[发明专利]一种并行多工位式3D打印机

说明书

技术领域

本发明属于快速成型技术领域，特别涉及一种新型并行多工位式工业生产3D打印机。

背景技术

快速成型技术是近年来快速发展起来的基于三维CAD模型数据通过逐层制造生产产品的技术总称，是第三次工业革命的代表性技术之一。它的优势体现在数字化制造和降维分层堆积制造，所以大大降低了制造的难度，对于内部结构越复杂的零件产品，其优势也越明显。

目前快速成型技术广泛应用于生物医疗、航空航天、汽车制造等领域，但尚未应用于大规模工业化生产制造，主要原因是现有的快速成型工业生产技术还不成熟，制造成本高，生产效率低等。其实不论是国家战略发展还是制造业的改革，其对于这种快速成型技术工业化生产的潜在要求都是巨大的。因此，应当着力研究一种适合于快速成型技术工业生产的新型并行多工位式3D打印机，大力提高生产效率，加速推进快速成型技术的工业化应用。

快速成型技术是利用快速成型设备直接将数字模型转化为实物成品的一种生产制造方式。所谓快速成型设备，则是一种可以直接将任意数字模型转化为最终实物成品的机器。

目前主流快速成型技术其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件，主要有以下几种方式：

3DP技术：采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩，还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上，模型样品所传递的信息较大。

FDM熔融层积成型技术：FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。

SLA立体平版印刷技术：SLA立体平版印刷技术以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。该方法成型速度快，自动化程度高，可成形任意复杂形状，尺寸精度高，主要应用于复杂、高精度的精细工件快速成型。

SLS选区激光烧结技术：SLS选区激光烧结技术是通过预先在工作台上铺一层粉末材料(金属粉末或非金属粉末)，然后让激光在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该方法制造工艺简单，材料选择范围广，成本较低，成型速度快，主要应用于铸造业直接制作快速模具。

DLP激光成型技术：DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，不过它是使用高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。

UV紫外线成型技术：UV紫外线成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似类似，不同的是它利用UV紫外线照射液态光敏树脂，一层一层由下而上堆栈成型，成型的过程中没有噪音产生，在同类技术中成型的精度最高，通常应用于精度要求高的珠宝和手机外壳等行业。

但上述快速成型技术有打印速度慢，无法有效满足生产的需求；难以批量成产，成产成本过高；使用的材料受打印形式的限制等问题，而且打印出来的零件往往需要进行人工后期处理，工作效率不高。

目前市面上常用的三维切片软件有Cura、Makerbot、Kisslicer等，但它们的功能均只局限于对模型进行单一的由下而上地切片，然后把切片数据发送到打印机进行打印，不能对模型的打印时间进行平均分配，并把相应时间段对应的切片分别发送到不同的打印机进行打印。