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机体可倾斜的3D 打印机

阅读：74发布：2022-04-20

专利汇可以提供机体可倾斜的3D 打印机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种机体可倾斜的3D 打印机，包括：机座部分和 3D打印机主体部分，机座部分有机座平台、旋转平台，分别驱动机座平台偏转和驱动旋转平台旋转的蜗轮蜗杆马达装置；3D打印主机部分有安装在机座旋转平台上的3D打印机主体，y轴板上安装的可偏转喷嘴和固定喷嘴，驱动可偏转喷嘴的伺服机构，可升降工作台；依据加工工件的悬臂和空腔曲面倾斜状况，本发明 3D打印机通过机座旋转平台旋转和机座偏转面偏转，以及3D打印机主体上可偏转喷嘴偏转，对工件悬臂和空腔曲面进行无需支撑物的打印，从而可加工中空多面体、球体和多层蜂窝结构工件，以及在本发明3D打印机上实现3D打印两大类工艺的兼容使用。加工的多层蜂窝结构工件在航天、国防和民用领域具有重要用途。，下面是机体可倾斜的3D 打印机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种机体可倾斜的3D 打印机，包括机座部分和3D打印机主体部分，其特征是：机座部分有：安装在地面(18)的机座支架(3)，机座平台(2)，偏转机座平台(2)的蜗轮蜗杆马达装置(5、7)，机座平台(2)上的旋转平台(4)也即蜗轮(4)，安装在机座平台(2)上、驱动旋转平台(4)转动的蜗转蜗杆马达装置(4、6)，与机座平台(2)刚性连接的支撑板(8)，将支撑板(8)、机座平台(2)与机座支架(3)转动连接的枢轴(9)，蜗轮(5)与一侧支撑板(8)刚性连接；3D打印机主体部分有：3D打印机主体(1)固定安装在机座旋转平台(4)上，
3D打印机主体(1)的可升降工作台(12)，3D打印机主体(1)上y轴板(13)上安装的可偏转(绕X轴)喷嘴(14)，驱动可偏转喷嘴(14)的伺服机构(17)，固定喷嘴或激光打印头(16)，打印支撑结构的固定喷嘴(15)，3D打印机主体(1)升降工作台(12)上放置的打印工件(10)，防止工件(10)倾倒的支撑结构(11)。
2.根据权利要求1所述的机体可倾斜的3D打印机，其特征是：依据3D打印机主体(1)工作台(12)上欲打印工件(10)的数字设计模型(10)，其STL格式化下某个三角形所代表的法向量N与Z轴夹角γ小于临界角γc，那么，机座旋转平台(4)在计算机控制下，由蜗轮蜗杆马达装置(4、6)，旋转一角度使该三角形面片所代表工件(10)的
那个曲面，就位到与机座Z轴(绕X轴)偏转面垂直的位置，其后，机座平台(2)由蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动，偏转角度使该三角形面片所代表工件(10)的那个曲面，处于垂直地面(18)位置；此时，固定在机座旋转平台(4)的3D打印机主体(1)，其y轴板(13)上安装的可偏转喷嘴(14)，由计算机控制，伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆等)，(17)驱动可偏转喷嘴(14)反向偏转角度，使喷嘴(14)垂直或接近垂直地面(18)，喷嘴(14)反向偏转后，其喷射、注射、烧熔的落点坐标产生的偏差，由计算机进行修正，从而使偏转后的喷嘴(14)，能够准确地把新材料，垂直或接近垂直喷射、注射或烧熔在该三角形所代表曲面已成型的材质上，紧密结为一体；同时，工件数字设计模型具有相交两面而有一面需依本发明3D打印机倾斜至垂直地面位置打印时，在计算机控制下，固定喷嘴或激光打印头(16)配合可偏转喷嘴(14)，对工件(10)相交面轨迹线(面)，从不同方向进行同时打印或烧熔，以保证相交面的轨迹线(面)紧密结为一体；在每个包含有STL格式化该三角形面片所代表曲面的打印薄片的轨迹线(面)，以3D打印机主体(1)倾斜方式打印完后，在计算机控制下，蜗轮蜗杆马达装置(5、7)，驱动机座偏转面(绕Z轴)反向偏转角度，使3D打印机主体(1)回归直立位置；相应地，3D打印机主体(1)y轴(13)上的可偏转喷嘴(14)，也由伺服机构(17)驱动，偏转角度，回归直立位置，垂直工作台(12)，3D打印机主体(1)然后对该打印薄片的工件数字设计模型(10)的其它成型轨迹线(面)进行正常状态打印，直到该薄片的全部成型轨迹线(面)打印完毕；再依此类推以同样方式，打印包含该三角形面片的其它薄层；3D打印机主体(1)，以正常的、不倾斜的方式，打印包含有工件数字设计模型(10)STL格式化文件中所有三角形面片法线N与Z轴夹角γ大于临界角γc的曲面的打印薄片的成型轨迹线(面)；直到本发明机体可倾斜的
3D打印机，将3D打印机主体(1)上的欲打印工件(10)，以倾斜和不倾斜的方式，全部打印完毕；此外，在计算机控制下，打印支撑结构的固定喷嘴(15)，给工件(10)打印适当支撑结构(11)；也可在3D打印机主体(1)上，设置固定工件(10)的专用卡具。
3.根据权利要求1所述的机体可倾斜的3D打印机，其特征是，所述驱动机座平台(2)偏转的蜗轮蜗杆马达装置(5、7)，驱动旋转平台(4)转动的蜗轮蜗杆马达装置(4、6)，以及
3D打印机主体(1)的y轴板(13)上驱动可偏转喷嘴(14)的伺服机构(步进马达，伺服马达，蜗轮蜗杆等)(17)，都在计算机控制下，做相互协调有序的精密动作，并且可偏转喷嘴(14)偏转后，其喷射、注射、烧熔落点坐标产生的偏差，由计算机进行精确修正，以确保3D打印机主体(1)的工作台(12)上安放的欲打印工件(10)，能够在本发明3D打印机的倾斜和直立打印时，都能准确无误地实施和完成打印。
4.根据权利要求1所述的机体可倾斜的3D打印机，其特征是：所述打印多层蜂窝结构工件(610)的本发明3D打印机，能以比较简单的方式完成整个多层蜂窝结构工件(610)的打印；首先，第①步，本发明3D打印机主体(1)以不倾斜的直立形式，打印工作台(12、612)上的多层蜂窝结构工件(610)的第一层蜂窝结构(610a)；然后，第②步，继续以这种方式，打印蜂窝结构第二层底部(即第一层蜂窝结构的顶部)的所选边线薄层(610b)；再后，第③步，本发明3D打印机在计算机控制下，机座旋转平台(4)由蜗轮蜗杆马达装置(4、6)驱动，转动一个角度，使3D打印机主体(1)工作台(12、612)上已打印好的多层蜂窝结构工件(610)的第二层底部所选边线薄层(610b)，与机座Z轴(绕X轴)偏转面垂直；再后，在计算机控制下，由蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动，Z轴偏转面绕X轴偏转90°，使已打印好的多层蜂窝结构工件的第一层(610a)垂直于地面(18)，且已打印的第二层蜂窝结构工件底部所选边线薄层(610b)处工件的最低水平位置；相应地，3D打印机主体(1)上的y轴板上安装的可偏转喷嘴(14、614)，由伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆等)(17)驱动，偏转接近90°，使喷嘴(14、614)喷射、注射或烧熔落点，能够在许可范围内准确落在已打印好的第二层蜂窝结构底部所选边线薄层(610b)的材质上，为此，偏转喷嘴(14、614)后所产生的喷射、注射、烧熔落点坐标偏差，由计算机进行修正；再后，在计算机控制下，此时已偏转的喷嘴(14、614)以接近垂直地面(18)的方式，打印整个第二层蜂窝结构底部的这个薄层(610c)，同时3D打印机主体(1)y轴板(13、613)上的固定喷嘴或激光打印头(16、
616)，配合可偏转喷嘴(14、614)对蜂窝结构工件的方格相交轨迹线(面)进行喷射、注射、烧熔打印，使打印过程中可偏转喷嘴(14、614)在第二层蜂窝结构底部喷射、注射、烧熔的新材料薄层(610c)在蜂窝结构工件第一层与第二层的方格相交轨迹线(面)处，与第一层蜂窝结构已成型的材质，紧密结为一体；待第二层蜂窝结构底部(即第一层蜂窝结构顶部)的这个薄层(610c)打印完毕，无需这个底部层的其它薄层继续以3D打印机主体(1)倾斜的方式打印，就可在计算机控制下，开始第④步的打印，即：蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动本发明3D打印机机座Z轴偏转面绕X轴反向偏转90°，使3D打印机主体(1)回归直立位置，同时y轴板(13、613)的可偏转喷嘴(14、614)，也由伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆等)(17)驱动，反向偏转接近90°，回归垂直3D打印机主体(1)的工作台(12、612)位置；然后，以常规方式，对蜂窝结构第二层底部(即蜂窝结构第一层顶部)的其它薄层进行打印；同时，固定喷嘴或激光打印头(16、616)在计算机控制下，调整喷嘴或激光打印头落点喷射、注射或烧熔温度，使其喷射、注射或烧熔的材料，能够将可偏转喷嘴(14、614)打印的新材料(610c)，在蜂窝结构的方格相交轨迹线(面)上，与已打印好的第一层蜂窝结构(610a)材质，紧密结为一体，保证蜂窝结构的打印质量；待第二层蜂窝结构的底部各薄层由可偏转喷嘴(14、614)和固定喷嘴或激光打印头(16、616)全部打印完毕，然后第⑤步，就可继续打印整个第二层蜂窝结构(610d)，直致其顶部；再后，第⑥步，开始第三层蜂窝结构的打印，依此照推，直到整个多层蜂窝结构工件(610)打印完毕；在这过程中，在计算机控制下，固定喷嘴(15、615)为多层蜂窝结构工件(610)，打印适当的支撑结构(611)，或者用3D打印机主体(1)设置的专用固定装置(卡具)，固定多层蜂窝结构工件(610)以防倾倒。
5.根据权利要求1所述的机体可倾斜的3D打印机，其特征是，在3D打印机主体(1)上，同时安装有两大类3D打印工艺设备，使两大类工艺在本发明3D打印机上可兼容使用；
在计算机控制下，按需要本发明3D打印机的蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动3D打印机主体(1)偏转90°至180°，将使用铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺，在清除打印工件的全部非成型粉材或光敏树脂液体后，完全转化为不使用铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺；反之，在计算机控制下，本发明3D打印机可终止原来使用不铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺，转用铺粉或浸入光敏树脂液体工艺；由此实现3D打印两大类工艺在本发明3D打印机上的随意兼容转换；应用到用本发明3D打印机打印多层蜂窝结构工件时，可以先由本发明3D打印机以铺粉或浸入光敏树脂液体工艺，打印多层蜂窝结构的第一层(610a)和第二层底部(即第一层顶部)所选边线薄层(610b)，然后本发明3D打印机的蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动3D打印机主体(1)偏转90°至180°，清除掉全部非成型粉材或光敏树脂液体后，3D打印机主体(1)由蜗轮蜗杆马达(5、7)驱动，偏转至90°的水平置放位置，转换为用不铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺，打印多层蜂窝结构第二层底部(即第一层顶部)的整个薄层(610c)，直致打印完毕；然后本发明3D打印机主体(1)由蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动，反向偏转90°，回归直立位置，重又使用铺粉或浸入光敏树脂液体工艺，打印多层蜂窝结构的第二层底部和整个第二层(610d)；以此类推，本发明3D打印机在计算机控制下，以反复倾斜3D打印机主体(1)的方式，兼容转换两大类3D打印工艺，对多层蜂窝结构工件(610)逐层打印，高质量完成整个工件的打印。
6.根据权利要求1所述的机体可倾斜的3D打印机，其特征是，所述用本发明3D打印机打印多层蜂窝结构工件，打印多层蜂窝结构工件时，可依需要给多层蜂窝结构另外打印各种形状和尺寸的加强筋板(筋条)，使筋板(筋条)和多层蜂窝结构紧密结为一体，增强多层蜂窝结构工件的力学性能，以适应不同用途的需要。
7.根据权利要求1所述的机体可倾斜的3D打印机，其特征是，可用激光烧熔金属丝或激光熔焊金属丝工艺，来取代3D打印机主体(1)的y轴板(13、613)上的可偏转喷嘴(14、
614)和固定喷嘴目前使用的“墨水”材质(16、616)工艺，对工件(10、610)进行打印。

说明书全文

机体可倾斜的3D 打印机

技术领域：

[0001] 本发明涉及3D打印技术。背景技术：

[0002] 目前的3D打印机，为克服重力影响，在打印工件的悬臂和空腔部位时，都需要以粉材或光敏树脂液或特殊材质做支撑，来应付重力影响。故此，一些带有悬臂和空腔结构又不允许内部包含支撑物的设计工件，诸如中空四面体、六面体、多面体、球体和多层蜂窝结构工件，目前的3D打印机是无法打印的。更一般地说，如果设计工件所包含的悬壁或空腔的曲面法线与垂直线的夹角γ，小于某个临界角γc(γc由理论和经验确定)，目前的3D打印机不使用粉材、光敏树脂液做支撑或用特定材料打印支撑结构，就无法打印出来。

[0003] 此外，目前的3D打印工艺分为两大类，一类是铺设粉材或浸入光敏树脂液体或分层实体制造，如选择性激光烧熔(SLS)、立体光固定成型(SLA)、分层实体制造(LOM)等；另一类是不使用铺粉和光敏树脂液体的工艺，如熔融沉积成型(FDM)、微滴注射成型(Micro dropletjetting)等；此两大类3D打印工艺无法相互兼容，即通常不能在同一3D打印机上同时使用这两大类工艺。

[0004] 为克服目前的3D打印机所存在的上述两大缺陷，解决3D打印机所受重为限制不能加工中空多面体、球体和多层蜂窝结构工件的问题，以及在一定程度上，使目前不能相互兼容的两大类工艺，能够兼容整合到同一3D打印机上，促成了本发明机体可倾斜的3D打印机的设计构想。

[0005] 本发明提出一种机体可倾斜的3D打印机，来解决因设计工件的悬臂或空腔而引发的重力限制问题，以及目前3D打印机两大类工艺通常不兼容的问题，使得3D打印机能够加工中空多面体、球体、和多层蜂窝结构工件，以及在一定程度上，使目前3D打印机通常无法兼容的两大类工艺，能够在同一台3D打印机上得到兼容使用。发明内容：

[0006] 为克服重力对3D打印施加的不利影响，减少或消除某些设计工件内不利的支撑材料或支撑结构，打印出诸如中空四面体、六面体、多面体、球体或多层蜂窝结构的设计工件，以及在一定程度上使目前3D打印机通常无法兼容的两大类工艺，能够在同一台3D打印机上得到兼容使用，本发明提出一种新型的机体可倾斜的3D打印机设计构想。

[0007] 由于将目前3D打印机通常无法兼容两大类工艺兼容到本发明机体可倾斜3D打印机上，只是本发明3D打印机的技术延伸，因此，我们只需要叙述本发明3D打印机克服重力对3D打印施加的不利影响的基本原理便够了。

[0008] 本发明设计构思的基本原理，是在对待设计工件的悬壁或空腔部位时，尽量不采用粉材、光敏树脂液体或其它特定材料做支撑来克服重力，而是利用已打印成型的材质来支撑新打印的材质，即利用喷嘴将新的打印材料直接熔融喷射、注射或烧熔在已打印好的悬壁或空腔的相关部位材质上，让其承受新的打印材料的重力，这就意味着已打印的该相关部位，需处垂直地面位置；同时，3D打印喷嘴也应垂直朝向地面位置，从而使得喷嘴喷射、注射或烧熔的新的打印材料，基本落在已打印好的悬臂或空腔相关部位的材质上，结成一体。一般情形下，为实现这两个要求，需要将3D打印机安放在一个X-Y平面可转动360°，Z轴可偏转±90°的机座上，使得3D打印机在机座X-Y平面转动一定角度，就能使安放在机座上的3D打印机工作平台上的欲打印工件的任意需支撑物打印的悬臂或空腔悬空部位，就位到与机座Z轴偏转面相垂直的位置，然后偏转一定角度，使得这个悬臂或空腔悬空部位，垂直于地面，能够接受与支撑3D打印机喷嘴喷射、注射或烧熔的新的打印材料；另一方面，安放在机座上的3D打印机，仍以传统方式进行设计工件的打印，唯一的区别，是安放在可转动可偏转机座上的3D打印机的喷嘴，在机座将设计工件的需无支撑物打印的悬臂或空腔部位置于垂直地面位置时，喷嘴在此打印部位处的方向，也应接近垂直于地面，才能够将新的打印材料，在许可范围内熔融喷射、注射、烧熔在已成型的设计工件的悬臂或空腔部位的材质上。故此，在3D打印机打印时，遇到设计工件需无支撑物打印的悬臂或空腔部位，其喷嘴的打印运作，不仅有x-y平面和z轴方向的一般打印机的常规运动，还需要喷嘴方向刻意要求接近垂直地面方向的改变运作，也即相应机座X-Y平面转动和Z轴偏转，喷嘴也应有等量的x-y平面的转动和z轴偏转。

[0009] 为进一步说明本发明机体可倾斜3D打印机的基本原理，需要稍微叙述一下3D打印机上欲打印工件的数字设计模型。众所周知，这个数字设计模型或者由三维CAD 软件根据设计要求获得，或者依据逆向工程对物理实体做光学扫描或CT／MRI／PET扫描，得到数据，再经数据重构软件和三维CAD软件或图象转换软件生成。然后将这个3D数字模型转换为STL格式文件，用三角形面片来近似表示3D数字设计模型的曲面，每个三角形的三个顶点的三维坐标为x1y1z1，x2y2z2，x3y3z3；其法向量为N，依据这个数字设计模型的复杂程度和工件的加工精度，选择STL格式化的三角形的数目。(参见金烨等著：《自由成型技术》，机械工业出版社，2012年，P8，P10，P23。)

[0010] STL格式文件中三角形的平面方程可以表示为：

[0011]

[0012] 可以简化为

[0013] Ax+By+Cz-D=0

[0014] 其单位法向量N为(cosα，cosβ，cosγ)

[0015]

[0016]

[0017]

[0018] 由此可推得单位法向量N的方向角α、β、γ(图7)

[0019] 单位法向量N在x-y平面投影为N′，其与x、y、z轴夹角分别为α′、β′、γ′，显然 (图7)

[0020] 这样，如果将3D打印机安放在机座的旋转平台上，初始时3D打印机的坐标系x-y-z的原点o与机座坐标系X-Y-Z的原点O重合，两坐标系一致，那么，机座的旋转平台在X-Y平台上只需相对X轴转动即β′角，就能将3D打印机上的欲打印工件数字设计模型STL格式化下的上述某个三角形所表示的曲面，旋转到与机座Z轴偏转面相垂直的位置，机座坐标系X-Y-Z的Z轴偏转面可任意设定，此处为便于说明，不妨设定Z轴在Y-Z平面偏转，即绕X轴偏转，于是，Z轴只要绕X轴偏转(γ′-γ)即角(图7)，便可以使安放在机座上的3D打印机上数字设计模型STL格式化下的该三角形代表的曲面，处于垂直地面位置，从而为无需支撑物的3D打印创造条件。

[0021] 不过，另外需特别指出的是，并非3D打印机上的欲打印工件数字设计模型任一曲面即STL格式化下任一三角形面片的打印，都需要机座上的旋转平台转动和Z轴偏转面绕X轴偏转，而是只有在三角形面片的法向量与Z轴的夹角γ小于临界角γc，即γ≤γc时，才需要机座旋转平台转动和Z轴偏转面(绕X轴)偏转，将安放在机座旋转平台上的3D打印机主体偏转，使欲打印工件数字设计模型STL格式化下的该三角形面片代表的曲面处垂直地面位置。

[0022] 临界角γc的大小，依据打印机上数字设计模型STL格式下三角形面片所处具体位置，以及3D打印所使用工艺情况，由经验数据确定，γc大约可取50°左右。(参见金烨等著《自由成型技术》，机械工业出版社，2012年，P65-P67。)

[0023] 在γ>γc时，机座旋转平台和Z轴偏转面都无需动作，其上安放的3D打印机主体，以传统方式正常打印。

[0024] 另一方面，是机座旋转平台上安放的3D打印机主体，其喷嘴方向需依据上述机座旋转平台的转动和Z轴偏转面(绕X轴)偏转，作相应的变动，也就是必须保证3D打印机主体的喷嘴方向变动之后，喷嘴方向垂直地面或接近垂直地面，同时其喷射、注射或烧熔落点，仍应准确维持在3D打印机主体欲打印工件数字设计模型的打印层面的打印轨迹线上。

[0025] 如前述，依据3D打印机上欲打印工件数字设计模型的STL格式化下某个欲打印三角形法线方向N，机座旋转平台转动某个角度和Z轴偏转面(绕X轴)偏转某个角度使此三角形面片所代表曲面垂直地面，此时安放在机座旋转平台上的3D打印机主体的喷嘴，也由原来垂直地面偏转角度，故此，为使此时喷嘴恢复垂直地面，它就应反向偏转角度，从而使此时喷嘴喷射、注射或烧熔的新的材料，落在已处垂直地面的三角形面片所代表曲面的已打印好的材质上。由于喷嘴是在该三角形面片法线方向作垂直面的偏转，所以，喷嘴的运动就包含了与机座旋转平台转动某个角度的相同转角，以及垂直面的反向转角也就是喷嘴应具有在x—
y平面的转动和z轴偏转面(绕x轴)偏转功能。只有这样，安放在机座旋转平台上的3D打印机主体的喷嘴，才能够在机座旋转平面X-Y平面转动和Z轴偏转面绕X轴偏转时，作相应的运动，使其方向垂直地面或接近垂直地面，并且修正由此转动和偏转而引起的喷嘴喷射、注射和烧熔落点的坐标偏移，使喷嘴喷射、注射或烧熔落点，恰好落在垂直地面的欲打印工件数字设计模型三角形面片的已打印的材质上。

[0026] 本发明的基本原理还有几点需要说明：

[0027] 在设计工件数字模型存在相交(正交、斜交)两面时，为使打印材质在相交两面的相交轨迹线(面)紧密融合连接，安放在机座旋转平台上的3D打印机主体，可以另外设置不随机座旋转平台转动和Z轴偏转面(绕X轴)偏转而改变位置和方向的喷嘴或激光打印头，与随机座旋转平台转动和Z轴偏转面(绕X轴)偏转而改变方向的喷嘴，对工件相交两面的相交轨迹线(面)处配合共同打印，使新的打印材质，在两面相交轨迹线(面)处紧密融合、连接，保证欲打印工件在此相交两面处的打印质量，这一点对打印多层蜂窝结构工件尤为重要。

[0028] 显然，本发明的3D打印机主体可设置多个喷头和多个不动喷嘴或激光打印头与多个可偏转喷嘴，以应付多种材料的打印，以及加快打印速度。

[0029] 机座旋转平台的转动和Z轴偏转面(绕X轴)偏转，以及喷嘴的转动和偏转，分别用数组精密伺服驱动系统(伺服马达、蜗轮蜗杆传动系统，步进马达等)，在计算机控制下进行。

[0030] 此外，当机座旋转平台转动，Z轴偏转面(绕X轴)偏转，虽解决了STL格式化下三角形面片打印不再依赖支撑物的问题，但是，却产生了另一个重力引起的问题，即安放在机座旋转平台上的3D打印机主体随机座Z轴偏转面(绕X轴)偏转，3D打印机主体上欲打印工件也偏转相同角度，这就有可能使3D打印机主体上的已打印工件倾倒，所以，这种情形下，就需要预先设置欲打印工件倾斜时的外部防倾倒支撑结构，而且这种支撑结构是易于分离的。或者，3D打印机主体另设置专用卡具，以防止工件在3D打印机主体倾斜时倾倒。

[0031] 最后，是上述机体可倾斜的3D打印机，可以扩充为3D打印两大类工艺即铺设粉材或浸入光敏树脂液体的工艺如选择性激光烧结(SLS)、立体光固化成型(SLA)，以及不铺设粉材或浸入光敏树脂液体的工艺如熔融沉积成型(FDM)、微滴注射成型(Micro droplet jetting)，能够在本发明机体可倾斜的3D打印上相互兼容，只需在3D打印机主体上，同时安装有两大类3D打印工艺设备，便可实现这种兼容。在计算机控制下，按需要本发明3D打印机的蜗轮蜗轮马达装置驱动3D打印机主体偏转90°至180°，将使用铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺，在清除打印工件的全部非成型粉材或光敏树脂液体后，完全转化为不使用铺粉或浸入光敏树脂液体的打印工艺；反之，在计算机控制下，本发明3D打印机可终止原来使用不铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺，蜗轮蜗杆马达装置驱动3D打印机主体保持直立位置，转换为铺粉或浸入光敏树脂液体的打印工艺；由此实现了3D打印两大类工艺在本发明机体可倾斜的3D打印机上，随意兼容转换。

[0032] 下面概括叙述本发明“机体可倾斜的3D打印机”的内容：

[0033] 一种机体可倾斜的3D打印机，包括机座部分和3D打印机主体部分，机座部分有：安装在地面(18)的机座支架(3)，机座平台(2)，偏转机座平台(2)的蜗轮蜗杆马达装置(5、7)，机座平台(2)上的旋转平台也即蜗轮(4)，安装在机座平台(2)上、驱动旋转平台(4)转动的蜗轮蜗杆马达装置(4、6)，与机座平台(2)刚性连接的支撑板(8)，将支撑板(8)、机座平台(2)与机座支架(3)转动连接的枢轴(9)，蜗轮(5)与一侧支撑板(8)刚性连接；3D打印机主体部分有：3D打印机主体(1)固定安装在机座旋转平台(4)上，3D打印机主体的可升降工作台(12)，3D打印机主体(1)上y轴板(13)安装的可偏转(绕x轴)喷嘴(14)，驱动可偏转喷嘴(14)的伺服机构(17)，固定喷嘴或激光打印头(16)，打印支撑结构的固定喷嘴(15)，3D打印机主体(1)升降工作台(12)上的打印工件(10)，防止工件倾倒的支撑结构(11)；也可在3D打印机主体(1)上，设置固定工件(10)的专用卡具。

[0034] 本发明机体可倾斜的3D打印机打印时，依据3D打印机主体(1)工作台(12)上欲打印工件的数字设计模型(10)，其STL格式化某个三角形所代表曲面的法向量N与z轴夹角γ若小于临界角γc(图7)，那么，旋转平台(4)在计算机控制下，由蜗轮蜗杆马达装置(4、6)驱动旋转一角度使该三角形面片所代表工件曲面，就位到与机座Z轴(绕X轴)偏转面垂直的位置；其后，机座平台(2)由蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动偏转角度使该三角形面片所代表工件设计模型的曲面处于垂直地面(18)位置，此时，固定在机座旋转平台(4)的3D打印机主体(1)，其y轴板(13)上安装的可偏转喷嘴(14)，由计算机控制，伺服机构(步进马达，伺服马达、蜗轮蜗杆等)(17)驱动可偏转喷嘴(14)反向偏转角度，使喷嘴(14)垂直或接近垂直地面(18)，喷嘴(14)反向偏转后，其喷射、注射、烧熔的落点坐标产生的偏差，由计算机进行修正，从而使偏转后的喷嘴(14)，能够准确地把新材料，垂直或接近垂直喷射、注射或烧熔在该三角形所代表曲面已成型的材质上，紧密结为一体；同时，工件数字设计模型具有相交两面而一面需依本发发明3D打印机倾斜至垂直地面位置打印时，在计算机控制下，固定喷嘴或激光打印头(16)配合可偏转喷嘴(14)，对相交轨迹线(面)同时打印，以保证相交轨迹线(面)紧密结为一体。另外，在计算机控制下，打印支撑结构的固定喷嘴(15)，给工件(10)打印适当的支撑结构(11)。

[0035] 如果在本发明机体可倾斜的3D打印机主体(1)上同时安装有两大类3D打印工艺设备及喷嘴，那么，只需在计算机控制下，蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动3D打印机主体(1)偏转90°至180°，将使用铺粉或浸入光敏树脂液体的打印工艺，在清除打印工件的全部非成型粉材或光敏树脂液体后，完全转化为不使用铺粉或浸入光敏树脂液体的工艺；反之亦然。从而实现3D打印两大类工艺在本发明3D打印机上，随意兼容转换。

[0036] 本发明机体可倾斜的3D打印机设计方案叙述完毕。

[0037] 本发明机体可倾斜的3D打印机的最大优越性，是可以加工传统制造和目前的3D打印机工艺无法加工的中空多面体、球体和多层蜂窝结构工件，鉴于多层蜂窝结构工件在多个领域具有许多重大潜在用途，诸如高强度钛合金和其它合金钢制造的多层蜂窝结构工件，可以其最大限度节约材质又具有优异物理性能，而为深潜容器、海底载人容器和居人建筑、潜水艇、航天空间站、飞船、卫星、外星(月球、火星等)居人容器、居人建筑的防护外壳，提供最佳选择；此外，普通材质打印的多层蜂窝结构工件，也可应用于救生艇、冲锋舟、船舰、浮标和民用保温、隔热、隔音等多个领域。

[0038] 本发明机体可倾斜的3D打印机，为加工优质的多层蜂窝结构工件，提供了核心技术。附图说明：

[0039] 图1为本发明的立体示意图；

[0040] 图2为本发明的立面剖视图；

[0041] 图3为本发明的平面俯视图；

[0042] 图4为本发明3D打印机主体上的可偏转喷咀等的简略示图；

[0043] 图5为本发明所欲打印工件中空多面体剖视图；

[0044] 图6为本发明打印多层蜂窝结构工件示图；、

[0045] 图7为欲打印工件数字设计模型STL格式化文件的某个三角形所代表曲面的法向量示图。具体实施方式：

[0046] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明

[0047] 实施例为：1、加工任意中空多面体工件的本发明3D打印机；

[0048] 2、加工多层蜂窝结构工件的本发明3D打印机；

[0049] 实施例1：加工任意中空多面体工件的本发明3D打印机：

[0050] 任意中空多面体工件(10)如图2和图5所示，在选择位置放置于本发明3D打印机主体工作台(12)后，仍有某面的法向量N与Z轴夹角γ，小于临界角γc，(图5)，所以，用本发明3D打印机打印工件(10)包含有此面的薄片时，本发明3D打印机主体(1)所安放的旋转平台(4)，在计算机控制下，由蜗轮蜗杆马达装置(4、6)驱动，旋转一个角度或β′(图7)，将该面就位到与本发明3D打印机机座Z轴(绕X轴)偏转面垂直的位置；其后，机座平台(2)由蜗轮蜗杆马达(5、7)驱动，偏转角度使安装在机座旋转平台(4)上的3D打印机主体(1)偏转后，工作台(12)上的工件(10)的该面，处于垂直地面(18)位置，此时，3D打印机主体(1)y轴板(13)上安装的可偏转喷咀(14)，由计算机控制，伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆等)(17)驱动它偏转角度使喷咀(14)垂直或接近垂直地面(18)；喷咀(14)偏转后，其喷射、注射、烧熔落点产生的坐标偏差，由计算机进行修正，从而使偏转后的喷咀(14)，能够准确地把新材料，垂直或接近垂直喷射、注射、烧熔在该面已成型的材质上，紧密结为一体；在该面与中空多面体(10)其它面相交部位，可偏转喷咀(14)取偏转位置，与固定喷咀或激光打印头(16)配合，在计算机控制下，以不同方向喷射、注射、烧熔新的材料于同一落点，使中空多面体(10)的该面与其它面相交部位能紧密结为一体。在工件(10)的该打印薄片的该面轨迹线(面)和实体打印完后，本发明3D打印机的机座(绕X轴)偏转面在计算机控制下，由蜗轮蜗杆马达装置(5、7)驱动，反向偏转角度，使本发明3D打印机主体(1)回归直立(垂直地面)位置，同时
3D打印机主体(1)上安装在y轴板(13)上的可偏转喷咀(14)，也由计算机控制，伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆马达等)(17)驱动它转动角度，使喷咀(14)回归垂直工作台(12)位置，然后对打印薄片的多面体工件(10)的其它面的轨迹线(面)和实体进行打印，直到整个薄片打印工作完成。工件(10)的其它薄片的打印以此类推处理，直到工件(10)全部打印完毕。此外，打印过程中，在计算机控制下，3D打印机主体(1)打印支撑结构的固定喷咀(15)，给工件(10)打印适当防倾倒的支撑结构(11)。

[0051] 本发明实施例1叙述完毕。

[0052] 实施例2：加工多层蜂窝结构工件的本发明3D打印机：

[0053] 欲打印的多层蜂窝结构工件可以是任意形状，比方蜜蜂的六角形蜂房结构，方格子蜂房结构，等等。本实施例选取多层方格蜂窝结构工件，来叙述本发明机体可倾斜的3D打印机。在打印多层蜂窝结构工件(图6，610)时，本发明3D打印机可以比较简单方式完成整个工件的打印。首先，第①步，本发明3D打印机主体(1)以不倾斜的直立形式，打印工作台(12，612)上的多层蜂窝结构工件(610)的第一层蜂窝结构(610a)；然后第②步，继续以这种方式，打印蜂窝结构第二层底部(即第一层蜂窝结构的顶部)的所选边线薄层(610b)；再后，第③步，本发明3D打印机在计算机控制下，机座旋转平台(4)由蜗轮蜗杆马达装置(4，6)驱动，转动一个角度，使3D打印机主体(1)工作台(12，612)上已打印好的多层蜂窝结构工件(610)的第二层底部所选边线薄层(610b)，与机座Z轴(绕X轴)偏转面垂直；再后，在计算机控制下，由蜗轮蜗杆马达装置(5，7)驱动，Z轴偏转面绕X轴偏转90°，使已打印好的多层蜂窝结构工件(610)的第一层(610a)垂直于地面(18)，且已打印的第二层蜂窝结构底部所选边线薄层(610b)处工件的最低水平位置；相应地，3D打印机主体(1)上的y轴板上安装的可偏转喷嘴(14，614)，由伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆等)(17)驱动，偏转接近90°，使喷咀(14，614)喷射、注射或烧熔落点，能够在许可范围内准确落在已打印好的第二层蜂窝结构底部所选边线薄层(610b)的材质上，为此，偏转喷咀(14，614)后所产生的喷射、注射、烧熔落点坐标偏差，由计算机进行修正；再后，在计算机控制下，此时已偏转的喷咀(14，614)以接近垂直地面(18)的方式，打印整个第二层蜂窝结构底部的这个薄层(610c)，同时3D打印机主体(1)y轴板(13，613)上的固定喷咀或激光打印头(16，616)，配合可偏转喷咀(14，614)对蜂窝结构工件的方格蜂房相交轨迹线(面)进行喷射、注射、烧熔打印，使打印过程中可偏转喷咀(14，614)在第二层蜂窝结构底部喷射、注射、烧熔的新材料薄层(610c)，在蜂窝结构工件第一层与第二层的方格相交轨迹线(面)处，与第一层蜂窝结构(610a)已成型的材质，紧密结为一体；待第二层蜂窝结构底部(即第一层蜂窝结构顶部)的这个薄层(610c)打印完毕，无需这个底部层的其它薄层继续以3D打印机主体(1)倾斜的方式打印，就可在计算机控制下，开始第④步的打印，即蜗轮蜗杆马达装置(5，7)驱动本发明3D打印机机座Z轴偏转面绕X轴反向偏转90°，使3D打印机主体(1)回归直立位置，同时y轴板(13，613)的可偏转喷咀(14，614)，也由伺服机构(步进马达、伺服马达、蜗轮蜗杆等)(17)驱动，反向偏转接近90°，回归垂直3D打印机主体(1)的工作台(12，612)位置；然后，以常规方式，对蜂窝结构第二层底部(即蜂窝结构第一层顶部)的其它薄层进行打印；同时，固定喷咀或激光打印头(16，616)在计算机控制下，调整喷咀或激光打印头落点喷射、注射或烧熔温度，使其喷射、注射或烧熔的材料，能够将可偏转喷咀(14，614)打印的新材料(610c)，在蜂窝结构的方格相交轨迹线(面)上，与已打好的第一层蜂窝结构(610a)材质，紧密结为一体，保证蜂窝结构的打印质量；待第二层蜂窝结构的底部各薄层由可偏转喷咀(14，614)和固定喷咀或激光打印头(16，616)全部打印完毕；然后，第⑤步，就可继续打印整个第二层蜂窝结构(610d)，直至其顶部；再后，第⑥步，开始第三层蜂窝结构的打印，依前类推，直到整个多层蜂窝结构工件(610)打印完毕；在这过程中，在计算机控制下，固定喷咀(15，615)为多层蜂窝结构工件(610)，打印适当的支撑结构(611)；或者用3D打印机主体(1)设置的专用固定装置(卡具)，固定多层蜂窝结构工件(610)以防倾倒。

[0054] 另外，可用本发明机体可倾斜的3D打印机，对打印的多层蜂窝结构工件，附加打印各种形状、尺寸的加强筋板(筋条)，以增强多层蜂窝结构的力学性能，适应各种不同需要。

[0055] 本发明实施例2叙述完毕。

[0056] 由于传统制造除使用粘接外，加工不了中空的多层蜂窝结构工件；而目前的3D打印机，也只能打印空腔曲面法线与垂直线夹角γ大于临界角γc的纺缍形空腔多层蜂窝结构工件或非中空多层蜂窝结构工件；因此，本发明机体可倾斜的3D打印机，以其能够打印中空的、且最大限度节约材质、又具有优异物理性能(如多层蜜蜂蜂巢)的中空多层蜂窝结构工件，其在航天、国防和民用领域的优越性，应是显而易见的。

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机体可倾斜的3D打印机

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