阅读说明：本技术 一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机及其打印方法 (Silica gel 3D printer based on Core XY structure and printing method thereof ) 是由 田晓青 蒋承俊 邹高林 唐之晨 邹子宁 陈振超 卢磊 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机及其打印方法。该硅胶3D打印机包括机架、打印模块、水平面电动模块、竖轴电动模块、水平轨迹定位模块、竖轴轨迹定位模块、运行轨迹生成模块以及总控模块。打印模块包括打印平面和点胶针筒,水平面电动模块包括水平运动平台。水平面电动模块带动点胶针筒在X轴或Y轴方向上运动。竖轴电动模块带动打印平面在机架的Z轴方向上运动。水平轨迹定位模块包括距离传感器一和距离传感器二,竖轴轨迹定位模块包括距离传感器三。运行轨迹生成模块获得点胶针筒三维运行轨迹曲线,总控模块用于纠正三维运行轨迹曲线。本发明具备能够自纠偏差的功能,提高打印精度和打印效果,保证3D打印的稳定性。(The invention discloses a silica gel 3D printer based on a Core XY structure and a printing method thereof. The silica gel 3D printer comprises a rack, a printing module, a horizontal plane electric module, a vertical axis electric module, a horizontal track positioning module, a vertical axis track positioning module, a running track generating module and a master control module. The printing module comprises a printing plane and a dispensing needle cylinder, and the horizontal electric module comprises a horizontal moving platform. The horizontal plane electric module drives the dispensing needle cylinder to move in the X-axis or Y-axis direction. The vertical shaft electric module drives the printing plane to move in the Z-axis direction of the rack. The horizontal track positioning module comprises a first distance sensor and a second distance sensor, and the vertical axis track positioning module comprises a third distance sensor. The movement track generation module obtains a three-dimensional movement track curve of the dispensing needle cylinder, and the master control module is used for correcting the three-dimensional movement track curve. The invention has the function of self-correcting deviation, improves the printing precision and the printing effect and ensures the stability of 3D printing.)

一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域的一种硅胶3D打印机，尤其涉及一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机，还涉及该打印机的基于Core XY结构的硅胶3D打印方法。

背景技术

液体硅胶相对于固体高温硫化硅橡胶，具有流动性好，硫化快，安全环保，可达到食品级要求等优点，且在交联硫化过程中不产生副产物，收缩率极小，能深层固化，无毒害无腐蚀。硫化后的液体硅胶具有优异的物理机械性能和电性能，且有高低温性能好、耐候性佳、表面张力低、环境友好、不易燃等特点，可用于食品、医疗、密封、汽车、电子电器等领域。

液体硅胶的传统加工方法有注射成型加工及模压成型加工。注射成型加工有生产周期长，重复劳作等缺点，而模压成型加工的模具制造成本高且有脱模限制，两种方法也都不利于制造梯度功能材料。因此，可以将液体硅胶应用到3D打印领域，但是，现有的光固化成型、激光烧结成型等3D打印技术对材料的要求有所不同，液体硅胶吸水固化，难以采用激光烧结成型进行加工，而若选用光固化工艺快速成型，液体硅胶会因引入光敏组分和光引发剂而导致硅胶材料的安全性和物理性能显著降低，降低了硅胶产品的应用价值，同时有一定毒性，不能满足食品医疗等领域的要求。

通过Core XY结构实现3D打印具有对原材料要求低、易于调试改装、设备成本低、适合大规模应用等优点，同时硅胶产品很好地保留了硅胶的性能，固化后弹性佳、强度高，但是由于Core XY结构中使用传送皮带及多个滑轮，传送皮带和滑轮长期使用会出现形变，这样往往会导致点胶针筒发生偏差，进而使打印跑偏，使最终打印的产品与实际需要的产品出现较大的偏差，3D打印精度比较低。

发明内容

为解决现有的3D打印机通过Core XY结构实现打印会出现打印偏差，打印精度较低的技术问题，本发明提供一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机及其打印方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其包括：

机架；

打印模块，其包括打印平面和点胶针筒；点胶针筒的针头朝向打印平面设置；

水平面电动模块，其包括水平运动平台；点胶针筒安装在水平运动平台上，水平面电动模块通过水平运动平台带动点胶针筒在机架的水平面上的X轴或Y轴方向上运动；

竖轴电动模块，其用于带动打印平面在机架的Z轴方向上运动；其中，X轴、Y轴、Z轴构成一个三维直角坐标系；

总控模块，其用于控制水平面电动模块和竖轴电动模块，使点胶针筒与打印平面按照一个预设路径相对运动以进行3D打印；

水平轨迹定位模块，其包括距离传感器一和距离传感器二；所述距离传感器一安装在水平运动平台上，用于检测点胶针筒的针头在机架的长度方向上的移动距离一，并将所述移动距离一转换为所述三维直角坐标系中的移动矢量一；所述距离传感器二安装在水平运动平台上，用于检测点胶针筒的针头在机架的宽度方向上的移动距离二，并将所述移动距离二转换为所述三维直角坐标系中的移动矢量二；

竖轴轨迹定位模块，其包括距离传感器三；所述距离传感器三安装在打印平面上，用于检测打印平面相对机架的升降高度，并将所述升降高度转换为所述三维直角坐标系中的移动矢量三；以及

运行轨迹生成模块，其用于将所述移动矢量一、所述移动矢量二以及所述移动矢量三按照打印时间进行叠加，获得点胶针筒在所述三维直角坐标系中的三维运行轨迹曲线；

其中，所述总控模块还用于先比较所述三维运行轨迹曲线与所述预设路径，获取轨迹位置偏差曲线，再判断所述轨迹位置偏差曲线中当前时间段中的最大偏差距离是否大于一个预设偏差距离；在所述最大偏差距离大于所述预设偏差距离时，所述总控模块先根据所述最大偏差距离所在的偏差向量与X轴、Y轴、Z轴的夹角，确定纠正方向，再根据所述纠正方向获取下一时间段的运动矢量，最后根据所述运动矢量驱使水平面电动模块和竖轴电动模块纠正所述三维运行轨迹曲线。

本发明通过水平轨迹定位模块的距离传感器一和距离传感器二分别检测点胶针筒的针头在机架的长宽方向上的移动距离，并转化为三维直角坐标系中的移动矢量一、二，通过竖轴轨迹定位模块的距离传感器三检测打印平面的升降高度，并转化为三维直角坐标系中的移动矢量三，通过运行轨迹生成模块将这些移动矢量按照打印时间进行叠加，从而获得点胶针筒的三维运动轨迹曲线，这样总控模块就可以先将该曲线与预设路径进行比对，获得轨迹位置偏差曲线，再判断轨迹位置偏差曲线中当前时间段的最大偏差距离是否大于预设偏差距离，一旦大于预设偏差距离就计算偏差向量与各个轴的夹角，确定纠正方向，然后获取下一时间段的运动矢量并以此驱使水平面电动模块和竖轴电动模块纠正三维运行轨迹曲线，解决了现有的3D打印机通过Core XY结构实现打印会出现打印偏差，打印精度较低的技术问题，得到了打印精度高，能够自动纠正打印偏差，从而提高打印效果的技术效果。

作为上述方案的进一步改进，所述硅胶3D打印机还包括：

气压控制装置，其包括压力传感器和电子调压阀；所述压力传感器用于检测点胶针筒内的气压值；所述电子调压阀用于调节进入点胶针筒的硅胶量；以及

温度控制装置，其包括加热片、加热网、温控模块、温度传感器一、温度传感器二以及至少一个温度传感器三；所述加热片安装在点胶针筒中，所述加热网安装在打印平面上，所述温控模块用于调节机架中的环境温度；所述温度传感器一用于检测点胶针筒内硅胶的温度值一；所述温度传感器二安装在打印平面的底部，并用于检测打印平面的温度值二；所述温度传感器三安装在机架上，并用于检测机架中的温度值三；所述硅胶为热固化硅胶；

或，

湿度控制装置，其包括湿度传感器和加湿器；所述加湿器安装在机架上，并用于调节机架中的环境湿度；所述湿度传感器用于检测机架中的湿度值；所述硅胶为湿固化硅胶；

或，

紫外灯，其安装在机架(1)上，并用于向照射从点胶针筒挤出的硅胶；所述硅胶为UV固化硅胶；

其中，所述总控模块还用于根据点胶针筒内的硅胶种类，在一个预设的硅胶成型参数库中查询出所述硅胶的打印温度、打印压力范围、成型温度以及成型湿度，并判断所述气压值是否位于一个所述打印压力范围内，还判断所述温度值一是否达到所述打印温度，还判断所述温度值二是否均为所述成型温度，还判断所述温度值三是否均为所述成型温度，还判断所述湿度值是否为所述成型湿度；在所述气压值小于所述打印压力范围的下限值时，所述总控模块驱使所述电子调压阀增大所述硅胶量；在所述气压值大于所述打印压力范围的上限值时，所述总控模块驱使所述电子调压阀减少所述硅胶量；在所述温度值一未达到所述打印温度时，所述总控模块驱使所述加热片进行加热；在所述温度二未达到所述成型温度时，所述总控模块驱使所述加热网进行加热；在所述温度三未达到所述成型温度时，所述总控模块驱使所述温控模块增加所述环境温度；在所述湿度值未达到所述成型湿度时，所述总控模块驱使所述加湿器增大所述环境湿度。

作为上述方案的进一步改进，水平面电动模块包括电机一、电机二以及移动组件；电机一和电机二均安装在机架上，并通过所述移动组件以预设的一个Core XY结构驱动方式驱使水平运动平台运动。

作为上述方案的进一步改进，竖轴电动模块包括至少两个电机三、分别与至少两个电机三对应的至少两组丝杆组件以及多根光杆一；每组丝杆组件包括相互配合的丝杠和丝杆套；电机三安装在机架上，且输出轴与对应的丝杠连接；丝杆套固定在打印平面上；光杆一的两端固定在机架上，并与丝杠平行设置；光杆一穿过打印平面以使打印平面沿着光杆一的轴向运动。

进一步地，所述移动组件包括两根同步带、至少两根光杆二、分别与两根同步带对应的两个同步带轮、八个定滑轮、分别与至少两根光杆二对应的至少两个直线轴承、至少两根光杆三以及分别与至少两根光杆三对应的至少两个滑块；至少两根光杆三平行设置，并位于机架顶部的相对两侧；每根光杆三穿过对应的滑块且两端固定在机架上；至少两根光杆二平行设置，每根光杆二的两端分别固定在两个滑块上；每个直线轴承套在对应的光杆二上，并安装在水平运动平台上；其中一个同步带轮安装在电机一的输出轴上，其中另一个同步带轮安装在电机二的输出轴上；八个定滑轮均安装在机架上，并分为等数量的两组；两根同步带的同一端固定在水平运动平台的相对一侧上，两根同步带的同另一端固定在水平运动平台的相对另一侧上；其中一根同步带依次同其中一组定滑轮以及对应的同步带轮配合，其中另一根同步带依次同其中另一组定滑轮以及对应的同步带轮配合，以构成一个Core XY结构；在电机一、电机二同向转动时，两根同步带拉动水平运动平台沿着X轴方向移动；在电机一、电机二反向转动时，两根同步带拉动水平运动平台沿着Y轴方向移动。

作为上述方案的进一步改进，水平面电动模块还包括夹具；夹具包括两个夹片以及多个连接件；两个夹片夹住点胶针筒，并通过多个连接件相固定。

进一步地，机架还包括底板；光杆一的底端固定在底板上，电机三安装在底板上；

所述硅胶为中性固化密封胶。

再进一步地，点胶针筒在X轴与Y轴构成的平面上的位移公式为：

ΔX＝1/2(ΔA+ΔB)

ΔY＝1/2(ΔA-ΔB)

式中，ΔA为电机一输出的线位移，ΔB为电机二输出的线位移；ΔX为点胶针筒在X轴方向的位移，ΔY为点胶针筒在Y轴方向的位移。

本发明还提供一种基于Core XY结构的硅胶3D打印方法，其应用于上述任意所述的基于Core XY结构的硅胶3D打印机中，其包括以下步骤：

检测点胶针筒的针头在机架的长度方向上的移动距离一、在机架(1)的宽度方向上的移动距离二，并将所述移动距离一转换为所述三维直角坐标系中的移动矢量一，将所述移动距离二转换为所述三维直角坐标系中的移动矢量二；

检测打印平面相对机架的升降高度，并将所述升降高度转换为所述三维直角坐标系中的移动矢量三；

将所述移动矢量一、所述移动矢量二以及所述移动矢量三按照打印时间进行叠加，获得在所述三维直角坐标系中的三维运行轨迹曲线；

比较所述三维运行轨迹曲线与所述预设路径，获取轨迹位置偏差曲线；

判断所述轨迹位置偏差曲线中当前时间段中的最大偏差距离是否大于一个预设偏差距离；

在所述最大偏差距离大于所述预设偏差距离时，先根据所述最大偏差距离所在的偏差向量与X轴、Y轴、Z轴的夹角，确定纠正方向，再根据所述纠正方向获取下一时间段的运动矢量，最后根据所述运动矢量驱使水平面电动模块和竖轴电动模块纠正所述三维运行轨迹曲线。

作为上述方案的进一步改进，所述硅胶3D打印方法还包括以下步骤：

(a)根据待打印硅胶产品的模型，对模型进行抽壳处理以获得中空外壳结构，并对所述中空外壳结构进行切片处理以获得3D打印运动控制文件；

(b)根据硅胶总用量在点胶针筒中预置液态硅胶，并排除点胶针筒中的气泡，还使点胶针筒的针头位于机械零点；

(c)当打印第N层时，N为正整数，根据所述3D打印运动控制文件控制竖轴电动模块，使打印平面按照所述预设路径中的Z轴运动分量运动到第N层的高度，控制点胶机在预定压力下将液体硅胶从点胶针筒中挤出，同时对水平面电动模块联动控制，将点胶针筒按照所述预设路径中的水平面运动分量移动，使挤出的液体硅胶在预设位置快速固化；

(d)在完成第N层打印后，控制竖轴电动模块带动打印平面上升或下降，转入第N+1层，重复步骤(c)直至完成打印。

相较于现有的3D打印机，本发明的基于Core XY结构的硅胶3D打印机及其打印方法具有以下有益效果：

1、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其水平轨迹定位模块的距离传感器一和距离传感器二分别检测点胶针筒的针头在机架的长宽方向上的移动距离，并转化为三维直角坐标系中位于X轴和Y轴方向的移动矢量一、二，通过竖轴轨迹定位模块的距离传感器三检测打印平面的升降高度，并转化为三维直角坐标系中位于Z轴方向的移动矢量三，通过运行轨迹生成模块将这些移动矢量按照打印时间进行叠加，从而获得点胶针筒的三维运动轨迹曲线，这样总控模块就可以先将该曲线与预设路径进行比对，获得轨迹位置偏差曲线，再判断轨迹位置偏差曲线中当前时间段的最大偏差距离是否大于预设偏差距离，一旦大于预设偏差距离就计算偏差向量与各个轴的夹角，确定纠正方向，然后获取下一时间段的运动矢量并以此驱使水平面电动模块和竖轴电动模块纠正三维运行轨迹曲线。在由于纠正三维运行轨迹曲线的过程可以实时进行，因此在3D打印中就可以对偏差进行纠正，这样即使在同步带轮与同步带出现相对滑动时，打印机也能够及时做出反应，这就解决了现有的3D打印机通过Core XY结构实现打印容易出现偏差而致使打印精度不能够满足需求的问题，从而使3D打印机具备能够自纠偏差的功能，提高打印精度和打印效果，保证3D打印的稳定性。

2、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其还设置气压控制装置、温度控制装置以及湿度控制装置。气压控制装置的压力传感器能够检测点胶针筒中的气压值，温度控制装置的各个温度传感器能够检测点胶针筒、打印平面、机架的温度，湿度控制装置的湿度传感器则可以检测湿度，而总控模块则可以根据硅料种类确定相应的打印温度、打印压力范围、成型温度以及成型湿度。在气压值不在打印压力范围内时，总控模块就会驱使电子调压阀调节进入的硅胶量，使压力值始终在打印压力范围，这样出胶更加均匀稳定，进而提升打印质量。当硅胶为热固化硅胶时，硅胶会在温度达到一定时热固化。在点胶针筒的硅胶温度不能够满足打印温度时，这时由于硅胶的流动性较差，可能会堵塞点胶针筒的针头，因而总控模块在此时则会通过加热片对点胶针筒中的硅胶进行加热，使硅胶温度始终达到打印温度，从而保证打印效率，降低打印的故障率。在打印平面或机架的温度达不到成型温度时，总控模块就会驱使加热网或温控模块进行加热，使从针头下落的硅胶所在的环境温度始终处于成型温度，从而能够加速硅胶成型，进一步提高硅胶打印效率。当硅胶为湿固化硅胶时，在环境湿度未达到打印湿度时，空气中的水分不能够满足硅胶吸水成型的需求，此时总控模块会驱使加湿器进行加湿，进而能够提高硅胶的成型速度，避免由于硅胶成型时间过长而出现不必要的形变，从而提高3D打印效果。当硅胶为UV固化硅胶时，紫外灯可以照射硅胶以使硅胶固化。

因此，该基于Core XY结构的硅胶3D打印机能够适应不同材料的硅胶，如热固化硅胶、湿固化硅胶、UV固化硅胶，拓宽3D打印机耗材的硅胶种类，满足不同的3D打印需求。

3、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其使用的Core XY结构相较于传统3D打印机中常见的龙门(i3)结构和十字轴结构，该结构的XY平面内的两个电机只需带动点胶针筒和X轴运动，Y轴固定，负载轻量化惯性小不易丢步，打印效果稳定。而相较于Delta并联臂结构，Core XY结构空间利用率高、调平难度低且在打印弧线时效果更佳。

4、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其对硅胶原料的依赖性低，常见的脱肟固化中性密封胶即可达到良好的打印效果，且能保留液体硅胶的特性，无毒无害，能满足食品医疗等领域的要求。

5、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其可在现有3D打印机上进行改进，可同时打印支撑结构和硅胶模型，具有设备成本低、应用范围广等优点。

6、该基于Core XY结构的硅胶3D打印方法，其有益效果与上述基于Core XY结构的硅胶3D打印机的有益效果相同，在此不再做赘述。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于Core XY结构的硅胶3D打印机的立体图。

图2为图1中的基于Core XY结构的硅胶3D打印机的正视图。

图3为图1中的基于Core XY结构的硅胶3D打印机的拆分后的部分结构立体图。

图4为图1中的基于Core XY结构的硅胶3D打印机的俯视图。

图5为图1中的基于Core XY结构的硅胶3D打印机的打印模块处的立体图。

图6为图1中的基于Core XY结构的硅胶3D打印机的Core XY结构绕线示意图。

符号说明：

1 机架 25 光杆二

2 水平面电动模块 26 同步带轮

3 竖轴电动模块 27 定滑轮

4 打印模块 28 直线轴承

11 底板 29 水平运动平台

12 框架 31 电机三

19 滑块 32 丝杠

20 光杆三 33 光杆一

21 电机一 34 丝杆套

22 电机二 41 打印平面

23 夹具 42 点胶针筒

24 同步带

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1-4，本实施例提供了一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机。该硅胶3D打印机采用Core XY结构实现平面二维运动，并利用液体硅胶作为原料进行打印。硅胶可以为中性固化密封胶，这个类型硅胶可于室温下在多种材质的打印平面上快速固化成型。该硅胶3D打印机可以是对现有的3D打印机做出改进后的打印机，也可以是独立生产的打印机。其中，该硅胶3D打印机包括机架1、打印模块4、水平面电动模块2、竖轴电动模块3、水平轨迹定位模块、竖轴轨迹定位模块、运行轨迹生成模块以及总控模块。

机架1可为框形结构，在本实施例中由两部分组成，其中一部分为框架12，另一部分则为底板11。框架12可以采用现有的打印机框架，其为四方结构，内部具有很大的空间以便于安装其他结构和进行3D打印。底板11安装在框架12中，其可用于放置打印产生的产品或其他打印过程中所需要的设备。机架1整体上可以采用铝合金等材料，并且在连接处可以通过角钢等加固件进行加固。机架1可以与其他生产设备相连，从而组成新的生产系统。

请参阅图5，打印模块4包括打印平面41和点胶针筒42，当然，在实际生产中还可以包括点胶机等部件。其中，点胶针筒42的针头朝向打印平面41设置，使得从针头挤出的液体硅胶能够落在打印平面41上，进而在打印平面41上形成打印产品。在本实施例中，打印平面41与底板11平行，打印平面41可以在机架1的竖轴方向即Z轴方向上移动。点胶针筒42所用针头材质和大小需根据所选液体硅胶的性质进行选择。打印完成后针头中残留的硅胶会缓慢固化，影响下一次的硅胶打印，故打印前需更换新的针头并估算硅胶用量注入硅胶，打印完成后需挤出点胶针筒42内剩余液体硅胶。

水平面电动模块2包括水平运动平台29，在本实施例中，其还可以包括电机一21、电机二22以及移动组件。水平面电动模块2也可以称为XY平面电动模块，其主要控制X轴和Y轴方向上点胶针筒42的移动。点胶针筒42安装在水平运动平台29上，水平面电动模块2通过水平运动平台29带动点胶针筒42在机架1的水平面上的X轴或Y轴方向上运动。电机一21和电机二22均通过固定件安装固定在机架1上，并通过移动组件以预设的一个Core XY结构驱动方式驱使水平运动平台29运动。电机一21和电机二22安装在框架12上，而且位于其中相邻的两个直角处。

在本实施例中，移动组件包括夹具23、同步带24、光杆二25、同步带轮26、定滑轮27、直线轴承28、光杆三20以及滑块19。夹具23包括两个夹片以及多个连接件，两个夹片夹住点胶针筒42，并通过多个连接件相固定。光杆三20的数量至少为两根，而且至少两根光杆三20平行设置，并位于机架1顶部的相对两侧。每根光杆三20穿过对应的滑块19且两端固定在机架1上。光杆二25的数量至少为两根，而且至少两根光杆二25平行设置，每根光杆二25的两端分别固定在两个滑块19上。直线轴承28的数量至少为两个，而且直线轴承28与光杆二25对应。每个直线轴承28套在对应的光杆二25上，并安装在水平运动平台29上。同步带轮26的数量为两个，其中一个同步带轮26安装在电机一21的输出轴上，其中另一个同步带轮26安装在电机二22的输出轴上。定滑轮27的数量为八个，八个定滑轮27均安装在机架1上，并分为等数量的两组。同步带24的数量也为两根，两根同步带24的同一端固定在水平运动平台29的相对一侧上，两根同步带24的同另一端固定在水平运动平台29的相对另一侧上。

请参阅图6，其中一根同步带24依次同其中一组定滑轮27以及对应的同步带轮26配合，其中另一根同步带24依次同其中另一组定滑轮27以及对应的同步带轮26配合，以构成一个Core XY结构。在电机一21、电机二22同向转动时，两根同步带24拉动水平运动平台29沿着X轴方向移动。在电机一21、电机二22反向转动时，两根同步带24拉动水平运动平台29沿着Y轴方向移动。Core XY结构的原理是通过两个电机同时控制XY的移动，左右两个电机同向的时候，往X轴移动，两个电机反向的时候往Y轴移动。两个电机的同时作用，力量比单个电机控制一轴来得要稳定，还能减少了XY平台上面一个电机的重量。其中，点胶针筒42在X轴与Y轴构成的平面上的位移公式为：

ΔX＝1/2(ΔA+ΔB)

ΔY＝1/2(ΔA-ΔB)

式中，ΔA为电机一21输出的线位移，ΔB为电机二22输出的线位移。ΔX为点胶针筒42在X轴方向的位移，ΔY为点胶针筒42在Y轴方向的位移。而且，上面公式满足ΔA＝ΔX+ΔY，ΔB＝ΔX-ΔY。

竖轴电动模块3用于带动打印平面41在机架1的Z轴方向上运动。其中，X轴、Y轴、Z轴构成一个三维直角坐标系。在本实施例中，竖轴电动模块3包括电机三31、丝杆组件以及光杆一33。电机三31与丝杆组件的数量均至少为两组，而且一一对应。其中，每组丝杆组件包括相互配合的丝杠32和丝杆套34。电机三31安装在机架1上，且输出轴与对应的丝杠32连接。丝杆套34固定在打印平面41上。光杆一33的数量为多根，具体多少可以根据实际需要进行确定。光杆一33的两端固定在机架1上，并与丝杠32平行设置。光杆一33穿过打印平面41以使打印平面41沿着光杆一33的轴向运动。在本实施例中，光杆一33的底端固定在底板11上，而电机三31安装在底板11上。

水平轨迹定位模块包括距离传感器一和距离传感器二。距离传感器一安装在水平运动平台29上，用于检测点胶针筒42的针头在机架1的长度方向上的移动距离一，并将移动距离一转换为三维直角坐标系中的移动矢量一。距离传感器二安装在水平运动平台29上，用于检测点胶针筒42的针头在机架1的宽度方向上的移动距离二，并将移动距离二转换为三维直角坐标系中的移动矢量二。距离传感器一和距离传感器二均可以采用现有的光电传感器，其通过发射器发射光束至固定的反射平面上，光束在反射平面上反射而回到接收器，这样就可以根据光束传播时间确定移动距离。当然，该反射平面在本实施例中需要单独设立，但是在其他实施例中则可以将机架1的各个侧面设置成能够反射光束的光滑面。距离传感器一和距离传感器二也可以采用超声波传感器，红外传感器等，其工作原理与光电传感器类似，只不过传播介质换成了超声波和红外光。在设置时，距离传感器一和距离传感器二所检测的方向是分别与X轴和Y轴方向相同的，这里将机架1的长度方向设置为X轴方向，将宽度方向设置为Y轴方向，将高度方向设置为Z轴方向。

竖轴轨迹定位模块包括距离传感器三，该传感器与距离传感器一、距离传感器二采用相同的传感器，可以直接向底板11发射光束。距离传感器三安装在打印平面41上，用于检测打印平面41相对机架1的升降高度，并将升降高度转换为三维直角坐标系中的移动矢量三。这里，当打印平面41上升时，移动矢量三的方向为正，数值为升降高度，在打印平面41下降时，移动矢量三的方向为负，数值为升降高度。同样，在确定移动矢量一、二的时候也可以提前进行定义。

运行轨迹生成模块用于将移动矢量一、移动矢量二以及移动矢量三按照打印时间进行叠加，获得点胶针筒42在三维直角坐标系中的三维运行轨迹曲线。三维运行轨迹曲线实际上为针头在机架1中的移动轨迹，其参照时间变化进行确定。三维直角坐标系中原点可以根据实际需要进行确定，一般情况下，先确定针头在机架1的初始位置在X轴和Y轴的方向上的投影点，再将该投影点直接在Z轴方向上投影至打印平面41上的点作为原点。

总控模块用于控制水平面电动模块2和竖轴电动模块3，使点胶针筒42与打印平面41按照一个预设路径相对运动以进行3D打印。总控模块还用于先比较三维运行轨迹曲线与预设路径，获取轨迹位置偏差曲线，再判断轨迹位置偏差曲线中当前时间段中的最大偏差距离是否大于一个预设偏差距离。在最大偏差距离大于预设偏差距离时，总控模块先根据最大偏差距离所在的偏差向量与X轴、Y轴、Z轴的夹角，确定纠正方向，再根据纠正方向获取下一时间段的运动矢量，最后根据运动矢量驱使水平面电动模块2和竖轴电动模块3纠正三维运行轨迹曲线。在最大偏差距离不大于预设偏差距离时，说明此时打印未出现较大的偏差，可以继续进行3D打印而无需纠正。

综上所述，相较于现有的3D打印机，本实施例的基于Core XY结构的硅胶3D打印机具有以下优点：

1、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其水平轨迹定位模块的距离传感器一和距离传感器二分别检测点胶针筒的针头在机架的长宽方向上的移动距离，并转化为三维直角坐标系中位于X轴和Y轴方向的移动矢量一、二，通过竖轴轨迹定位模块的距离传感器三检测打印平面的升降高度，并转化为三维直角坐标系中位于Z轴方向的移动矢量三，通过运行轨迹生成模块将这些移动矢量按照打印时间进行叠加，从而获得点胶针筒的三维运动轨迹曲线，这样总控模块就可以先将该曲线与预设路径进行比对，获得轨迹位置偏差曲线，再判断轨迹位置偏差曲线中当前时间段的最大偏差距离是否大于预设偏差距离，一旦大于预设偏差距离就计算偏差向量与各个轴的夹角，确定纠正方向，然后获取下一时间段的运动矢量并以此驱使水平面电动模块和竖轴电动模块纠正三维运行轨迹曲线。在由于纠正三维运行轨迹曲线的过程可以实时进行，因此在3D打印中就可以对偏差进行纠正，这样即使在同步带轮与同步带出现相对滑动时，打印机也能够及时做出反应，这就解决了现有的3D打印机通过Core XY结构实现打印容易出现偏差而致使打印精度不能够满足需求的问题，从而使3D打印机具备能够自纠偏差的功能，提高打印精度和打印效果，保证3D打印的稳定性。

2、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其使用的Core XY结构相较于传统3D打印机中常见的龙门i3结构和十字轴结构，该结构的XY平面内的两个电机只需带动点胶针筒和X轴运动，Y轴固定，负载轻量化惯性小不易丢步，打印效果稳定。而相较于Delta并联臂结构，Core XY结构空间利用率高、调平难度低且在打印弧线时效果更佳。

3、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其对硅胶原料的依赖性低，常见的脱肟固化中性密封胶即可达到良好的打印效果，且能保留液体硅胶的特性，无毒无害，能满足食品医疗等领域的要求。

4、该基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其可在现有3D打印机上进行改进，可同时打印支撑结构和硅胶模型，具有设备成本低、应用范围广等优点。

实施例2

本实施例提供了一种基于Core XY结构的硅胶3D打印机，该打印机在实施例1的基础上增加了气压控制装置，还可以增加温度控制装置、湿度控制装置、紫外灯中的一者。在本实施例中，硅胶为热固化硅胶、湿固化硅胶、UV固化硅胶中的一者。当硅胶为热固化硅胶时，打印机增加设置温度控制装置，当硅胶为湿固化硅胶时，打印机增加设置湿度控制装置，当硅胶为UV硅胶时，打印机增加设置紫外灯。接下来对这些额外增加的装置进行说明。

气压控制装置包括压力传感器和电子调压阀。压力传感器用于检测点胶针筒42内的气压值。电子调压阀用于调节进入点胶针筒42的硅胶量。压力传感器可以直接设置在点胶针筒42中，其能够对点胶针筒42中硅胶的压力进行检测。气压值的大小决定了点胶针筒42的针头出胶平稳性，只有在气压值处于一定范围内时，或直接等于一个定值时，针头才能够实现稳压点胶。这是因为，随着硅胶减少，点胶针筒42中的气体体积瞬间增大，点胶针筒42内的气压会瞬间减小，压力传感器检测到在气压减小，即通过电子调压阀即时补偿气压达到恒定气压点胶。

当硅胶为热固化硅胶时，硅胶需要加热才能固化，因此需要对其温度进行控制。其中，温度控制装置包括加热片、加热网、温控模块、温度传感器一、温度传感器二以及至少一个温度传感器三。加热片安装在点胶针筒42中，其能够对硅胶进行加热，使液体硅胶的温度不会过低。加热网安装在打印平面41上，其可以直接嵌入在打印平面41中，也可以安装在打印平面41的下部。温控模块用于调节机架1中的环境温度，其可以通过空调系统等外部设备实现对温度的调节。温度传感器一用于检测点胶针筒42内硅胶的温度值一，由于这里的温度较高，因此需要选择耐高温的温度传感器。温度传感器二安装在打印平面41的底部，并用于检测打印平面41的温度值二。温度传感器三安装在机架1上，并用于检测机架1中的温度值三。温度传感器二和温度传感器三所处于的温度低于温度传感器一所处于的温度，因此可以选择耐温稍低的传感器。

湿度控制装置包括湿度传感器和加湿器。加湿器安装在机架1上，并用于调节机架1中的环境湿度。湿度传感器用于检测机架1中的湿度值。湿度传感器可以与温度传感器三结合，采用同一个温湿度传感器。湿度是硅胶成型的一个重要参数，因此，对于湿度的检测非常重要。当然，在一些实施例中，检测的环境湿度可以通过显示仪器单独显示出来。加湿器可以采用现有的加湿器，其选购面比较广，一般而言，其可以与机架结合在一起，其供水可以通过单独的供水线路进行供水。

当硅胶为UV固化硅胶时，可以通过照射紫外线而使硅胶固化。紫外灯安装在机架1上，并用于向照射从点胶针筒挤出的硅胶。紫外灯的数量可以为多个，其不仅能够照射针头，还能够照射打印平面41，使紫外线均匀地射在硅胶上。

其中，总控模块还用于根据点胶针筒42内的硅胶种类，在一个预设的硅胶成型参数库中查询出硅胶的打印温度、打印压力范围、成型温度以及成型湿度，并判断气压值是否位于一个打印压力范围内，还判断温度值一是否达到打印温度，还判断温度值二是否均为成型温度，还判断温度值三是否均为成型温度，还判断湿度值是否为成型湿度。在气压值小于打印压力范围的下限值时，总控模块驱使电子调压阀增大硅胶量。在气压值大于打印压力范围的上限值时，总控模块驱使电子调压阀减少硅胶量。在温度值一未达到打印温度时，总控模块驱使加热片进行加热。在温度二未达到成型温度时，总控模块驱使加热网进行加热。在温度三未达到成型温度时，总控模块驱使温控模块增加环境温度。在湿度值未达到成型湿度时，总控模块驱使加湿器增大环境湿度。

本实施例的基于Core XY结构的硅胶3D打印机，其可以总控模块则可以根据硅料种类确定相应的打印温度、打印压力范围、成型温度以及成型湿度。在气压值不在打印压力范围内时，总控模块就会驱使电子调压阀调节进入的硅胶量，使压力值始终在打印压力范围，这样出胶更加均匀稳定，进而提升打印质量。当硅胶为热固化硅胶时，硅胶会在温度达到一定时热固化。在点胶针筒42的硅胶温度不能够满足打印温度时，这时由于硅胶的流动性较差，可能会堵塞点胶针筒42的针头，因而总控模块在此时则会通过加热片对点胶针筒42中的硅胶进行加热，使硅胶温度始终达到打印温度，从而保证打印效率，降低打印的故障率。在打印平面41或机架1的温度达不到成型温度时，总控模块就会驱使加热网或温控模块进行加热，使从针头下落的硅胶所在的环境温度始终处于成型温度，从而能够加速硅胶成型，进一步提高硅胶打印效率。当硅胶为湿固化硅胶时，在环境湿度未达到打印湿度时，空气中的水分不能够满足硅胶吸水成型的需求，此时总控模块会驱使加湿器进行加湿，进而能够提高硅胶的成型速度，避免由于硅胶成型时间过长而出现不必要的形变，从而提高3D打印效果。当硅胶为UV固化硅胶时，紫外灯可以照射硅胶以使硅胶固化。

因此，该基于Core XY结构的硅胶3D打印机能够适应不同材料的硅胶，如热固化硅胶、湿固化硅胶、UV固化硅胶，拓宽3D打印机耗材的硅胶种类，满足不同的3D打印需求。

实施例3

本实施例提供了一种基于Core XY结构的硅胶3D打印方法，该方法应用于实施例1或实施例2的基于Core XY结构的硅胶3D打印机中。该硅胶3D打印方法可以通过U盘、计算机储存单元等方式进行储存，并能够应用在3D打印的设备中。其中，该硅胶3D打印方法包括以下这些步骤。

步骤1，检测点胶针筒(42)的针头在机架(1)的长度方向上的移动距离一、在机架(1)的宽度方向上的移动距离二，并将移动距离一转换为三维直角坐标系中的移动矢量一，将移动距离二转换为三维直角坐标系中的移动矢量二。本步骤的移动距离可以通过各种距离传感器进行检测，而移动矢量则是向移动距离加上符号并置于坐标系中。

步骤2，检测打印平面(41)相对机架(1)的升降高度，并将升降高度转换为三维直角坐标系中的移动矢量三。升降高度可以通过距离传感器进行检测，也可以通过其他测量设备进行测量。

步骤3，将移动矢量一、移动矢量二以及移动矢量三按照打印时间进行叠加，获得在三维直角坐标系中的三维运行轨迹曲线。移动矢量一、移动矢量二以及移动矢量三实际上为三维运行轨迹曲线在X轴、Y轴、Z轴的三个分量。

步骤4，比较三维运行轨迹曲线与预设路径，获取轨迹位置偏差曲线。预设路径与三维运行轨迹曲线一定存在不同，只是这种误差的大小不一样。对于高精度的3D打印，这种误差可能会使打印的产品与实际设计产品存在较大的差别，这就需要将偏差确定出来。

步骤5，判断轨迹位置偏差曲线中当前时间段中的最大偏差距离是否大于一个预设偏差距离。预设偏差距离一般根据实际产品的需求进行确定，这个数值可以很大，也可以很小。另外，由于偏差距离是动态变化的，因此只需要确定最大偏差距离就可以确定是否偏差过度。

步骤6，在最大偏差距离大于预设偏差距离时，先根据最大偏差距离所在的偏差向量与X轴、Y轴、Z轴的夹角，确定纠正方向，再根据纠正方向获取下一时间段的运动矢量，最后根据运动矢量驱使水平面电动模块(2)和竖轴电动模块(3)纠正三维运行轨迹曲线。

实施例4

本实施例提供了一种基于Core XY结构的硅胶3D打印方法，其在实施例3的基础上增加了部分步骤，即步骤(a)-(d)。

(a)根据待打印硅胶产品的模型，对模型进行抽壳处理以获得中空外壳结构，并对中空外壳结构进行切片处理以获得3D打印运动控制文件。在本实施例中，根据待打印硅胶产品的模型，利用模型处理软件对模型进行抽壳处理，获得有一定壁厚的中空外壳结构，将该结构导入3D打印切片软件进行处理，获得该中空外壳结构或实体模型的3D打印机运动控制文件。

(b)根据硅胶总用量在点胶针筒中预置液态硅胶，并排除点胶针筒42中的气泡，还使点胶针筒42的针头位于机械零点。在本实施例中，根据模型打印所需的硅胶用量，点胶针筒42中预装一定量的液体硅胶，对点胶针筒42中的液体硅胶进行排气，去除针筒内壁的气泡后装入夹具23并调整高度确定针头位于机械零点，并输入初始气压参数。

(c)当打印第N层时，N为正整数，根据3D打印运动控制文件控制竖轴电动模块，使打印平面41按照预设路径中的Z轴运动分量运动到第N层的高度，控制点胶机在预定压力下将液体硅胶从点胶针筒42中挤出，同时对水平面电动模块2联动控制，将点胶针筒42按照预设路径中的水平面运动分量移动，使挤出的液体硅胶在预设位置快速固化。

(d)在完成第N层打印后，控制竖轴电动模块带动打印平面上升或下降，转入第N+1层，重复步骤(c)直至完成打印。本实施例控制竖轴电动模块3的两个电机三31旋转带动打印平面41下降一层厚的高度，转入第N+1层重复上述步骤打印直至完成打印。打印完成的硅胶产品可直接从打印平面上取下并去除支撑，实现硅胶产品的快速制造。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。