[发明专利]一种3D打印用的可调式外部支撑装置

说明书

本发明涉及一种3D打印用的可调式外部支撑装置，属于快速成形技术领域。支撑装置包括控制单元及受该控制单元控制的升降横移单元与支撑单元；支撑单元安装在升降横移单元的输出端上，支撑单元包括支架及用于伸至待支撑位置以支撑三维物体的悬空部位的伸缩式支撑杆，支撑杆的下端通过用于控制其相对支架的摆角的摆动驱动装置与支架固定连接。在三维打印过程中，通过升降横移单元将支撑单元推送至待支撑区域下方，接着控制支撑杆的摆角与伸缩长度，以对三维物体的悬空部位进行支撑，可在减少打印支撑结构所需打印材料用量的同时，有效地提高三维物体的打印速度与质量，其可广泛地应用于快速成形技术领域。

技术领域

本发明涉及快速成形技术领域，具体地说，涉及一种3D打印用的可调式外部支撑装置。

背景技术

3D打印技术以产品的数字模型为基础，通过对数字模型进行切片分层，及依据切片分层结果逐层叠加材料的方法来成形出三维物体，即目标产品。相比于传统制造模式，3D打印可以成形出复杂度更高的产品。

FDM(Fused Deposition Modeling)打印技术是将打印材料加热至熔融状态，并通过喷头沿零件分层轮廓轨迹挤出，待冷却后固化成形。在打印过程中，若当前切片层的打印需要前一层切片层的支撑，且该切片层为三维物体的悬空部位时，则需添加支撑结构用于辅助成形，避免成形失败。因为材料本身的粘滞特性，可在无支撑状态下保持一定长度的材料不变形，称为材料的临界打印长度，超过临界打印长度，就要添加支撑结构。

在现有技术中，为根据临界打印长度确定支撑位置，并使用打印材料打印支撑结构，且在完成打印后，需除掉这些支撑结构，不仅影响打印效率和打印成本，甚至会破坏成形件的表面质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印用的可调式外部支撑装置，以减少打印支撑结构所需的打印材料的同时，有效地提高三维物体的打印速度与质量。

为了实现上述目的，本发明提供的可调式外部支撑装置包括控制单元及受该控制单元控制的升降横移单元与支撑单元；支撑单元安装在升降横移单元的位移输出端上，支撑单元包括支架及用于伸至待支撑位置以支撑三维物体的悬空部位的伸缩式支撑杆，支撑杆的下端通过用于控制其相对支架的摆角的摆动驱动装置与支架固定连接。

通过升降横移单元将支撑单元驱动至支撑区域，接着摆动驱动装置控制每根支撑杆的摆角而调整其支撑位置，以采用支撑杆替代部分甚至全部现有技术中采用打印材料打印出的支撑结构，且在打印完成后可拆下重复使用，不仅可提高打印速度与质量，且可减少对打印材料的使用与浪费。

第一个具体的方案为摆动驱动装置包括用于将支撑杆的下端铰接至支架上的铰轴及用于拉推支撑杆绕铰轴摆动的伸缩连杆；伸缩连杆的一端与支撑杆铰接，另一端与支架铰接。通过伸缩连杆与铰轴的配合，不仅能推动支撑杆摆动至期望位置进行支撑，且能提供较大力度的支撑。

第二个具体的方案为摆动驱动装置包括舵机，舵机的机壳与支架固定连接，支撑杆的下端与舵机的输出轴固定连接。摆动驱动装置的结构简单，且可利用舵机自身所携带的角度检测传感器向控制单元输出摆角数据，以便于控制支撑杆的支撑位置。

第三个具体的方案为支架在其高度方向上至少安装有两圈以上环绕其周向布置的所述支撑杆，每圈至少包括两根以上的支撑杆。有效减少整个支撑装置在收纳储藏时所需占用面积。

第一个更具体的方案为支架为两级以上的伸缩杆结构，每级伸缩杆上至少安装有一圈支撑杆。以通过调整每级伸缩杆的伸缩量，而调整安装在该级伸缩杆上的支撑杆在高度上位置，有效地减少不同层级支撑杆在规划支撑点时因相互干涉而影响支撑点布置。