三维打印用的热转印带、三维打印机及其打印方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维打印用的热转印带、采用这种热转印带的三维打印机及其打印方法，所述三维打印机包括间距可调节的承印台和打印头，打印头与承印台之间设有由走带机构驱动而连续通过的热转印带，所述打印头为作用于热转印带的热转印打印头；热转印带包括带基，在带基朝向承印台的第一侧设有可热转印至承印台上并至少部分固化的成型材料层。进一步地，在带基的第一侧还设有可热转印的着色剂层，成型材料层和着色剂层在带基的长度方向上呈交替分布。本发明将热转印技术运用到三维打印上，使得三维打印机的结构简单、操作便捷，相对于传统的三维打印技术而言，极大地提高了成型速度，且打印精度较高。
【专利说明】三维打印用的热转印带、三维打印机及其打印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维打印【技术领域】，特别涉及一种三维打印用的热转印带、采用这种热转印带的三维打印机及其打印方法。
【背景技术】
[0002]三维打印又称3D打印，是快速成型技术的一种。它是以数字模型文件为基础，运用粉末状或液体状的金属、塑料等可粘合材料，经过逐层打印的方式来构造物体的技术。该物体构造过程不再需要传统的刀具、夹具和机床等加工制造设备就可以打造出任意形状的立体物品。
[0003]传统的三维打印过程首先是通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导打印机逐层打印。作为三维打印技术的代表，FDM(Fused Deposit1n Modeling,熔融沉积成型)是一种通过熔融材料叠加堆积而形成三维实体模型的工艺，一般采用逐层固化成型方法，使打印后的树脂一层一层地变成固体，从而产生固体成像产品。其中常见的成型材料包括ABS、PLA等，基本上是通过从三维打印机的打印头上端输入线状的成型材料，然后经打印头内高温熔融再从打印头出口挤出约0.Γ0.2mm左右的丝状材料，然后把这种丝状材料按照程序，规律地布置在打印托板上，从而实现三维成型。
[0004]利用上述三维打印工艺来制造三维实体时，在具体的成型过程中，三维实体的一些悬空或者镂空部位需要相应的辅助材料来充填其中以提供支撑作用。通常选用的辅助支撑材料都是既适合喷射操作又可以固化的材料如蜡等。这就导致制作三维实体物之前还需要准备不同的辅助支撑材料，同时制作三维实体物的过程被复杂化，且三维实体物成型后同辅助支撑材料之间的分离过程亦变得繁复异常，这些因素还会导致三维实体物的成型精度偏低，增大三维实体物的后续加工操作。
[0005]传统的热升华转印技术是通过丝网印刷将热升华转印油墨印刷到纸或塑料膜等上，将印好图文的纸或塑料膜等与织物重叠一起加热、加压或减压，纸或塑料膜等上的染料就升华成气相状态转移到织物上。除织物外，还可以转印到陶瓷、金属等制品上。随着高科技突飞猛进的发展，热升华转印技术也得到进一步扩展和提高，比如采用电脑进行图像处理与设计，然后通过喷墨打印机将图像打印在纸或膜上，省去制版过程，效率高。然而，在现有技术中，热升华转印技术只应用在平面或曲面印刷上，而尚未将其与三维打印结合应用。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的在于提供一种打印速度快、成型精度高的三维打印用的热转印带。
[0007]本发明的另一个目的在于提供一种结构简单、操作便捷、打印速度快、成型精度高的三维打印机。
[0008]本发明的再一个目的在于提供一种操作便捷、打印速度快、成型精度高的三维打印方法。
[0009]为实现上述第一个目的，本发明采用了以下的技术方案:设计一种三维打印用的热转印带，包括具有第一侧和第二侧的带基，在所述带基的第一侧设有可热转印至承印台上并至少部分固化的成型材料层。
[0010]由上述方案可见，将本发明的热转印带运用到三维打印上，使得三维打印机的结构简单、操作便捷，相对于传统的三维打印技术而言，极大地提高了成型速度，且打印精度较闻。
[0011]进一步的技术方案为，在所述带基的第一侧还设有可热转印的着色剂层，所述成型材料层和所述着色剂层在所述带基的长度方向上呈交替分布。由于在转印带上增加了着色剂层，使得该热转印带可适用于彩色三维打印。
[0012]进一步的技术方案为，所述成型材料层和着色剂与所述带基之间设有脱离层，使得成型材料层和着色剂层可以更容易地从带基上脱离。
[0013]进一步的技术方案为，在所述带基的第二侧设有背涂层，该背涂层可起到耐热润滑和保护的作用。
[0014]根据本发明，所述热转印带可以为热升华转印带或热固转印带。
[0015]为实现上述第二个目的，本发明采用了以下的技术方案:设计一种三维打印机，包括间距可调节的承印台和打印头，所述打印头与所述承印台之间设有由走带机构驱动而连续通过的热转印带，所述打印头为作用于所述热转印带的热转印打印头；所述热转印带包括带基，在所述带基朝向所述承印台的第一侧设有可热转印至所述承印台上并至少部分固化的成型材料层。
[0016]由上述方案可见，本发明将热转印技术运用到三维打印上，使得三维打印机的结构简单、操作便捷，相对于传统的三维打印技术而言，极大地提高了成型速度，且打印精度较闻。
[0017]进一步的技术方案为，在所述带基的第一侧还设有可热转印的着色剂层，所述成型材料层和所述着色剂层在所述带基的长度方向上呈交替分布。由于在转印带上增加了着色剂层，使得该三维打印机可适用于彩色三维打印。
[0018]进一步的技术方案为，所述成型材料层和着色剂与所述带基之间设有脱离层，使得成型材料层和着色剂层可以更容易地从带基上脱离。
[0019]进一步的技术方案为，在所述带基朝向所述打印头的第二侧设有背涂层，该背涂层可起到耐热润滑和保护的作用。
[0020]根据本发明的三维打印机，所述热转印打印头为热升华转印打印头或热固转印打印头，所述热转印带为热升华转印带或热固转印带。
[0021]进一步的技术方案为，所述承印台设置在升降调节机构上，所述热转印打印头位于该承印台的上方。
[0022]为实现上述第三个目的，本发明采用了以下的技术方案:设计一种三维打印机的打印方法，包括以下步骤:
I)制带步骤:根据待打印三维实体的最大尺寸确定带基的宽度以及每个成型材料层的长度，然后沿所述带基的长度方向将多个成型材料层依次附着在带基的表面而制成热转印带； 2)建模步骤:在计算机内制作出待打印三维实体的立体模型；
3)分层步骤:对所述立体模型进行切片分层，得到每层的三维实体成型数据，并将所述三维实体成型数据提供给所述三维打印机的控制单元；
4)成型材料转印步骤:根据所述三维实体成型数据，由所述控制单元控制所述热转印打印头，将所述成型材料层转印至所述承印台上，所述热转印打印头的工作面在打印过程中具有温度较高的成型结构打印区域和温度较低的支撑结构打印区域；其中，所述热转印带的成型材料层上对应于所述成型结构打印区域的成型材料受热后转印至所述承印台上，并且熔化后固化成为成型结构薄层；所述热转印带的成型材料层上对应于所述支撑结构打印区域的成型材料受热后转印至所述承印台上，并保持为未熔化状态，以作为成型结构的支撑结构；
5)持续重复上述成型材料转印步骤，将所述热转印带上的成型材料层逐层转印叠加至所述承印台上，直到完成包含成型结构和支撑结构在内的实体的转印；
6)去除所述支撑结构，得到所需的三维实体。
[0023]由上述方案可见，本发明将热转印技术运用到三维打印上，使得三维打印机的结构简单、操作便捷，相对于传统的三维打印技术而言，极大地提高了成型速度，且打印精度较闻。
[0024]进一步的技术方案为，在所述制带步骤中，还包括了根据待打印三维实体的最大尺寸确定每个着色剂层的长度，并使所述成型材料层和着色剂层在所述带基的长度方向上呈交替分布；在所述分层步骤中，还得到每层的图案颜色数据，并将所述图案颜色数据提供给所述三维打印机的控制单元；在进行所述成型材料打印步骤之后，根据所述图案颜色数据，由所述控制单元控制所述热转印打印头，将所述着色剂层转印至所述承印台上已固化的成型结构薄层。
[0025]根据本发明三维打印机的打印方法，所述热转印打印头为热升华转印打印头或热固转印打印头，所述热转印带为热升华转印带或热固转印带。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明三维打印机的第一种实施例的结构示意图；
图2是图1所示三维打印机中所用的热升华转印带的剖视图；
图3是本发明三维打印机的第二种实施例所用的热固转印带的剖视图。
【具体实施方式】
[0027]下面将详细描述本发明的各种实施方式，其中的实施例结合附图进行说明并在下文中描述。尽管本发明将结合示例性实施方式进行说明，应当理解本发明不限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅包括这些实施方式，而且还包括各种变形、改进。
[0028]第一实施例
如图1所示，本实施例的三维打印机包括承印台I和位于该承印台I上方的热升华转印打印头2，该热升华转印打印头2通过弹簧3连接于打印头固定板4，所述承印I设置在未示出的升降调节机构上，使得承印台I与热升华转印打印头2之间的垂直距离可调节。热升华转印打印头2与承印台I之间设有由走带机构连续移动的热升华转印带5,该走带机构主要包括出膜带固定轮7、出膜带限位轮8、入膜带固定轮9、入膜带限位轮10等，热升华转印打印头2可作用于热升华转印带5。
[0029]如图2所示，所述热升华转印带5包括带基51，在带基51朝向承印台I的下表面附着有多个成型材料层53，多个成型材料层53沿带基51的长度方向连续地分布。成型材料层53可在热升华转印打印头2的作用下通过热升华的方式转印至承印台I上并至少部分实现固化。在带基51朝向热升华转印打印头2的上表面附着有用于耐热润滑的背涂层54。在本实施例中，带基51采用聚酯薄膜，背涂层54由连结料和助剂制成，连结料可选用有机硅树脂，助剂可选用与有机硅树脂配合使用的固化催化剂。成型材料层53包含成型材料粉末(例如ABS或PLA)和固定成型材料粉末的连结剂，连结剂可选用蜡基结构材料等。
[0030]当热升华转印带5在走带机构的驱动下从热升华转印打印头2与承印台I之间连续通过时，在热升华转印带5上附着的三维打印成型材料被携带至承印台I的上方，此时在位于承印台I正上方的热升华转印打印头2的作用下，三维打印成型材料以热升华的方式被转移至承印台I上，并逐层固化而形成三维实体模型。
[0031]采用上述实施例的三维打印机进行打印时，具体包括以下步骤:
O制带步骤:根据待打印三维实体的最大尺寸确定带基51的宽度以及每个成型材料层53的长度，然后沿带基51的长度方向将多个成型材料层53依次附着在带基51的表面而制成热升华转印带5 ；
2)建模步骤:在计算机内制作出待打印三维实体的立体模型；
3)分层步骤:对所述立体模型进行切片分层，得到每层的三维实体成型数据，并将所述三维实体成型数据提供给三维打印机的控制单元；
4)成型材料转印步骤:根据所述三维实体成型数据，由所述控制单元控制热升华转印打印头2，将成型材料层53依次转印至承印台I上，热升华转印打印头2的工作面在打印过程中具有温度较高的成型结构打印区域和温度较低的支撑结构打印区域；其中，成型材料层53上对应于所述成型结构打印区域的成型材料受热后转印至承印台I上，并且熔化后固化成为成型结构11的一个薄层；成型材料层53上对应于所述支撑结构打印区域的成型材料受热后转印至承印台I上，并保持为未熔化状态，以作为成型结构11的支撑结构12 ；
5)持续重复上述成型材料转印步骤，将热升华转印带5上的成型材料层53逐层转印叠加至承印台I上，直到完成包含成型结构11和支撑结构12在内的实体的转印；
6)去除所述支撑结构12，剩下的成型结构11即为所需的三维实体。
[0032]第二实施例
本实施例的基本构成与上述第一实施例类似，区别在于，将热升华转印打印头和热升华转印带分别替换成热固转印打印头和热固转印带；另外，承印台设置为固定不动，而热固转印打印头和走带机构则设置为可升降调节，同样能够实现三维打印的需要。如图3，本实施例当中所采用的热固转印带6包括带基61，在带基61的下表面依次附着有脱离层62和沿带基61长度方向呈交替分布的多个成型材料层63和多个着色剂层65、66、67，各成型材料层63和着色剂层65、66、67均可在热固转印打印头的作用下通过热固转印的方式转印至承印台上。由于在转印带上增加了着色剂层，因此本实施例的三维打印机可适用于彩色三维打印。
[0033]成型材料层63包含成型材料粉末和固定成型材料粉末的连结剂，连结剂可选用蜡基结构材料等。着色剂层65、66、67分别包含连结剂和红、黄、蓝三种颜色的着色剂(染料)，连结剂可选用蜡基结构材料等。脱离层62的作用是使成型材料层63和着色剂层65、66,67更容易地从带基61上脱离。在带基61的上表面附着有用于耐热润滑的背涂层64。
[0034]采用上述实施例的三维打印机进行打印时，具体包括以下步骤:
1)制带步骤:根据待打印三维实体的最大尺寸确定带基61的宽度、每个成型材料层63的长度以及每个着色剂层65、66、67的长度，然后沿带基61的长度方向将多个成型材料层53和着色剂层65、66、67呈交替分布地依次附着在带基61的表面而制成热固转印带6 ；
2)建模步骤:在计算机内制作出待打印三维实体的立体模型；
3)分层步骤:对所述立体模型进行切片分层，得到每层的三维实体成型数据和图案颜色数据，并将所述三维实体成型数据和图案颜色数据提供给三维打印机的控制单元；
4)成型材料转印步骤:根据所述三维实体成型数据，由所述控制单元控制热固转印打印头，将成型材料层63依次转印至承印台I上，热固转印打印头的工作面在打印过程中具有温度较高的成型结构打印区域和温度较低的支撑结构打印区域；其中，成型材料层63上对应于所述成型结构打印区域的成型材料受热后转印至承印台上，并且熔化后固化成为成型结构的一个薄层；成型材料层63上对应于所述支撑结构打印区域的成型材料受热后转印至承印台上，并保持为未熔化状态，以作为成型结构的支撑结构；
5)着色步骤:根据所述图案颜色数据，由控制单元控制热固转印打印头，将所述着色剂层依次转印至承印台上已固化的成型结构薄层；
6)持续重复上述成型材料转印步骤和着色步骤，将热固转印带6上的成型材料层63和着色剂层65、66、67逐层转印叠加至承印台上，直到完成包含成型结构和支撑结构在内的实体的转印以及成型结构的着色；
7)去除所述支撑结构，剩下的成型结构即为所需的彩色三维实体。
[0035]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.三维打印用的热转印带，包括具有第一侧和第二侧的带基，其特征在于，在所述带基的第一侧设有可热转印至承印台上并至少部分固化的成型材料层。
2.根据权利要求1所述三维打印用的热转印带，其特征在于:在所述带基的第一侧还设有可热转印的着色剂层，所述成型材料层和所述着色剂层在所述带基的长度方向上呈交替分布。
3.根据权利要求2所述三维打印用的热转印带，其特征在于:所述成型材料层和着色剂与所述带基之间设有脱离层。
4.根据权利要求1所述三维打印用的热转印带，其特征在于:在所述带基的第二侧设有背涂层。
5.根据权利要求1所述三维打印用的热转印带，其特征在于:所述热转印带为热升华转印带或热固转印带。
6.三维打印机，包括间距可调节的承印台和打印头，其特征在于，所述打印头与所述承印台之间设有由走带机构驱动而连续通过的热转印带，所述打印头为作用于所述热转印带的热转印打印头；其中，所述热转印带为根据权利要求1至5任一项所述的热转印带。
7.根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于:所述承印台设置在升降调节机构上，所述热转印打印头位于该承印台的上方。
8.如权利要求6所述三维打印机的打印方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)制带步骤:根据待打印三维实体的最大尺寸确定带基的宽度以及每个成型材料层的长度，然后沿所述带基的长度方向将多个成型材料层依次附着在带基的表面而制成热转印带; 2)建模步骤:在计算机内制作出待打印三维实体的立体模型； 3)分层步骤:对所述立体模型进行切片分层，得到每层的三维实体成型数据，并将所述三维实体成型数据提供给所述三维打印机的控制单元； 4)成型材料转印步骤:根据所述三维实体成型数据，由所述控制单元控制所述热转印打印头，将所述成型材料层转印至所述承印台上，所述热转印打印头的工作面在打印过程中具有温度较高的成型结构打印区域和温度较低的支撑结构打印区域；其中，所述热转印带的成型材料层上对应于所述成型结构打印区域的成型材料受热后转印至所述承印台上，并且熔化后固化成为成型结构薄层；所述热转印带的成型材料层上对应于所述支撑结构打印区域的成型材料受热后转印至所述承印台上，并保持为未熔化状态，以作为成型结构的支撑结构； 5)持续重复上述成型材料转印步骤，将所述热转印带上的成型材料层逐层转印叠加至所述承印台上，直到完成包含成型结构和支撑结构在内的实体的转印； 6)去除所述支撑结构，得到所需的三维实体。
9.根据权利要求8所述三维打印机的打印方法，其特征在于:在所述制带步骤中，还包括了根据待打印三维实体的最大尺寸确定每个着色剂层的长度，并使所述成型材料层和着色剂层在所述带基的长度方向上呈交替分布；在所述分层步骤中，还得到每层的图案颜色数据，并将所述图案颜色数据提供给所述三维打印机的控制单元；在进行所述成型材料打印步骤之后，根据所述图案颜色数据，由所述控制单元控制所述热转印打印头，将所述着色剂层转印至所述承印台上已固化的成型结构薄层。
10.根据权利要求8或9所述三维打印机的打印方法，其特征在于:所述热转印打印头为热升华转印打印头或热固转印打印头，所述热转印带为热升华转印带或热固转印带。
【文档编号】B22F3/115GK104290327SQ201410545840
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】苏健强, 何永刚 申请人:珠海天威飞马打印耗材有限公司