一种可直接制备彩色立体件的3D打印设备及其打印方法与流程

本发明涉及到粘结剂喷射（binder jetting）3d打印，具体涉及到一种可直接制备彩色立体件的3d打印设备及其打印方法。

背景技术：

1、传统粘结剂喷射设备仅支持单色粘结剂成型，成型件后处理上色周期长、色彩一致性差、表面着色不均，无法直接打印彩色成品；现有彩色喷射设备多采用多色墨水与粘结剂分离喷射，存在墨水混色污染、粉末层铺平整性差、粘结渗透与色彩扩散相互干扰、成型精度与色彩保真难以兼顾等痛点。同时，彩色喷射易出现层间色彩渗流、彩色粘结剂固化匹配性差，大幅降低成型件尺寸精度与色彩还原度。

2、因此急需开发一套集成多色彩色粘结剂供给、精准铺粉、分层喷射、原位固化、废气粉尘回收一体化的彩色粘结剂喷射 3d 打印设备，实现一次成型带彩色纹理、标识、图案的粉末基制件。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可直接制备彩色立体件的3d打印设备及其打印方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种可直接制备彩色立体件的3d打印设备，包括机体，所述机体的中上部设有打印平台，所述打印平台上设有打印窗口，所述打印平台的下方设有升降缸总成，所述升降缸总成上设有与所述打印窗口相对应的成型缸，所述成型缸内设有可升降的成型平板；所述机体的内部上方设有第一移动组件，所述第一移动组件的下方设有可独立移动的喷头总成和铺粉总成，所述铺粉总成从所述机体一侧向所述打印窗口往复运动，在所述成型缸中逐层铺设均匀粉末层；所述喷头总成从所述机体另一侧向所述打印窗口往复运动，所述喷头总成内设有多个独立于所述第一移动组件进行移动的彩色着色喷头和粘结剂喷头，所述粘结剂喷头用于喷射粘结剂粘接粉末，所述彩色着色喷头用于向粉末中喷射彩色着色介质；还包括与所述升降缸总成、所述第一移动组件、所述喷头总成和所述铺粉总成连接的控制单元，用于解析带色彩信息的三维模型切片数据，控制铺粉、粘结剂喷射、彩色着色介质喷射工序逐层执行，直接制备得到带彩色的立体实物。

4、进一步地，所述第一移动组件包括安装于所述机体内顶壁的横向直线移动模组，所述横向直线移动模组设有与所述喷头总成和所述铺粉总成连接的滑座。

5、进一步地，所述铺粉总成包括与所述第一移动组件连接的安装架，所述安装架上设有储粉料仓，所述储粉料仓的下方出口处设有平粉轴和铺粉辊；所述机体内靠近所述铺粉总成的一侧还设有落粉机构，所述落粉机构内设有螺旋送粉轴，用于将粉末均匀输送至所述储粉料仓。

6、进一步地，所述升降缸总成包括设置于所述机体底部上方的z轴升降组件，所述z轴升降组件的输出端设有承载板，所述z轴升降组件单层升降精度≤0.02mm；所述成型缸包括缸体，所述缸体的内部设有所述成型平板，所述承载板位于所述成型平板的下方；所述成型平板的四周与所述缸体的内周之间设有密封防尘条，所述缸体的外周上边缘设有粉槽。

7、进一步地，所述升降缸总成处设有与所述机体连接的支撑隔板，所述支撑隔板的两侧设有支撑竖板，所述支撑竖板的侧面设有多个支撑滚轮，所述缸体的下边缘设有支撑边，所述支撑边位于所述支撑滚轮上，所述缸体的前侧面还设有把手。

8、进一步地，所述成型缸的外侧面还设有集粉通道，所述集粉通道与设置在所述升降缸总成一侧的集粉桶连接。

9、进一步地，所述喷头总成包括与所述第一移动组件连接的喷头盒安装架，所述喷头盒安装架连接有可调节角度和上下位置的喷头盒，所述喷头盒内设有安装隔板，所述安装隔板上设有多个墨盒，以及与所述墨盒和所述彩色着色喷头连接的墨泵；所述喷头盒的下方设有喷涂窗口，所述喷涂窗口处设有可移动的喷头安装框，所述喷头安装框内设有所述彩色着色喷头和所述粘结剂喷头，所述喷头安装框的两侧还设有覆盖所述喷涂窗口的风琴罩。

10、进一步地，所述喷头安装框上还设有板卡支撑架，所述板卡支撑架上设有喷头板卡，所述喷头盒的内壁设有分配卡，所述控制单元依次连接所述分配卡、所述喷头板卡和所述彩色着色喷头。

11、进一步地，所述喷头盒安装架包括支架横梁，所述支架横梁的两侧设有支架侧板，上方设有支架顶板，所述支架侧板的上端侧通过角度调整块与所述支架顶板的侧面连接；所述喷头盒的内壁设有第一连接凸块，所述支架侧板的内侧设有第二连接块，所述第二连接块穿过所述喷头盒侧壁的导向槽，通过调节螺栓与所述第一连接凸块连接。

12、一种可直接制备彩色立体件的3d打印设备的打印方法，包括如下步骤：

13、所述升降缸总成、所述铺粉总成、所述喷头总成、所述第一移动组件及所述控制单元均调试完毕，所述升降缸总成驱动所述成型平板至初始位置；

14、导入带有色彩信息的三维模型，切片得到所述三维模型的每层几何轮廓数据与色彩数据；

15、控制所述铺粉总成移动至所述成型平板上进行铺粉操作，得到一层粉末层，所述铺粉总成回原位；

16、控制所述喷头总成移动至所述成型平板上，基于几何轮廓数据，所述粘结剂喷头向所述粉末层喷射粘结剂，粘接粉末形成实体层；与此同时依据色彩数据，所述彩色着色喷头在粉末层对应位置喷射彩色着色介质；

17、控制所述成型平板下降一个层厚，循环铺粉-喷射粘结剂-喷射彩色着色介质的动作，层层叠加得到带彩色的立体生坯；

18、完成彩色3d打印后，取出所述成型缸，输送至烘干工位和清理工位，进行固化和粉末清理工作。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本3d打印设备通过所述升降缸总成、所述喷头总成、所述铺粉总成及所述控制单元等的设置，能够实现多色粘结剂精准分层喷射，抑制色彩渗流，保证成型尺寸精度与色彩还原度；配套闭环粉末回收、原位干燥固化，适配石膏、覆膜砂、陶瓷粉、复合粉体等多种基材，直接制备彩色的增材制件；2、本3d打印设备能够仅针对零件实体区域喷射着色介质，空白粉末区域不喷射，节约耗材，将所述彩色着色喷头和所述粘结剂喷头集成在同一喷头总成中，能够让粘结剂喷射打印过程同步完成着色，成型后直接获得彩色立体生坯，无需后期喷涂上色；而且粘结剂与着色介质管路相互隔离，避免颜料污染粘结剂，降低喷头堵塞风险；通过这种直接彩色打印的方式，上色快、色彩一致性好、表面着色均匀，能够兼顾成型精度与色彩保真；3、所述升降缸总成能够独立的控制所述成型平板进行逐层升降，以便其逐层打印成型，所述成型缸连同其内部的成型平台可以独立的从所述机体中抽出，以便整体搬运至烘干固化工位和粉末清理工位，无需单独移送未固化的成型生坯，以免损坏未固化的立体生坯或者造成尺寸偏差；4、所述升降缸总成、所述喷头总成、所述铺粉总成及所述控制单元等采用模块化设计，均可以独立拆装维护，便于升级扩展专色通道。

1.一种可直接制备彩色立体件的3d打印设备，包括机体，其特征在于，所述机体的中上部设有打印平台，所述打印平台上设有打印窗口，所述打印平台的下方设有升降缸总成，所述升降缸总成上设有与所述打印窗口相对应的成型缸，所述成型缸内设有可升降的成型平板；所述机体的内部上方设有第一移动组件，所述第一移动组件的下方设有可独立移动的喷头总成和铺粉总成，所述铺粉总成从所述机体一侧向所述打印窗口往复运动，在所述成型缸中逐层铺设均匀粉末层；所述喷头总成从所述机体另一侧向所述打印窗口往复运动，所述喷头总成内设有多个可独立于所述第一移动组件进行移动的彩色着色喷头和粘结剂喷头，所述粘结剂喷头用于喷射粘结剂粘接粉末，所述彩色着色喷头用于向粉末中喷射彩色着色介质；还包括与所述升降缸总成、所述第一移动组件、所述喷头总成和所述铺粉总成连接的控制单元，用于解析带色彩信息的三维模型切片数据，控制铺粉、粘结剂喷射、彩色着色介质喷射工序逐层执行，直接制备得到带彩色的立体实物。

2.根据权利要求1所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述第一移动组件包括安装于所述机体内顶壁的横向直线移动模组，所述横向直线移动模组设有与所述喷头总成和所述铺粉总成连接的滑座。

3.根据权利要求1所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述铺粉总成包括与所述第一移动组件连接的安装架，所述安装架上设有储粉料仓，所述储粉料仓的下方出口处设有平粉轴和铺粉辊；所述机体内靠近所述铺粉总成的一侧还设有落粉机构，所述落粉机构内设有螺旋送粉轴，用于将粉末输送至所述储粉料仓。

4.根据权利要求1所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述升降缸总成包括设置于所述机体底部上方的z轴升降组件，所述z轴升降组件的输出端设有承载板，所述z轴升降组件单层升降精度≤0.02mm；所述成型缸包括缸体，所述缸体的内部设有所述成型平板，所述承载板位于所述成型平板的下方；所述成型平板的四周与所述缸体的内周之间设有密封防尘条，所述缸体的外周上边缘设有粉槽。

5.根据权利要求4所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述升降缸总成处设有与所述机体连接的支撑隔板，所述支撑隔板的两侧设有支撑竖板，所述支撑竖板的侧面设有多个支撑滚轮，所述缸体的下边缘设有支撑边，所述支撑边位于所述支撑滚轮上，所述缸体的前侧面还设有把手。

6.根据权利要求1所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述成型缸的外侧面还设有集粉通道，所述集粉通道与设置在所述升降缸总成一侧的集粉桶连接。

7.根据权利要求1所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述喷头总成包括与所述第一移动组件连接的喷头盒安装架，所述喷头盒安装架连接有喷头盒，所述喷头盒内设有安装隔板，所述安装隔板上设有多个墨盒，以及与所述墨盒和所述彩色着色喷头连接的墨泵；所述喷头盒的下方设有喷涂窗口，所述喷涂窗口处设有可移动的喷头安装框，所述喷头安装框内设有所述彩色着色喷头和所述粘结剂喷头，所述喷头安装框的两侧还设有覆盖所述喷涂窗口的风琴罩。

8.根据权利要求7所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述喷头安装框上还设有板卡支撑架，所述板卡支撑架上设有喷头板卡，所述喷头盒的内壁设有分配卡，所述控制单元依次连接所述分配卡、所述喷头板卡和所述彩色着色喷头。

9.根据权利要求7所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备，其特征在于，所述喷头盒安装架包括支架横梁，所述支架横梁的两侧设有支架侧板，上方设有支架顶板，所述支架侧板的上端侧通过角度调整块与所述支架顶板的侧面连接；所述喷头盒的内壁设有第一连接凸块，所述支架侧板的内侧设有第二连接块，所述第二连接块穿过所述喷头盒侧壁的导向槽，通过调节螺栓与所述第一连接凸块连接。

10.根据权利要求1～9任一项所述的可直接制备彩色立体件的3d打印设备的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：