一种打印设备及打印方法

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，尤其涉及一种打印设备及打印方法。

背景技术

打印技术作为增材制造的主流技术，从其提出之日起就受到了全球各界的广泛关注，但时至至今其应用程度仍然十分有限，这主要是其打印精度无法满足现今的工业需求，通过打印技术制造的物体往往需要后续复杂的加工修补毛刺，整个过程成本高、修补工序复杂繁琐。

目前，打印设备基本上都是首先将印制材料提前熔化成熔融浆料，熔化方式例如电热丝、激光、电弧等方式，然后再以一定的喷射速度将熔融浆料喷射到基材表面；又或者，直接利用熔融浆料的自由落体的方式滴落到基材表面，熔融浆料在基材表面会短时间内凝固，从而在基材表面上打印成型。

上述过程中，印制材料熔化成熔融浆料后，熔融浆料的形态是不稳定不可控的，可在重力或其它影响下发生变形，并且在熔融浆料接触基材表面的瞬间，其冲击力也容易导致熔融浆料的进一步的变形，这些不稳定的缺陷难以消除，也就是打印设备的打印精度存在较大问题的重要原因。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种打印设备,以解决现有技术中打印精度差的问题。

在一些说明性实施例中，所述打印设备，包括：加热部件，用以控制承印基材的表面温度；给料部件，用以控制印制丝料朝向所述承印基材送料；移动部件，用以控制所述承印基材与所述印制丝料之间产生相对移动；其中，所述表面温度包括不低于所述印制丝料的熔化温度的第一表面温度，以使所述印制丝料在接触所述承印基材后熔化。

在一些可选地实施例中，所述加热部件为放置所述承印基材的加热工作台。

在一些可选地实施例中，所述加热部件用以控制所述承印基材与所述印制丝料相接触的局部区域的达到第一表面温度。

在一些可选地实施例中，所述加热部件和所述给料部件分别与所述移动部件联动，且位于所述承印基材的两侧，并在所述移动部件的驱动下以所述承印基材为中间面成镜像移动，使所述加热部件与所述承印基材与所述印制丝料相接触的局部区域始终相对。

在一些可选地实施例中，所述移动部件为第一移动部件；所述加热部件为激光光源，其照射在所述承印基材与所述印制丝料相接触的局部区域形成加热光斑；所述打印设备，还包括：第二移动部件，用以控制所述加热部件的加热光斑始终落在所述承印基材与所述印制丝料相接触的局部区域。

在一些可选地实施例中，所述加热部件与所述给料部件位于所述承印基材的同一侧，所述加热部件倾斜照射在所述承印基材上形成所述加热光斑。

在一些可选地实施例中，所述给料部件用于控制印制丝料垂直于所述承印基材进行送料。

在一些可选地实施例中，所述印制丝料为室温固态的低熔点金属。

在一些可选地实施例中，所述承印基材包括平面基材和三维立体基材。

本发明的另一个目的在于提出一种打印方法，以解决现有技术中存在的问题。

在一些说明性实施例中，所述打印方法，包括：在印制丝料接触承印基材之前或同时，使所述承印基材或所述承印基材与所述印制丝料接触的局部区域达到不低于所述印制丝料的熔化温度的第一表面温度，进而使与所述承印基材接触的印制丝料熔化并附着在该局部区域，并通过所述印制丝料与所述承印基材之间的相对移动形成打印图案。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明实施例中是通过控制承印基材的表面温度达到印制丝料的熔融温度，使印制丝料只有在接触到承印基材后才会被熔化，并通过印制丝料与承印基材之间的相对移动形成打印图案，该方法避免了提前熔化容易造成熔融浆料的形态不稳定不可控的问题；再有，现有技术中印制丝料的生产工艺十分成熟，因此印制丝料的规格尺寸的精度极高，进一步保障了本发明实施例中的打印设备的打印精度。

附图说明

图1是本发明实施例中的打印设备的结构示例一；

图2是本发明实施例中的打印设备的结构示例二；

图3是本发明实施例中的打印设备的结构示例三；

图4是本发明实施例中的打印设备的结构示例四；

图5是本发明实施例中的打印设备的结构示例五；

图6是本发明实施例中的打印设备的结构示例六；

图7是本发明实施例中的打印设备的结构示例七。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例中公开了一种打印设备，如图1所示，图1示出了本发明实施例中的打印设备的结构示例一；该打印设备，包括：加热部件10、给料部件20和移动部件30；其中，加热部件10的作用在于控制承印基材 1的表面温度；给料部件20的作用在于控制印制丝料2朝向承印基材1送料；移动部件30的作用在于控制承印基材1和印制丝料2之间产生相对移动。其中，加热部件10控制承印基材1的表面温度，包括：第一表面温度和第二表面温度；第一表面温度不低于印制丝料的熔化温度，使印制丝料2 接触第一表面温度下的承印基材1时，可被承印基材1熔化并从印制丝料2 的主体上脱离附着在承印基材1上；第二表面温度低于印制丝料的熔化温度，使印制丝料2接触第二表面温度下的承印基材1时，不可被承印基材1 熔化。

其中，本发明实施例中的移动部件30控制承印基材1和印制丝料2之间产生相对移动可以是指：(1)承印基材1的位置固定，由移动部件30控制印制丝料2的移动，从而产生承印基材1与印制丝料2之间的相对移动； (2)印制丝料2的位置固定，由移动部件30控制承印基材1的移动，从而产生承印基材1与印制丝料2之间的相对移动；(3)由移动部件30控制承印基材1沿X/Y轴中的一个方向移动，以及控制印制丝料2沿其中的另一个方向移动，从而产生承印基材1与印制丝料2之间的相对移动。

具体地，图1示出的打印设备中的加热部件10为放置承印基材1的加热工作台，该加热工作台同时兼有稳固承印基材1和加热承印基材1的作用；其中，稳固承印基材1的结构方式可通过卡持、夹紧或真空吸附等。给料部件20为现有技术中丝料送料的双给料轮结构。移动部件30为水平移动机构，给料部件20装配在移动部件30上，实现与移动部件30的联动，进而实现印制丝料2在移动部件30的驱动下与承印基材1之间产生相对移动。本发明实施例中的给料部件20除给料轮结构外，也可以采用其他现有技术中的丝料送料结构，对此不进行限定。

如图2所示，优选地，本发明实施例中的打印设备，还可包括：限位部件60，用以辅助给料部件20，防止印制丝料2再向承印基材1的方向供料时发生挤压变形。优选地，限位部件60可选用容纳印制丝料2的直管状结构。

本发明实施例中的打印设备的一种打印方式，包括：由加热部件10首先使承印基材1整体达到第一表面温度，然后给料部件20以第一速度将印制丝料2朝向承印基材1，在印制丝料2接触到承印基材1时，印制丝料2 的末端开始融化并粘附在承印基材1上，然后移动部件30开始驱动印制丝料2以第二速度在承印基材1的表面开始移动，进而使印制丝料2在承印基材1上不断融化附着从而形成打印图案3。

该实施例中对于存在多个不连续的图案单元的情况下，可在完成一个图案单元后，控制承印基材1处于第二表面温度，然后将印制丝料2移至下一个图案单元的起始点，在进行升温打印。在另一些实施例中，移动部件30也具备竖直方向的移动能力，在完成一个图案单元的印制后，通过移动部件30带动印制丝料2抬起从而脱离与承印基材1之间的接触，在移动至下一个图案单元的起始点的上方后，继续进行印制作业。

本发明实施例中是通过控制承印基材的表面温度达到印制丝料的熔融温度，使印制丝料只有在接触到承印基材后才会被熔化，并通过印制丝料与承印基材之间的相对移动形成打印图案，该方法避免了提前熔化容易造成熔融浆料的形态不稳定不可控的问题；再有，现有技术中印制丝料的生产工艺十分成熟，因此印制丝料的规格尺寸的精度极高，进一步保障了本发明实施例中的打印设备的打印精度。另一方面，上述实施例中的打印设备还具有结构简单、易于实施、打印效率高和精度高、成本低等优势。

现在参照图3，图3示出了本发明实施例中的打印设备的结构示例三，该实施例中的打印设备，包括：加热部件10、给料部件20和移动部件30；其中，加热部件10的作用在于控制承印基材1与印制丝料2相接触的局部区域的表面温度；其中，加热部件10控制承印基材1的表面温度，包括：第一表面温度和第二表面温度；第一表面温度不低于印制丝料的熔化温度，使印制丝料2接触第一表面温度下的承印基材1时，可被承印基材1熔化并从印制丝料2的主体上脱离附着在承印基材1上；第二表面温度低于印制丝料的熔化温度，使印制丝料2接触第二表面温度下的承印基材1时，不可被承印基材1熔化。

该实施例中通过为印制丝料2提供局部加热区域，避免了对已成型印制图案的受热影响，并且在打印成型后其加热区域会随着印制丝料2的移动而转移，使熔料可在短时间内从液态转换为固态，从而实现打印图案在承印基材1上的结构稳定性。

具体地，该加热部件10选用可移动的小型热台，其作用在于控制承印基材1的局部区域的表面温度；除此之外，该实施例中还可包括：固定部件40，其作用在于稳固承印基材1。在图2所示的打印设备中，固定部件 40通过固定承印基材1的四周对承印基材1进行稳固；加热部件10和给料部件20分别与移动部件30联动，且位于承印基材1的两侧，并在移动部件30的驱动下以承印基材10为中间面成镜像移动，使加热部件10与承印基材1与印制丝料2相接触的局部区域始终相对。另外，加热部件10在印制丝料2在承印基材1上印制时，可对印制丝料2提供一定的支撑作用。

在图4示出的本发明实施例中的打印设备的结构示例四中，固定部件 40也可以选用支撑作用的工作台；优选地，该工作台可选用导热材质，例如铜材。该实施例中的通过选用工作台作为固定部件40，可提供承印基材 1良好的支撑作用，并且由于采用导热材质形成，几乎不会对加热部件10 对承印基材1的温控造成影响。

参照图5，图5示出了本发明实施例中的打印设备的结构示例五，该实施例中打印设备通过选用激光光源替代小型热台作为加热部件10，其照射在所述承印基材与所述印制丝料相接触的局部区域形成加热光斑，激光光源相比传统的电热丝的加热效率高，并且可以为印制丝料2提供针对性的加热区域，加热区域可更为精确，进一步的避免对已成型打印区域的受热影响。该实施例中通过选用激光光源，可在印制丝料2的移动过程中对于无需印制成型的区域，暂停提供激光，以保证印制丝料2在移动至该区域时承印基材1的温度无法使其熔化，从而满足打印图案的制作，降低打印设备的控制复杂程度。

如图6，在一些实施例中，移动部件30为第一移动部件，打印设备还包括第二移动部件50；其中，第一移动部件30与给料部件20联动，控制印制丝料2的移动，第二移动部件50与加热部件10联动，控制加热部件 10对承印基材1的局部进行加热，并且可以通过第二移动部件50对局部区域进行调整。该实施例中可通过第一移动部件30和第二移动部件50分别对加热部件10和印制丝料2的位置变化进行控制。

现在参照图7，图7示出了本发明实施例中的打印设备的结构示例七，该实施例中打印设备包括：加热部件10、给料部件20、第一移动部件30、固定部件40和第二移动部件50；其中，加热部件10选用激光光源，其与给料部件20位于承印基材1的同一侧，其直接照射在所述承印基材1与所述印制丝料2的接触面形成加热光斑。该实施例中的通过激光光源直接照射在承印基材1与所述印制丝料2的接触面上，不仅可以提升承印基材1 的表面温度，并且还可以实现对承印基材1的表面的改性处理，从而使熔料在承印基材1上表现改好的附着力。

进一步的，该实施例中作为加热部件10的激光光源以倾斜角度，照射在所述承印基材1上形成加热光斑，而印制丝料2则可以垂直于承印基材1 进行设置，以保证印制丝料2在承印基材1上的成型精度。该实施例中的第二移动部件50可以选用装配有加热部件10的旋转座，从而实现作为加热部件10的激光光源的照射角度的调整。

优选地，本发明实施例中的印制丝料2为垂直于承印基材1设置，以保证打印图案的打印精度，但对于打印图案的线路宽度大小不一的情况下，也可以通过倾斜设置印制丝料2以满足不同方式移动时的不同大小的线径需求。

本发明实施例中的印制丝料可采用由低熔点金属制成或主要成份为低熔点金属，低熔点金属具体可为熔点在300℃以下的低熔点金属单质或低熔点金属合金，该低熔点金属可在满足上述熔点要求的前提下，包括：镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、银、铜、钠、钾、镁、铝、铁、镍、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅、钌、铑、钯、锇、铱、铂、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪等中的一种或多种成份。

可选地，本发明实施例中的熔点在300℃以下的金属单质可为镓单质、铟单质、锡单质、钠单质、钾单质、铷单质、铯单质、锌单质、铋单质中的一种。

可选地，熔点在300℃以下的合金可为镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金中的一种或几种。

优选地，本发明实施例中的印制丝料选用室温固态的低熔点金属，该类低熔点金属在室温状态下可保持固体状态，但其熔点相对于常规的金属铁、铜等类而言，其熔点可在40℃-300℃之间，该类低熔点金属可在较低的加热条件下处于液体状态，从而满足作为打印材料的需求。除此之外，如果在低温环境下使用打印设备，印制丝料亦可以选用室温液态的低熔点金属。再有，本发明实施例中的印制丝料除了上述低熔点金属之外，亦可以选用现有技术中的其它常规的印制丝料进行使用。

本发明实施例中的承印基材1可根据选用的印制丝料2的熔化温度选用相应的耐温材质，并且其可以选用平面基材，也可以选用三维立体基材。

本发明的另一个目的在于提出一种打印方法，以解决现有技术中存在的问题。该打印方法，包括：在印制丝料接触承印基材之前或同时，使所述承印基材或所述承印基材与所述印制丝料接触的局部区域达到不低于所述印制丝料的熔化温度的第一表面温度，进而使与所述承印基材接触的印制丝料熔化并附着在该局部区域，并通过所述印制丝料与所述承印基材之间的相对移动形成打印图案。

具体地，该打印方法可依托本发明实施例中的打印设备所实现，可依照上述打印设备的结构特定和使用方法进行，在此不进行赘述。

本发明实施例中是通过控制承印基材的表面温度达到印制丝料的熔融温度，使印制丝料只有在接触到承印基材后才会被熔化，并通过印制丝料与承印基材之间的相对移动形成打印图案，该方法避免了提前熔化容易造成熔融浆料的形态不稳定不可控的问题；再有，现有技术中印制丝料的生产工艺十分成熟，因此印制丝料的规格尺寸的精度极高，进一步保障了本发明实施例中的打印设备的打印精度。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。