CN103817936A

CN103817936A - 活塞式3d打印笔

Info

Publication number: CN103817936A
Application number: CN201410055537.8A
Authority: CN
Inventors: 王晓军; 陈方毅; 任衍涛; 蔡赟; 华顺明; 王义强
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: CN103817936B

Abstract

本发明公开了一种活塞式3D打印笔，它包括笔壳、笔头、第一送料管、第二送料管、活塞缸、活塞杆、活塞运动驱动装置、第一输料管、第二输料管、电磁换向阀、出料管、电路模块；本发明具有连续出料速度均匀可控、应用范围广、使用灵活且可用3D打印机控制的特点。

Description

活塞式3D打印笔

技术领域

本发明涉及一种能够连续打印的活塞式3D打印笔。

背景技术

随着3D打印技术的迅速发展，3D打印技术在人们日常生活中的应用也越来越广泛，3D打印笔作为一种能方便构造出立体模型的工具而备受欢迎，它可以供使用者涂鸦出个性的三维模型，也可以培养使用者的空间想象能力；现有的3D打印笔只能通过内部加热挤出热融的塑料作为原料，只能以线状的塑料为原料，它存在以下缺点：可用原料单一，应用范围受限；原料挤出速度不匀，需要考虑散热问题而增加了笔的体积，使用不灵活。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种出料速度均匀可控、应用范围广、使用灵活且可用3D打印机控制的活塞式3D打印笔。

本发明的技术解决方案如下：一种活塞式3D打印笔，它包括笔壳、笔头、第一送料管、第二送料管、活塞缸、活塞杆、活塞运动驱动装置、第一输料管、第二输料管、电磁换向阀、出料管、电路模块；所述第一送料管的一端与活塞缸的一端连通，所述第一输料管的一端与活塞缸的该端连通；所述第二送料管的一端与所述活塞缸的另一端连通，所述第二输料管的一端与所述活塞缸的该端连通；所述第一输料管的另一端和所述第二输料管的另一端均与所述电磁换向阀的输入端连通；所述出料管的一端与电磁换向阀的输出端连通，另一端与笔头连通；所述活塞缸两端设有活塞位置传感装置，所述活塞运动驱动装置、电磁换向阀和活塞位置传感装置均与所述电路模块电连接。

作为优选，所述活塞位置传感装置为固定在活塞缸两端的外侧壁上的磁性开关。

所述活塞缸内活塞的侧壁上设有磁环。

所述第一送料管、第二送料管上设有流向活塞缸的单向阀。

作为优化，所述活塞运动驱动装置为驱动轴通过万向节与活塞杆连接的电机。

作为优化，所述电机为直线电机。

作为进一步优化，所述的直线电机为直线步进电机。

所述电路模块包括电源模块、数据接口模块、控制模块、按键模块、显示模块、电机模块、传感模块、电磁换向阀控制模块。

所述笔头的出口截面形状为圆形、半圆形、椭圆形、多边形、U形、五角星形、心形、梅花形。

本发明的有益效果是：本发明可通过精确控制电机的速度来连续均匀地输出打印原料，且打印速度可方便地调节和控制，本发明第一送料管、第二送料管的另一端，即未与活塞缸连通的一端可外接送料装置；本发明有两种使用方式：一种是手持式使用，可以根据使用者的创造性思维进行涂鸦设计；也可将3D打印笔固定于3D打印机上作为3D打印机的打印喷头使用，并将数据接口与计算机（上位机）相连，以绘制计算机上设定好的3D模型；本发明可使用原料种类繁多，应用广泛，将送料部件采用食品级材料后可作为食品点缀的高效工具，可采用具有常温固态、中低温加热后可融化成粘度适中浆液特性的食物材料为原料，如生日蛋糕的巧克力、奶油绘制图案等，也可以使用液态紫外线固化树脂、液态光敏树脂为原料。

附图说明

图1为本发明活塞式3D打印笔的内部结构示意图。

图2为本发明活塞式3D打印笔电路模块示意图。

图3、图4为本发明活塞式3D打印笔的工作原理示意图。

图中：1、笔壳，2、笔头，3、第一送料管，4、第二送料管，5、活塞缸，6、活塞杆，7、电机，8、第一输料管，9、第二输料管，10、电磁换向阀，11、出料管，12、电路模块，13、万向节，14、磁性开关，15、数据接口，16、电源接口。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

实施例

如图1所示，一种活塞式3D打印笔，它包括笔壳1、笔头2、第一送料管3、第二送料管4、活塞缸5、活塞杆6、活塞运动驱动装置、第一输料管8、第二输料管9、电磁换向阀10、出料管11、电路模块12；所述活塞缸5呈圆柱形，所述第一送料管3的一端与活塞缸5的一端连通，所述第一输料管8的一端与活塞缸5的该端连通；所述第二送料管4的一端与所述活塞缸5的另一端连通，所述第二输料管9的一端与所述活塞缸5的该端连通；即第一送料管3的一端和第二送料管4的一端分别连通圆柱形活塞缸5的两端并通过密封圈周向密封，既保证了第一送料管3、第二送料管4与活塞缸5相连通又保证了活塞缸5的气密性，第一输料管8、第二输料管9的一端分别与所述活塞缸5的两端连通并通过密封圈周向密封；作为优化，第一输料管8、第一送料管3与活塞缸5的连通口的轴线位于活塞缸5的同一横截面上，第二输料管9与活塞缸5的连通口位于活塞缸5底部。所述第一输料管8的另一端和所述第二输料管9的另一端均与所述电磁换向阀10的输入端连通；所述出料管11的一端与电磁换向阀10的输出端连通，另一端与笔头2连通；所述活塞缸5两端设有活塞位置传感装置，所述活塞运动驱动装置、电磁换向阀10和活塞位置传感装置均与所述电路模块12电连接。

作为优选，所述活塞位置传感装置为固定在活塞缸5两端的外侧壁上的磁性开关14，如磁簧开关。

所述活塞缸5内活塞的侧壁上设有磁环，即活塞的周向套有环状的永磁体，作为磁性开关的感应装置。两个磁性开关14位于第一送料管3和第二送料管4之间且分别固定在贴近于第一送料管3、第二送料管4与活塞缸5的连通口处，当活塞缸5内的活塞运动至相应的磁性开关14处，磁性开关14闭合并反馈电平信号至控制模块，控制模块切换电机7的转向来保证活塞杆6做往复直线运动。

所述第一送料管3、第二送料管4上设有流向活塞缸的单向阀，原料流向活塞缸5的方向上导通，逆流截止。

作为优化，所述活塞运动驱动装置为驱动轴通过万向节13与活塞杆6连接的电机7。

作为优化，所述电机7为直线电机。

作为进一步优化，所述的直线电机为直线步进电机。也可采用直线伺服电机或普通的直流电机结合减速装置来组合得到所需的活塞运动驱动装置，以驱动活塞杆6往复直线运动。

所述的直线电机必要时可加减速装置减速后再由驱动轴通过万向节驱动活塞杆做往复直线运动。

所述电路模块12包括电源模块、数据接口模块、控制模块、按键模块、显示模块、电机模块、传感模块、电磁换向阀控制模块。所述电源模块、数据接口模块、按键模块、显示模块、电机模块、传感模块和电磁换向阀控制模块均与控制模块电连接，所述控制模块可以为单片机，所述电源模块与电源接口16连接，通过电源接口16外接电源；所述数据接口模块与数据接口15相连接，可通过数据接口15将本发明连接至上位机计算机，通过上位机控制本发明电机7的启动、停止、旋转方向和转速，从而达到自动控制打印材料的流量、供料开始、停止；所述按键模块连接功能按键，功能按键包括3D打印笔的开、关、自动、增速、暂停、减速、正转、反转，开、关、自动按键控制3D打印笔是否工作及自动模式的选择，自动模式表示3D打印笔的打印流量等参数通过数据接口连接的计算机上位机控制，即可作为3D打印机的打印喷头使用，正转、反转按键为电机的正反转控制按键；所述的显示模块与笔壳1上的显示屏相连接，显示流量信息；所述的电机模块与电机7和控制模块电连接，用于驱动电机7，并读取控制模块的控制指令来调整电机7的转速、旋转方向等，所述传感模块与活塞位置传感装置连接，即与两个磁性开关14电连接，所述电磁换向阀控制模块与电磁换向阀10连接，所述电源模块、数据接口模块、按键模块、显示模块、电机模块、传感模块和电磁换向阀控制模块同时连接至控制模块，当活塞运动到相应的磁性开关14处，磁性开关14的信号通过传感模块反馈至控制模块，控制模块通过电机模块控制电机7反向，同时通过电磁换向阀控制模块控制电磁换向阀10换向至相应输料管导通，如活塞反向上行时，控制第一输料管8导通，从而实现连续稳定的原料输出。上述模块均为常规模块，可通过市售得到。

所述笔头2的出口截面形状为圆形、半圆形、椭圆形、多边形(如矩形)、U形、五角星形、心形、梅花形。

本发明活塞式3D打印笔直径为30-50mm。

所述第一送料管3、第二送料管4另外一端，即未与活塞缸5相连的一端可用于套接外部供料管，或直接引出第一送料管3、第二送料管4至供料容器中吸取原料，供料容器可先将原料融化，再由第一送料管3、第二送料管4吸取供给活塞缸5维持3D打印笔工作。

下面结合图3、图4来说明本发明的工作原理：如图3所示，当活塞杆6向下运动时，第一送料管3的单向阀导通，第一送料管3从外部供料容器中吸取液态原料；第二送料管4的单向阀截止，第二输料管9通过电磁换向阀10与出料管11导通，第一输料管8截止，则活塞将活塞下部的原料通过第二输料管9压出并通过出料管11输出至笔头2；当活塞运动至位于活塞缸5外侧壁下端的磁性开关14时，下端磁性开关14感应到活塞侧壁上的磁环而闭合，控制模块切换电机7的转向使得活塞杆6反向，同时切换电磁换向阀10的导通方向，使得第一输料管8与出料管11导通，第二输料管9截止；如图4所示，此时活塞杆6向上运动，第二送料管4的单向阀导通，第二送料管4从外部供料容器中吸取液态原料；第一送料管3的单向阀截止，第一输料管8通过电磁换向阀10与出料管11导通，第二输料管9截止，则活塞将活塞上部的原料通过第一输料管8挤出并通过出料管11输出至笔头2供打印；当活塞运动至位于活塞缸5外侧壁上端的磁性开关14时，上端磁性开关14感应到活塞侧壁上的磁环磁性而闭合，控制模块收到磁性开关14的反馈信号后切换电机7的转向使得活塞杆6反向运动，同时切换电磁换向阀10的导通方向，使得第二输料管9与出料管11导通，如此循环往复，可保证打印原料的连续输出，使得出料速度均匀可控。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的利要求书，且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种活塞式3D打印笔，其特征在于：它包括笔壳（1）、笔头（2）、第一送料管（3）、第二送料管（4）、活塞缸（5）、活塞杆（6）、活塞运动驱动装置、第一输料管（8）、第二输料管（9）、电磁换向阀（10）、出料管（11）、电路模块（12）；所述第一送料管（3）的一端与活塞缸（5）的一端连通，所述第一输料管（8）的一端与活塞缸（5）的该端连通；所述第二送料管（4）的一端与所述活塞缸（5）的另一端连通，所述第二输料管（9）的一端与所述活塞缸（5）的该端连通；所述第一输料管（8）的另一端和所述第二输料管（9）的另一端均与所述电磁换向阀（10）的输入端连通；所述出料管（11）的一端与电磁换向阀（10）的输出端连通，另一端与笔头（2）连通；所述活塞缸（5）两端设有活塞位置传感装置，所述活塞运动驱动装置、电磁换向阀（10）和活塞位置传感装置均与所述电路模块（12）电连接。

2.根据权利要求1所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述活塞位置传感装置为固定在活塞缸（5）两端的外侧壁上的磁性开关（14）。

3.根据权利要求2所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述活塞缸（5）内活塞的侧壁上设有磁环。

4.根据权利要求1所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述第一送料管（3）、第二送料管（4）上设有流向活塞缸的单向阀。

5.根据权利要求1所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述活塞运动驱动装置为驱动轴通过万向节（13）与活塞杆（6）连接的电机（7）。

6.根据权利要求5所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述电机（7）为直线电机。

7.根据权利要求6所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述的直线电机为直线步进电机。

8.根据权利要求1所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述电路模块（12）包括电源模块、数据接口模块、控制模块、按键模块、显示模块、电机模块、传感模块、电磁换向阀控制模块。

9.根据权利要求1所述的活塞式3D打印笔，其特征在于：所述笔头（2）的出口截面形状为圆形、半圆形、椭圆形、多边形、U形、五角星形、心形、梅花形。