CN103895223A - 打印头及三维打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于熔融沉积型快速成型装置的打印头，包括打印喷嘴、加热器及进料装置；进料装置的出料口与加热器的进料口连通；其中，打印喷嘴安装于三维打印机的打印车上；加热器安装于三维打印机的机架上；加热器的出料口与打印喷嘴的进料口通过软管连通，即通过耐高温的软管将加热器的加热熔融室中呈熔融状态的成型材料输送至打印喷嘴中；送料压力装置，用于向加热器的加热熔融室提供送料压力。目的在于降低打印头的打印喷嘴在打印过程中的震动，提高打印机质量。此外，本发明还提供一种包含上述打印头的三维打印机。

Description

打印头及三维打印机

技术领域

本发明涉及一种快速成型装置的部件及包含该部件的快速成型装置，特别涉及一种用于熔融沉积型快速成型装置的打印头及包含该打印头的三维打印机。

背景技术

三维打印机，是一种基于数字模型，利用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。其中一种三维打印机是以细丝的形式向打印头供给成型材料，成型材料在打印头内以电加热的方式被加热至熔融状态，打印头将按照三维打印机的控制器产生的打印头相对基底移动的路径以一层一层的方式打印出三维物体。

公告号为CN1216726C的专利文献的背景技术中描述了一种以细丝形式向打印头供给成型材料的三维打印机，参见图1，在卷盘011上缠绕有细丝013，将该卷盘011安装至三维打印机的卷盘安装架的转轴012上，从而可实现将细丝013提供给三维打印机的打印头015。在使用过程中，将细丝013从卷盘011上拉出，使被拉直的细丝通过由摩擦阻力较小的材料制成的导管014，直至将细丝供给到打印头015上由电机0154驱动的一对供料滚轮0152及0153，在供料滚轮0152及0153的驱动下，细丝013进入加热器0151，细丝在加热器0151内，经加热成熔融状态的成型材料在后续细丝推力的作用下，从设于加热器0151末端的打印喷嘴01511挤出并可拆卸地沉积于载物台上；该三维打印机的控制器通过控制打印头015在水平的X-Y平面内运动，同时控制载物台在垂直的Z向运动，从而一层一层的打印出三维物体；此外，该三维打印机的控制器还控制着供料滚轮0152及0153向加热器0151供给细丝的速率。由于打印头015相对转轴012是可移动的，所以导管014是一软管；安装于打印车上的打印头015上集成了加热器0151、打印喷嘴01511、电机0154、供料滚轮0152及供料滚轮0153，所以打印头的质量很大而拥有很大的惯性，导致其响应灵敏度降低，并且在变速过程中容易引起震动，导致打印喷嘴在打印过程中不断地震动，打印出的成型件的表面出现波纹，影响打印质量；电机0154的转动及变速也会引起打印头的震动；此外，质量的增大也会加速打印头与导轨间接触面的磨损。

公告号为CN203381196U的专利文献中公告了一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件，该打印头组件包括冷却单元，该冷却单元是一包含风扇的单元，空气在风扇产生的气流的引导下，穿过液化器泵组件及料筒组件中，强制冷却打印头的内部构件，从而防止分隔和制成材料过早地融化。风扇安装于打印头上，其不仅构成打印头震动的震动源，也会使打印头的惯性增加，从而降低打印质量。

参见图2，一种现有三维打印机，包括打印头03、打印盒、载物台04及打印盒安装架02，打印盒由分别承载有不同颜色细丝的丝料盒021、丝料盒022、丝料盒023及丝料盒024构成。

参见图3，打印头03包括打印喷嘴、加热器、进料装置及冷却装置。为了打印出多色目标成型件，打印头03的加热器具有加热熔融室0321、0322、0323及0324，对应地与该四个加热熔融室的出料口连通的打印喷嘴0311、0312、0313及0314，对应地与四个加热熔融室的进料口连通的进料装置0331、0332、0333及0334，对应地安装于四个加热熔融室的基体上的冷却装置0341、0342、0343及0344。为了实现多色打印，不仅增加了打印头的质量，也增加引起打印头震动的震动源，例如送进料装置上的驱动电机及冷却装置上的风扇，从而降低了打印质量。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于三维打印机的打印头，旨在于降低打印头的打印喷嘴在打印过程中的震动，提高三维打印机的打印质量。

本发明的另一目的是提供一种包含上述打印头的三维打印机。

为了实现上述主要目的，本发明提供用于三维打印机的打印头包括打印喷嘴、加热器及进料装置；进料装置的出料口与加热器的进料口连通；其中，打印喷嘴安装于三维打印机的打印车上；加热器安装于三维打印机的机架上；加热器的出料口与打印喷嘴的进料口通过软管连通，即通过耐高温的软管将加热器的加热熔融室中呈熔融状态的成型材料输送至打印喷嘴中；送料压力装置，用于向加热器的加热熔融室提供送料压力。

由以上方案可见，在打印过程中，随三维打印机的打印车一起运动的只有打印喷嘴，降低了运动部分的质量，与现有技术相比，其响应灵敏度得到提高，满足高速打印要求，并降低由于变速引起的打印喷嘴的震动，有效地隔离打印头上的震动源对打印喷嘴的影响，降低打印喷嘴在打印过程中的震动，打印位置更加地精确，提高三维打印机的打印质量，特别适合于多个打印喷嘴一起打印的三维打印机；还可以有效地减少打印车与导轨接触面间的磨损；由于是通过送料压力装置向加热熔融室提供压力将呈熔融状态的成型材料挤出加热熔融室，更便于对挤出速度的控制，可以有效地应对成型材料的流动性不同而影响向打印喷嘴供料的问题。此外，进料装置安装于三维打印机的机架上，对于以细丝形式向打印头供给成型材的三维打印机，可以将进料装置的进料口设于三维打印机的供料装置的出料口近旁，与现有技术相比，无需用小摩擦力的导管将供料装置中的细丝引导至打印头；对于用料斗向打印头提供粒状或粉末成型材料的三维打印机，可以将进料装置的进料口设于料斗的出料口近旁，与现有技术相比，无需使用导管连通或将料斗设于打印车上。

一个具体的方案为，该打印头还包括负压装置，用于向加热器的加热熔融室提供负压。在完成目标成型件的打印后，三维打印机的控制器控制负压装置向加热器的加热熔融室提供负压，将软管及打印喷嘴中残余的成型材料吸回加热熔融室中，防止堵塞软管及打印喷嘴，影响后续打印。

另一个具体的方案为，该打印头还包括冷却装置，用于调控加热器及进料装置的温度。通过冷却装置调控加热器的温度，使从加热器的出料口挤出的成型材料的温度均匀，保证目标成型件的打印质量；控制进料装置的温度，可以防止成型材料在进料装置中受热熔融而堵塞进料装置的出料口。

更具体的方案为，软管具有一层保温层，即可以是在软管外包裹一层无发热功能的保温层，也可以是包裹一层具有发热功能的保温层，还可以是软管本身具有保温和/发热功能。可以有效地防止呈熔融状态的成型材料在软管中遇冷凝固，堵塞软管；可以特别有效地应对软管周围环境温度的变化。

为实现上述另一目的，本发明提供的三维打印机包括机架、控制器、供料装置及打印头；打印头包括打印喷嘴、加热器及进料装置，进料装置的出料口与加热器的进料口连通；机架上可移动地安装有受控制器控制的打印车；供料装置用于向进料装置提供成型材料；其中，打印喷嘴安装于打印车上；加热器安装于机架上；加热器的出料口与打印喷嘴的进料口通过软管连通；送料压力装置，用于向加热器的加热熔融室提供送料压力。

由以上方案可见，在打印过程中，随打印车一起运动的只有打印喷嘴，降低了运动部分的质量，与现有技术相比，其响应灵敏度得到提高，满足高速打印需求，并降低由于变速引起的打印喷嘴的震动，有效地隔离打印头上的震动源对打印喷嘴的影响，降低打印喷嘴在打印过程中的震动，打印位置更加精确，提高打印质量；还可以有效地减少打印车与导轨接触面间的磨损；由于是通过送料压力装置向加热熔融室提供压力将呈熔融状态的成型材料挤出加热熔融室，更便于对挤出速度的控制，可以有效地应对不同成型材料流动性不同而影响向打印喷嘴供料的问题。

一个具体的方案为，上述三维打印机还包负压装置，用于向加热器的加热熔融室提供负压。

另一个具体的方案为，上述三维打印机还包括冷却装置，用于调控加热器及进料装置的温度。

一个更具体的方案为，软管具有一层保温层，即可以是在软管外包裹一层无发热功能的保温层，也可以是包裹一层具有发热功能的保温层，还可以是软管本身具有保温和/发热功能。

另一个更具体的方案为，供料装置的出料口设于进料装置的进料口近旁。可以实现供料装置直接向进料装置提供成型材料，无需使用导管连接二者，与现有技术相比，可以更有效地向打印头供给成型材料。

再一个更具体的方案为，控制器根据检测到的软管及打印喷嘴中成型材料的温度调控加热熔融室内的温度，即调控从加热器的出料口挤出的成型材料的温度。使从打印喷嘴挤出的成型材料的温度保持均匀，保证目标成型件的质量及有效应对打印环境的变化。

附图说明

图1是一种现有三维打印机的结构示意图；

图2是另一种现有三维打印机的结构图；

图3是图2中三维打印机的打印头的结构示意图；

图4是本发明打印头第一实施例的结构示意图；

图5是本发明打印头第二实施例的结构示意图；

图6是图5中A局部放大图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

打印头第一实施例

参见图4，打印头由打印喷嘴1、软管2、加热器3、进料装置4、冷却装置5及供料压力装置6构成。加热器3的出料口与打印喷嘴1的进料口通过软管2连通，软管2为耐高温轻质软管，用于将加热器3的加热熔融室31内被加热至熔融状态的成型材料导入打印喷嘴1中；进料装置4具有设于加热器3的进料口近旁的一对供料滚轮，在三维打印机控制器的控制下，用于将三维打印机丝料盒上的细丝以一定速率送入加热熔融室31内；冷却装置5具有一风扇51，风扇51转动产生的气流用于对加热器3及加热器3与进料装置4连接处的温度进行调控，保证进入软管2中的成型材料的温度均匀，提高打印效果，还可以防止成型材料在加热器3与进料装置4连接处受热熔融而影响进料；供料压力装置6用于为加热熔融室31提供一定的气压，将加热熔融室31内处于熔融状态的成型材料压入软管2中，并从打印喷嘴1的出口喷出而实现打印，通过控制加热熔融室31内的气压可以有效地控制成型材料在软管2及打印喷嘴1中的流动速度，可以有效地应对流动性不同的成型材料；打印喷嘴1上设有用于将打印喷嘴1安装于三维打印机的打印车上的安装板11。

打印头第二实施例

作为对本发明打印头第二实施例的说明，以下仅对与上述打印头第一实施例的不同之处进行说明。

参见图5及图6，本例打印头的打印喷嘴、软管、加热器的加热熔融室、进料装置、冷却装置及供料压力装置的数量均为四个，分别为打印喷嘴211、212、213与214，软管221、222、223与224，加热器的加热熔融室231、232、233与234，进料装置241、242、243与244，冷却装置251、252、253与254，及供料压力装置261、262、263与264；四个打印喷嘴通过安装板2111安装于三维打印机的打印车上，分别用于打印三种基色及黑色的成型材料；软管221、222、223与224以排管的形式连接打印喷嘴与加热器。

打印头第三实施例

作为对本发明第三实施例的说明，以下仅对与上述打印头第一实施例的不同之处进行说明，本例打印头上还设有负压装置，用于为加热器的加热熔融室提供负压，在完成目标成型件的打印后，将打印喷嘴及软管中的成型材料吸回加热熔融室中，有效防止残余成型材料凝结于软管及打印喷嘴中，阻碍后续打印。

打印头第四实施例

作为对本发明第四实施例的说明，以下仅对与上述打印头第一实施例的不同之处进行说明，在软管外还套有一层无发热功能的保温层，特别适合用于软管长度较长的打印头，防止成型材料在软管中冷却凝固而堵塞软管。

打印头第五实施例

作为对本发明打印头第五实施例的说明，以下仅对与上述打印头第四实施例的不同之处进行说明，保温层为一层受控制器控制的发热保温层。

三维打印机第一实施例

三维打印机由机架、打印车、供料装置、控制器及打印头构成；打印头与上述打印头第一实施例相同，通过打印喷嘴的安装板将打印喷嘴安装于打印车上，加热器安装于机架上；打印车可移动地设于机架的导轨上，打印喷嘴随打印车的移动实现相对载物台的运动；供料装置为安装于机架的丝料盒安装架上的丝料盒，以细丝的形式向打印头的进料装置提供成型材料；打印头的进料装置的进料口设于丝料盒的出料口近旁。

在打印过程中，将丝料盒中细丝拉出，直至将细丝供给到进料装置上由电机驱动的一对供料滚轮，控制器通过控制电机的转速从而控制进料装置向加热器的加热熔融室供给细丝的速率；控制器控制加热器对加热熔融室内的细丝加热，当细丝被加热至熔融状态时，即将成型材料的温度加热至比成型材料的凝固点高的温度，控制器控制供料压力装置向加热熔融室施加一定压力，呈熔融状态的成型材料以一定的速率通过软管并到达打印喷嘴，并在压力的作用下以一定速率喷出打印喷嘴；控制器控制打印车相对导轨的运动，从而实现打印喷嘴相对载舞台按预定设计路径运动，打印出目标成型件；在完成对目标成型件的打印之后，控制器控制打印车将打印喷嘴移出目标成型件的范围，并控制供料压力装置向加热熔融室提供高压力，将软管及打印喷嘴内的成型材料挤出软管及打印喷嘴，防止这些成型材料凝结于软管及打印喷嘴内，阻碍下一次的打印。

三维打印机第二实施例

作为对本发明三维打印机第二实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明，其中打印头为上述打印头第二实施例中的打印头，而不是上述打印头第一实施例中的打印头。

在打印过程中，控制器根据目标成型件的设计要求，分别控制不同颜色的打印头进行打印目标成型件的不同颜色部分，从而实现多色目标成型件的打印。

三维打印机第三实施例

作为对本发明三维打印机第三实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明。

本例三维打印机的打印头上还设有负压装置，用于为加热器的加热熔融室提供负压，将打印喷嘴及软管中的成型材料吸回加热熔融室内。

在打印过程中，在完成目标成型件的打印之后，控制器关闭供料压力装置，打开负压装置，将软管及打印喷嘴内残余成型材料吸回加热熔融室，防止残余的成型材料凝结于软管及打印喷嘴内，影响下一次的打印。

三维打印机第四实施例

作为对本发明三维打印机第四实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明，在软管外还套有一层无发热功能的保温层。

三维打印机第五实施例

作为对本发明三维打印机第五实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第四实施例的不同之处进行说明，保温层为一层受控制器控制的发热保温层。

三维打印机第六实施例

作为对本发明三维打印机第六实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第六实施例的不同之处进行说明，其中供料装置不是以丝料形式向打印头提供成型材料的丝料盒，而是以粒状或粉末形式向打印头提供成型材料的料斗。

本发明的构思主要是通过将打印头的打印喷嘴安装于三维打印机的打印车上，随打印车一起运动，将打印头的其他部分安装于三维打印机的机架上，打印头的加热器与打印喷嘴间通过软管连通，降低运动部分的质量，进而提高打印车的响应灵敏度，降低打印喷嘴在打印过程中的震动，提高打印质量；根据本构思，打印头的结构，供料方式及控制方式还有多种显而易见的变化。

Claims (10)

1.打印头，用于三维打印机，包括打印喷嘴、加热器及进料装置；

所述进料装置的出料口与所述加热器的进料口连通；

其特征在于：

所述打印喷嘴安装于所述三维打印机的打印车上；

所述加热器安装于所述三维打印机的机架上；

所述加热器的出料口与所述打印喷嘴的进料口通过软管连通；

送料压力装置，用于向所述加热器的加热熔融室提供送料压力。

2.根据权利要求1所述打印头，其特征在于：

还包括负压装置，用于向所述加热熔融室提供负压。

3.根据权利要求1所述打印头，其特征在于：

还包括冷却装置，用于调控所述加热器及所述进料装置的温度。

4.根据权利要求1至3任一项所述打印头，其特征在于：

所述软管具有一层保温层。

5.三维打印机，包括机架、控制器、供料装置及打印头；

所述打印头包括打印喷嘴、加热器及进料装置，所述进料装置的出料口与所述加热器的进料口连通；

所述机架上可移动地安装有受所述控制器控制的打印车；

所述供料装置用于向所述进料装置提供成型材料；

其特征在于：

所述打印喷嘴安装于所述打印车上；

所述加热器安装于所述机架上；

所述加热器的出料口与所述打印喷嘴的进料口通过软管连通；

送料压力装置，用于向所述加热器的加热熔融室提供送料压力。

6.根据权利要求5所述三维打印机，其特征在于：

还包括负压装置，用于向所述加热熔融室提供负压。

7.根据权利要求5所述三维打印机，其特征在于：

还包括冷却装置，用于调控所述加热器及所述进料装置的温度。

8.根据权利要求5至7任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述软管具有一层保温层。

9.根据权利要求5至7任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述供料装置的出料口设于所述进料装置的进料口近旁。

10.根据权利要求5至7任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述控制器根据所述软管及所述打印喷嘴中成型材料的温度调控所述加热熔融室内的温度。

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