значения вышеупомянутых терминов в настоящем изобретении могут быть понятны специалистам в данной области техники в зависимости от конкретной ситуации.
Ниже приводится подробное описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые графические материалы. Следует понимать, что описываемые в данном документе конкретные варианты осуществления предназначены только для иллюстрации и объяснения настоящего изобретения, а не предназначены для ограничения настоящего изобретения.
Если обратиться к фиг. 1–6, ниже приводится подробное описание аппарата для 3D-печати и способа 3D-печати в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
В первом аспекте в варианте осуществления настоящего изобретения предлагается аппарат для 3D-печати, содержащий корпус 100, в котором образована рабочая зона,
при этом устройство 200 для распределения порошка, печатающее устройство 300 и перемещающее устройство 400 расположены в рабочей зоне.
Устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 одновременно приводятся в движение перемещающим устройством 400 для перемещения в шахматном порядке по разным траекториям движения, чтобы распределение порошка устройством 200 для распределения порошка и печать печатающим устройством 300 выполнялись одновременно.
Если обратиться к фиг. 1, объект 3D-печати может быть создан путем послойной укладки за счет распределения равномерного слоя порошкообразного материала при нанесении распылением слоя связующего вещества. Аппарат для 3D-печати согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность одновременной работы по меньшей мере одного устройства 200 для распределения порошка и по меньшей мере одной группы печатающих устройств 300. Более того, устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 в одной и той же группе могут работать одновременно. Таким образом, эффективно устраняется время ожидания во время работы, и обеспечиваются непрерывное распределение порошка и печать, тем самым значительно улучшая эффективность печати и снижая затраты на печать. Это гарантирует упрощение промышленного использования порошковой 3D-печати в различных областях.
С одной стороны, операции по распределению порошка и печати могут выполняться одновременно без затрат времени ожидания, благодаря чему может быть значительно улучшена эффективность печати. С другой стороны, обеспечивается возможность одновременного выполнения несколькими устройствами 200 для распределения порошка и несколькими печатающими устройствами 300 операций по печати на разных платформах 500 построения в рабочей зоне, и могут быть персонализированы согласно потребности модель, подлежащая печати на каждой платформе 500 построения, и компоновка каждой платформы 500 построения.
Если обратиться к фиг. 4, перемещающее устройство 400 содержит направляющий механизм 410, приводной механизм 420 и датчик 430 обнаружения.
Приводной механизм 420 находится в трансмиссионном соединении с направляющим механизмом 410. Датчик 430 обнаружения расположен на направляющем механизме 410 и выполнен с возможностью обнаружения положений устройства 200 для распределения порошка и печатающего устройства 300.
Как печатающее устройство 300, так и устройство 200 для распределения порошка расположены на направляющем механизме 410.
Кроме того, аппарат для 3D-печати дополнительно содержит платформу 500 построения.
Устройство 200 для распределения порошка имеет длину, большую чем или равную ширине платформы 500 построения.
Приводной механизм 420 приводит в движение направляющий механизм 410 для перемещения на платформе 500 построения.
В частности, в данном случае необходимо установить предварительно определенную программу в контроллере. Контроллер может быть выбран в соответствии с известным уровнем техники. Главным образом, программу в контроллере программируют и отлаживают согласно разным требованиям, чтобы перемещающее устройство 400 могло приводить в движение независимо платформу 500 построения, устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 для перемещения по установленным направлениям и траекториям соответственно. Перемещающее устройство 400 позволяет одновременно перемещать устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300. Более того, при нахождении в конкретном положении перемещающее устройство 400 может приводить в движение устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 для их расположения в шахматном порядке относительно друг друга и для того, чтобы они начали совершать возвратно-поступательное движение для выполнения операций по распределению порошка и печати без создания помех друг другу.
Приводной механизм 420 может быть реализован при помощи зубчатой рейки, синхронизирующего ремня и/или ходового винта, который приводится в движение электродвигателем или т. п. Устройство обнаружения положения можно выбрать из инфракрасного датчика или датчика положения или т. п. для обнаружения положения печатающего устройства 300, чтобы печатающее устройство 300 могло быть лучше скоординировано с устройством 200 для распределения порошка.
Сначала будут объяснены нижеследующие три направления. В графических материалах направление Y означает первое направление, направление X означает второе направление, а направление Z означает третье направление.
При этом направляющий механизм 410 содержит первую направляющую раму 411 и вторую направляющую раму 412.
Устройство 200 для распределения порошка установлено на первой направляющей раме 411. Печатающее устройство 300 установлено на второй направляющей раме 412.
Как первая направляющая рама 411, так и вторая направляющая рама 412 совершают возвратно-поступательное движение в первом направлении. Конкретные формы двух направляющих рам конкретно не ограничены до тех пор, пока они способны совершать возвратно-поступательное движение в первом направлении в результате того, что они приводятся в движение приводным механизмом 420 в данном случае. Конкретная конструкция приводного механизма 420 может представлять собой цилиндр, гидравлический цилиндр или зубчатую рейку, синхронизирующий ремень или ходовой винт, который приводится в движение электродвигателем или т. п.
Устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 могут быть установлены в нескольких выбираемых режимах, в частности в следующих выбранных режимах.
В первом режиме устройство 200 для распределения порошка совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы 500 построения вместе с первой направляющей рамой 411.
Печатающее устройство 300 совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы 500 построения вместе со второй направляющей рамой 412 и может совершать возвратно-поступательное движение также во втором направлении, перпендикулярном первому направлению.
Смещение перемещения печатающего устройства 300 во втором направлении больше, чем длина устройства 200 для распределения порошка.
В частности, первое направление (направление Y) является параллельным направлению длины прямоугольного шкафа на платформе 500 построения в рабочей зоне. Соотношение скорости печатающего устройства 300 к скорости устройства 200 для распределения порошка регулируется с целью упрощения непрерывной скоординированной работы печатающего устройства 300 и устройства 200 для распределения порошка таким образом, чтобы печатающее устройство 300 не находилось в ожидании. Скорость печатающего устройства 300 превышает скорость устройства 200 для распределения порошка от 2 до 5 раз, например в 2 раза, в 3 раза, в 4 раза или в 5 раз. Скорость печатающего устройства 300, которое в несколько раз быстрее устройства 200 для распределения порошка, выбирают конкретно в зависимости от размера прямоугольного шкафа и выбранных типов печатающего устройства 300 и устройства 200 для распределения порошка.
Устройство 200 для распределения порошка перемещается в одном горизонтальном направлении, которое представляет собой первое направление (направление Y). Печатающее устройство 300 перемещается в двух горизонтальных направлениях, перпендикулярных друг другу, а именно первом направлении и втором направлении (направлении Y/X). Когда устройству 200 для распределения порошка необходимо вернуться обратно после распределения им порошка в одном направлении, печатающее устройство 300 перемещается за пределы диапазона длины устройства 200 для распределения порошка во втором направлении (направлении X), которое является направлением, перпендикулярным направлению распределения порошка, чтобы устройство 200 для распределения порошка могло вернуться обратно без создания помех для печатающего устройства 300 или без столкновения с ним. Ниже приводится описание конкретного процесса работы.
При начале работы по печати транспортное устройство 800 перемещает по меньшей мере одну платформу 500 построения в по меньшей мере одну из рабочих зон, независимых друг от друга. Устройство 200 для распределения порошка начинает работу первым и распределяет равномерный слой порошка с устанавливаемой толщиной поверх платформы 500 построения в положительном направлении относительно первого направления (направлении Y+). Когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300, размещенное в той же рабочей зоне, что и устройство 200 для распределения порошка, начинает равномерно наносить распылением первый проход связующего вещества поверх слоя порошка в положительном направлении относительно второго направления (направлении X+), которое является направлением, перпендикулярным направлению распределения порошка. Во время нанесения распылением печатающим устройством 300 связующего вещества устройство 200 для распределения порошка непрерывно выполняет нормальную операцию по распределению порошка. Когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300 сначала перемещается в положительном направлении относительно первого направления (направлении Y+), т. е. в направлении распределения порошка, за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, а затем наносит распылением второй проход связующего вещества в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении X-), т. е. в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство 300 перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества. Эти операции повторяют до тех пор, пока устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 не завершат операции по распределению порошка и печати поверх всего первого слоя. В это время печатающее устройство 300 перемещается в направлении, перпендикулярном направлению движения устройства 200 для распределения порошка в положение, расположенное в шахматном порядке относительно длины устройства 200 для распределения порошка, чтобы обеспечивать выполнение устройством 200 для распределения порошка операции по распределению порошка в отрицательном направлении, т. е. в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении Y-) без создания помех для печатающего устройства 300.
Аналогично, когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении Y-) за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300, размещенное в той же рабочей зоне, что и устройство 200 для распределения порошка, начинает равномерно наносить распылением первый проход связующего вещества поверх слоя порошка во втором направлении (направлении X), которое является направлением, перпендикулярным направлению распределения порошка. Когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300 сначала перемещается в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении Y-), т. е. в направлении распределения порошка, за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, а затем наносит распылением второй проход связующего вещества в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство 300 перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества. Эти операции повторяют, пока распределение порошка и печать не будут завершены для всех последующих слоев слой за слоем, вследствие чего завершается работа по печати. Устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 расположены в шахматном порядке относительно друг друга в горизонтальном направлении.
Во втором режиме устройство 200 для распределения порошка совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы 500 построения вместе с первой направляющей рамой 411 и может совершать возвратно-поступательное движение также в третьем направлении.
Печатающее устройство 300 совершает возвратно-поступательное движение в первом направлении платформы 500 построения вместе со второй направляющей рамой 412 и может совершать возвратно-поступательное движение во втором направлении и в третьем направлении соответственно. Первое направление, второе направление и третье направление являются перпендикулярными друг другу.
Смещение перемещения печатающего устройства 300 во втором направлении больше, чем длина устройства 200 для распределения порошка, или расстояние перемещения печатающего устройства 300 в третьем направлении больше, чем высота положения устройства 200 для распределения порошка.
Устройство 200 для распределения порошка перемещается в первом направлении (направлении Y), которое является горизонтальным направлением, и перемещается вверх и вниз в третьем направлении (направлении Z) для легкого нанесения распылением порошка. Печатающее устройство 300 перемещается в двух горизонтальных направлениях, перпендикулярных друг другу, а именно первом направлении и втором направлении (направлении Y/X), и в вертикальном направлении (направлении Z). Когда устройству 200 для распределения порошка необходимо вернуться обратно после распределения им порошка в одном направлении, печатающее устройство 300 перемещается за пределы диапазона высоты устройства 200 для распределения порошка в третьем направлении (направлении Z), чтобы устройство 200 для распределения порошка могло вернуться обратно без создания помех для печатающего устройства 300. Более того, поскольку устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 в данном случае оба способны перемещаться вверх и вниз в третьем направлении, 3D-печать может быть реализована просто путем выбора плоской плиты, которая не может перемещаться вверх и вниз как платформа 500 построения.
Ниже приводится описание конкретного процесса работы. При начале работы по печати транспортное устройство 800 перемещает по меньшей мере одну платформу 500 построения в по меньшей мере одну из рабочих зон, независимых друг от друга. Устройство 200 для распределения порошка начинает работу первым и распределяет равномерный слой порошка с устанавливаемой толщиной поверх платформы 500 построения в положительном направлении относительно первого направления (направлении Y+). Когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300, размещенное в той же рабочей зоне, что и устройство 200 для распределения порошка, начинает равномерно наносить распылением первый проход связующего вещества поверх слоя порошка в положительном направлении относительно второго направления (направлении X+), которое является направлением, перпендикулярным направлению распределения порошка. Во время нанесения распылением печатающим устройством 300 связующего вещества устройство 200 для распределения порошка непрерывно выполняет нормальную операцию по распределению порошка. Когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300 сначала перемещается в положительном направлении относительно первого направления (направлении Y+), т. е. в направлении распределения порошка, за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, а затем наносит распылением второй проход связующего вещества в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении X-), т. е. в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство 300 перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества. Эти операции повторяют до тех пор, пока устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 не завершат операции по распределению порошка и печати поверх всего первого слоя. В это время печатающее устройство 300 перемещается в третьем направлении (направлении Z), т. е. в вертикальном направлении, в положение, расположенное в шахматном порядке относительно высоты устройства 200 для распределения порошка, чтобы обеспечивать выполнение устройством 200 для распределения порошка операции по распределению порошка в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении Y-) без создания помех для печатающего устройства 300.
Аналогично, когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении Y-) за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300, размещенное в той же рабочей зоне, что и устройство 200 для распределения порошка, начинает равномерно наносить распылением первый проход связующего вещества поверх слоя порошка в первом направлении (направлении Y), перпендикулярном направлению распределения порошка. Когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства 300, печатающее устройство 300 сначала перемещается в отрицательном направлении относительно первого направления (направлении Y-), в котором распределяется порошок, за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, а затем наносит распылением второй проход связующего вещества в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство 300 перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества. Эти операции повторяют, пока распределение порошка и печать не будут завершены для всех последующих слоев слой за слоем, вследствие чего завершается работа по печати. Этот вариант осуществления характеризуется тем, что устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 расположены в шахматном порядке относительно друг друга в вертикальном направлении.
При этом можно выбрать платформу 500 построения из прямоугольного шкафа, имеющего плиту днища, способную к перемещению вверх и вниз в ее направлении глубины (третьем направлении, т. е. направлении Z), или из плоской плиты, которая не может перемещаться вверх и вниз, которая может быть выбрана только в зависимости от устройства 200 для распределения порошка и печатающего устройства 300. Другими словами, если устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 способны к перемещению вверх и вниз в третьем направлении, можно выбрать и использовать плоскую плиту. Напротив, если устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство 300 не могут перемещаться вверх и вниз в третьем направлении, для обеспечения эффекта 3D-печати можно выбрать и использовать прямоугольный шкаф, при условии, что устройство 200 для распределения порошка и печатающее устройство всегда расположены близко к плите днища.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения аппарат для 3D-печати дополнительно содержит устройство 600 с жидким материалом, выполненное с возможностью подачи жидкого материала для печати. Устройство 600 с жидким материалом расположено внутри корпуса 100, или устройство 600 с жидким материалом расположено независимо от корпуса 100. В частности, устройство 600 с жидким материалом может быть разъемно соединено с корпусом 100 при помощи болтов и винтов или непосредственно жестко соединено с каркасом 100 при помощи сварки или заклепок.
Здесь устройство 600 с жидким материалом содержит компоненты, такие как бак 610 с жидким материалом, насос 620 жидкого материала, фильтрующий элемент 630, трубопровод 640 и регулирующий клапан 650, и обеспечивает подачу жидких материалов, таких как печатное отверждающее вещество, связующее вещество и чистящее вещество, всей машине. Насос 620 жидкого материала перекачивает жидкий материал из бака 610 с жидким материалом в фильтрующий элемент 630 через трубопровод 640. Отфильтрованный жидкий материал перекачивается другим насосом 620 жидкого материала и подается на аппарат для 3D-печати. Регулирующий клапан 650 начинает и останавливает подачу жидкого материала в соответствии с сигналом, отправленным с аппарата для 3D-печати.
Кроме того, аппарат для 3D-печати дополнительно содержит систему 700 обработки порошка, выполненную с возможностью подачи порошка на устройство 200 для распределения порошка.
Система 700 обработки порошка расположена независимо от корпуса 100.
При этом система 700 обработки порошка позволяет смешивать несколько материалов в количественном соотношении путем взвешивания, впрыска с помощью трубки с постоянным диаметром и/или мерного бака или т. п. Несколько материалов могут состоять из твердого и жидкого, твердого и твердого, или из жидкого и жидкого веществ или могут представлять собой смесь одинаковых веществ с разными размерами частиц, таких как песок, гипс, металлический порошок, нейлон или т. п. веществ с разной степенью зернистости, или могут представлять собой смесь разных материалов, описанных выше. Система 700 обработки порошка, которая расположена независимо снаружи корпуса 100, может обеспечивать стабильную подачу порошка на одно или более устройств 200 для распределения порошка. Система 700 обработки порошка содержит модули, такие как устройство 710 подачи порошка, устройство 720 смешивания порошка, устройство 730 транспортировки порошка, дозировочное устройство 740 и вибрационный питатель 750. Порошкообразный материал подается в устройство 710 подачи порошка устройством 730 транспортировки порошка. Дозировочное устройство 740 автоматически выполняет измерение количества подаваемого порошка. По достижении предварительно определенного количества порошкообразного материала подача порошкообразного материала прекращается. В это время вибрационный питатель 750 начинает вибрировать согласно сигналу управления, и, соответственно, открывается регулирующий клапан. Вибрация позволяет стряхивать все предварительно определенное количество порошка в устройстве 710 подачи порошка и добавлять его в устройство 720 смешивания порошка. После выполнения одной или более описанных выше операций предварительно определенное количество нескольких материалов добавляют в устройство 720 смешивания порошка. Устройство 720 смешивания порошка активируют для однородного перемешивания им нескольких материалов, которые затем подаются на аппарат для 3D-печати.
Дополнительно аппарат для 3D-печати также содержит транспортное устройство 800. Транспортное устройство 800 может представлять собой роликовое транспортное устройство, ленточное транспортное устройство, цепное транспортное устройство, транспортную автоматически управляемую тележку и/или рельсовую транспортную тележку или т. п.
Транспортное устройство 800 перемещает платформу 500 построения в рабочую зону или из нее посредством передаточного компонента.
Следует отметить, что здесь передаточный компонент можно выбирать из роликового стола, цепи или синхронизирующего ремня или т. п. с приводом от электродвигателя, чтобы перемещать платформу 500 построения внутрь и наружу в горизонтальном направлении.
К транспортному устройству 800 можно подвести неподвижный подъемный роликовый стол, автоматическую транспортную тележку и т. п. с целью обеспечения транспортного соединения для одного или более аппаратов для 3D-печати согласно варианту осуществления настоящего изобретения и для обеспечения соединения аппарата для 3D-печати согласно варианту осуществления настоящего изобретения с рабочей станцией очистки песка.
Во втором аспекте в настоящем изобретении предлагается способ 3D-печати, в котором 3D-печать выполняют путем использования любого из аппаратов для 3D-печати, описанных в соответствии с первым аспектом. Способ включает следующие этапы:
обеспечение начала нанесения распылением печатающим устройством 300 первого прохода связующего вещества поверх слоя порошка в направлении, перпендикулярном направлению распределения порошка, когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за один ход, равный ширине печатающего устройства 300;
обеспечение непрерывного выполнения устройством 200 для распределения порошка операции по распределению порошка во время нанесения распылением печатающим устройством 300 связующего вещества и обеспечение перемещения печатающего устройства 300 в направлении распределения порошка за один ход, равный ширине печатающего устройства 300, и затем нанесения распылением им второго прохода связующего вещества в направлении, противоположном направлению, в котором печатающее устройство 300 перемещается при нанесении распылением первого прохода связующего вещества, когда устройство 200 для распределения порошка распределило порошок за второй ход, равный ширине печатающего устройства 300;
повторение таких операций до завершения устройством 200 для распределения порошка и печатающим устройством 300 операций по распределению порошка и печати поверх всего первого слоя.
Посредством беспрерывной координированной работы устройства 200 для распределения порошка и печатающего устройства 300 достигается более гибкая работа и значительно улучшается эффективность печати.
Выше приведено описание аппарата для 3D-печати и способа 3D-печати согласно настоящему изобретению, но настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления, описанными выше, и без отступления от объема формулы изобретения могут быть осуществлены различные модификации или вариации. Настоящее изобретение охватывает различные модификации и вариации, входящие в объем формулы изобретения.
В конечном итоге, следует отметить, что приведенные выше варианты осуществления предназначены только для иллюстрации технических решений настоящего изобретения, а не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на вышеупомянутые варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что технические решения, раскрытые в вышеупомянутых вариантах осуществления, все еще могут быть модифицированы или некоторые или все из его технических признаков могут быть заменены на равнозначные. Такие модификации или замены не приведут к отклонению сущности соответствующих технических решений от объема технических решений вариантов осуществления настоящего изобретения.