CN103950202A - 三维打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维打印机，其包括机架、供料装置及控制器，机架上可移动地安装有受控制器控制的打印头，打印头包括供料轮并有一进料口；换料器，该换料器包括两个以上送料单元，送料单元包括送料轮，送料单元的出料口近旁设有受控制器控制的割线刀；供料装置向送料单元供给丝料；打印头可在三维空间相对换料器移动，以使打印头的进料口有选择地与任一送料单元的出料口可分离地对接；传动轮，当打印头的进料口与送料单元的出料口对接时，供料轮与送料轮通过传动轮传动连接。本三维打印机在打印过程中便于更换丝料及进行多色打印，减少人工换料的麻烦，有效保证打印的连续性。

Description

三维打印机

技术领域

本发明涉及一种快速成型装置，特别涉及一种三维打印机。

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载物台移动的路径，以逐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丝料向打印头供给成型材料的三维打印机，参见图1，在丝料盒011上缠绕有丝料013，并被安装在三维打印机丝料盒安装架的转轴012上，从而将丝料013提供给三维打印机的打印头015。在使用过程中，将丝料013从丝料盒011上拉出，使被拉直的丝料通过由摩擦阻力较小的材料制成的导管014，直至将丝料供给到打印头015上由电机0154驱动的供料轮0152及0153，在供料轮0152及0153的驱动下，丝料013进入加热熔融室0151，丝料在加热熔融室0151内经加热成熔融状态的成型材料，在后续丝料推力的作用下，从设于加热熔融室0151下端的打印喷嘴01511挤出并沉积于载物台上；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，从而逐层地打印出三维物体；此外，三维打印机的控制器还控制着供料轮0152及0153的转速。如果想打印出多色的三维物体，必须先从打印头015中退出某一颜色的丝料，再换上缠绕有另一颜色丝料的丝料盒并再次进行上述供料操作，使多色三维物体的打印变得效率低下；如果丝料盒中丝料的余量不足，还需要停止打印以进行更换丝料盒操作，人工操作时间长，不便于进行快速打印。

公布号为CN103481515A的专利文献中公布了一种三维打印机，参见图2，该三维打印机具有打印头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丝料的丝料盒021、丝料盒022、丝料盒023及丝料盒024构成。参见图3，打印头03由打印喷嘴、加热器、进料装置及冷却装置构成。为了打印出多色三维物体，打印头03的加热器设计有加热熔融室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，及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。在打印头上集成多个打印喷嘴及上述相关设备，导致整个打印头质量很大，降低其响应灵敏度，并且在打印头变向运行过程中引起震动，致使打印喷嘴不断地震动，打印出的三维物体表面出现波纹，影响打印质量；过大的打印头质量也会加速打印头与导轨间接触面的磨损；此外，三维打印机在打印过程中需要人工更换丝料。

公告号为CN2382536Y的专利文献中公告了一种快速成形机，其具有给料装置、注射成形头、驱动装置、可升降工作台及控制装置；给料装置具有夹持装置、转动装置、料棒推进装置；注射成形头具有原料棒容放室、加热构件及温度传感器。在工作过程中，在夹持装置上容放有多根具有不同颜色的原料棒，通过转动装置驱动夹持装置旋转，使将要使用的原料棒的一端对准注射成形头，通过料棒推进装置将原料棒推进快速成形头中；原料棒进入原料容放室后，打印头在控制装置的控制下相对工作台进行空间运动；通过加热构件对原料棒加热至熔融状态，在快速成形头的送料装置的压力作用下，从打印头的打印喷嘴中喷出；从打印喷嘴喷出的熔融状态的成形材料随打印头的运动，从而在工作台上打印出三维物体。当需要打印其他型号或颜色的原料棒时，打印头运动回给料装置的正下方，由给料装置将打印头中未打印完的原料棒取出，并放入相应的原料棒，从而完成自动换料工序并进行多色三维物体的打印。该快速成形机的换料结构复杂；在换料过程中，控制装置需要控制不同气缸或电机进行工作，不便于对换料过程的控制，换料速度慢，不便于进行快速打印。

公告号为CN203293543U的专利文献中公告了一种三维打印机自动换料装置，具有支架及设于支架上的进料管，进料管上设置有进料驱动装置，支架通过转轴与转盘连接，转轴上设置有转盘驱动步进电机，转盘上设置有若干导料管，导料管沿着转盘的圆周由上至下穿过转盘固定，导料管侧壁设置有丝料检测装置，到料管上方设置有料辊，每个料辊上设置有料辊驱动电机，丝料缠绕在料辊上且其头部向下分别穿过导料管盒的进料管进入打印喷头内部。该换料装置与打印头固定连接，随着打印头移动而移动，使打印头也具有较大的质量，降低其响应灵敏度，无法进行快速打印；由于随打印头运动部分的惯性大，在启动、停止及变向过程中容易引起震动而影响打印质量；该换料装置随着丝料颜色数量的增加，打印头的质量也相应增加，控制器需控制的电机个数也随着增加，增加了控制的复杂性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种便于打印多色三维物体及换料的三维打印机。

为了实现上述主要目的，本发明提供的三维打印机包括机架、供料装置及控制器，机架上可移动地安装有受控制器控制的打印头，打印头包括供料轮并有一进料口；换料器，该换料器包括两个以上送料单元，送料单元包括送料轮，送料单元的出料口近旁设有受控制器控制的割线刀；供料装置向送料单元供给丝料；打印头可在三维空间相对换料器移动，以使打印头的进料口有选择地与任一送料单元的出料口可分离地对接；传动轮，当打印头的进料口与送料单元的出料口对接时，供料轮与送料轮通过传动轮传动连接。

由以上方案可见，当打印头相对换料器运动至打印头的进料口与其中一送料单元的出料口对接后，控制器控制供料轮旋转，通过传动轮带动送料轮旋转，从而将由供料装置向送料单元供给的丝料输送给打印头，完成由送料单元向打印头供给丝料的动作；由于换料器上安装有两个以上的送料单元，可以通过控制器控制割线刀割断需要更换的丝料，控制打印头相对换料器相对运动至打印头的进料口与另一送料单元的出料口对接，从而实现从一个送料单元向打印头供给丝料更换为另一个送料单元向打印头供给丝料，完成丝料的更换动作，便于进行打印多色成型件或换料；控制器只需控制打印头的供料轮的驱动电机，就可以完成从送料轮向供料轮输送丝料的驱动，简化控制器的控制及换料器的结构。

一个具体的方案为，其中，传动轮安装于打印头上，传动轮与供料轮传动连接。

另一个具体的方案为，其中，传动轮安装于送料单元上，传动轮与送料轮传动连接。

一个更具体的方案为，传动轮与供料轮及送料轮间的传动连接均为摩擦轮传动连接或齿轮传动连接。

另一个更具体的方案为，出料口为一外凸的锥台形出料口，进料口为与锥台形出料口形状相匹配的内凹的锥台形进料口；或，出料口为一内凹的锥台形出料口，进料口为与锥台形出料口形状相匹配的外凸的锥台形进料口。有利于换料器的出料口与打印头的进料口对准校正，并且对准之后，在送料过程中，对传动轮与供料轮及送料轮间的传动提供一定约束限位，有效确保送料的进行。

另一个更具体的方案为，供料轮与传动轮的传动比等于送料轮与传动轮的传动比。可以有效保证送料轮与供料轮的送料速度相同。

另一个更具体的方案为，换料器受控制器控制沿垂直于三维打印机的载物台平面方向可移动地安装于机架上。

优选的方案为，换料器为圆盘体，送料单元沿圆盘体的周向分布。

更优选的方案为，换料器受控制器控制可沿平行于载物台平面移动，及可绕圆盘体的轴向旋转。在换料过程中，打印头相对换料器的运动可由换料器的空间运动完成，有效确保打印头的打印连续。

再一个更具体的方案为，换料器为矩形平板，送料单元按一字型或阵列型地分布于矩形平板上。

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中打印头的结构示意图；

图4是本发明第一实施例的结构图；

图5是本发明第一实施例的换料器的结构示意图；

图6是本发明第一实施例的打印头的结构示意图；

图7是本发明第一实施例中的打印头的进料口与换料器一个送料单元的出料口对准的示意图；

图8是本发明第一实施例中的打印头的进料口与换料器一个送料单元的出料口对接的示意图；

图9是本发明第一实施例打印过程的示意图；

图10是本发明第一实施例中的割线刀割线的示意图；

图11是本发明第一实施例中的打印头的进料口与换料器另一个送料单元的出料口对准的示意图；

图12是本发明第一实施例中的打印头的进料口与换料器另一个送料单元的出料口对接的示意图。

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

第一实施例

参见图4，本例三维打印机由供料装置1、换料器2、打印头3、载物台4、机架5及控制器构成；供料装置1由丝料盒安装架及丝料盒11、丝料盒12、丝料盒13、丝料盒14、丝料盒15及丝料盒16构成；控制器控制打印头3在水平的X-Y平面内运动，同时控制载物台4及换料器2在垂直的Z向运动；换料器2为一圆盘体，沿换料器2的周向均布地安装有第一送料单元21、第二送料单元22、第三送料单元23、第四送料单元24、第五送料单元25及第六送料单元；供料装置1上的六个丝料盒分别向六个送料单元供给单色丝料。

参见图5，第一送料单元21具有送料轮211及送料轮212，第二送料单元22具有送料轮221及送料轮222；丝料盒11上的丝料111在送料轮211与送料轮212配合下从第一送料单元21的锥台形出料口213输出；丝料盒12上的丝料121在送料轮221与送料轮222配合下从第二送料单元22的锥台形出料口223输出；锥台形出料口213的近旁设有割线刀231，锥台形出料口223的近旁设有割线刀232。

参见图6，打印头3上形成有一个有选择地与任一送料单元的锥台形出料口可分离地对接的锥台形进料口36，丝料从锥台形进料口36进入打印头3后，通过供料轮311及供料轮312的配合将丝料送入加热熔融室34内，加热器将成型材料加热至熔融状态，并在后续丝料的推动下从打印喷嘴35喷出；打印头3上安装有一与供料轮311传动连接的传动轮32，当锥台形出料口与锥台形进料口36对接时，供料轮311通过传动轮32带动换料单元中的送料轮转动。

其中，传动轮32与送料轮及供料轮311间的传动连接为齿轮传动连接，送料轮与传动轮32的传动比等于供料轮311与传动轮32的传动比。

以下以送料单元21及送料单元22为例，对本例三维打印机通过换料器2向打印头3供料及更换丝料的过程进行说明。

参见图7，控制器控制打印头3在X-Y水平面内运动至锥台形进料口36位于锥台形出料口213的正下方。

参见图8，控制器控制换料器2沿Z轴向下运动至锥台形出料口213与锥台形进料口36对接；接着控制电机驱动供料轮311旋转，供料轮311通过传动轮32带动送料轮211旋转，从而将丝料111送入打印头的锥台形进料口36中，在供料轮311与供料轮312的作用下进入加热熔融室34内。

参见图9，当丝料111进入加热熔融室34之后，控制器控制换料器2沿Z轴向上运动，打印头3与载物台4在控制器的控制下进行打印三维物体。

参见图10，当需要将丝料111更换成丝料121时，控制器控制割线刀231将丝料111割断,打印头3继续打印至将打印头3内的丝料消耗完。

参见图11，控制器控制打印头3在X-Y水平面内运动至锥台形进料口36位于锥台形出料口223的正下方。

参见图12，控制器控制换料器2沿Z轴向下运动至锥台形出料口223与锥台形进料口36对接；接着控制供料轮311旋转，供料轮311通过传动轮32带动送料轮221旋转，从而将丝料121送入锥台形进料口36中，在供料轮311与供料轮312的作用下进入加热熔融室34内。当丝料121进入加热熔融室34后，控制器控制换料器2沿Z轴向上运动，打印头3与载物台4在控制器的控制下进行打印三维物体。

当丝料111与丝料121为不同颜色的丝料时，上述换料过程适用于不同颜色的丝料的更换，从而可以进行打印多色三维物体。当丝料111与丝料121为相同丝料时，上述换料过程适用于在丝料盒11中的丝料余量不足时，进行更换相同丝料，确保自动换料，减少人工换料的麻烦。

第二实施例

作为对本发明第二实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。换料器为矩形平板结构，6个送料单元呈一字型或阵列型安装于矩形平板上。

第三实施例

作为对本发明第三实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。载物台与换料器均相对机架固定，而打印头在控制器的控制下在X-Y-Z三维空间中运动；在换料过程中，换料器与打印头间的相对运动均由控制器控制打印头完成。

第四实施例

作为对本发明第四实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。换料器在控制器的控制下在Y-Z二维空间中运动及绕自身中心轴的旋转转动；在换料过程中，打印头不移动，通过控制换料器在Y-Z面的运动及绕自身中心轴的转动实现上述第一实施例中打印头与换料器间的相对运动。

第五实施例

作为对本发明第五实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。其中传动轮与供料轮及送料轮间的传动连接均为摩擦轮传动连接，且供料轮与传动轮间的传动比等于送料轮与传动轮间的传动比。

第六实施例

作为对本发明第六实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。送料单元的锥台形出料口为内凹型，而打印头的锥台形进料口为与其相匹配的外凸型。

第七实施例

作为本发明第七实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。用设于每个送料单元上的传动轮代替设于打印头上的传动轮，实现供料轮与传动轮间的传动连接。

本发明的构思主要是通过在打印头与供料装置间设置一换料器，实现自动更换丝料；根据本发明构思，送料单元的个数、丝料盒的个数及其承载丝料的颜色由打印需求决定，不局限本具体实施方式，换料器的结构及其在控制器的控制下与打印头间的相对运动还有多种显而易见的变化。

Claims (10)

1.三维打印机，包括机架、供料装置及控制器，所述机架上可移动地安装有受所述控制器控制的打印头，所述打印头包括供料轮并有一进料口；

其特征在于：

换料器，所述换料器包括两个以上的送料单元，所述送料单元包括送料轮，所述送料单元的出料口近旁设有受所述控制器控制的割线刀；

所述供料装置向所述送料单元供给丝料；

所述打印头可在三维空间相对所述换料器移动，以使所述进料口有选择地与任一所述出料口可分离地对接；

传动轮，当所述出料口与所述进料口对接时，所述供料轮与所述送料轮通过所述传动轮传动连接。

2.根据权利要求1所述三维打印机，其特征在于：

所述传动轮安装于所述打印头上，所述传动轮与所述供料轮传动连接。

3.根据权利要求1所述三维打印机，其特征在于：

所述传动轮安装于所述送料单元上，所述传动轮与所述送料轮传动连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述传动连接为摩擦轮传动连接或齿轮传动连接。

5.根据权利要求1至3任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述出料口为一外凸的锥台形出料口，所述进料口为与所述锥台形出料口形状相匹配的内凹的锥台形进料口；

或，

所述出料口为一内凹的锥台形出料口，所述进料口为与所述锥台形出料口形状相匹配的外凸的锥台形进料口。

6.根据权利要求1至3任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述供料轮与所述传动轮的传动比等于所述送料轮与所述传动轮的传动比。

7.根据权利要求1至3任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述换料器受所述控制器控制沿垂直于载物台平面方向可移动地安装于所述机架上。

8.根据权利要求7所述三维打印机，其特征在于：

所述换料器为圆盘体，所述送料单元沿所述圆盘体的周向分布。

9.根据权利要求8所述三维打印机，其特征在于：

所述换料器受所述控制器控制可沿平行于所述载物台平面移动，及可绕所述圆盘体的轴向旋转。

10.根据权利要求1至3任一项所述三维打印机，其特征在于：

所述换料器为矩形平板，所述送料单元按一字型或阵列型地安装在所述矩形平板上。