CN104044271A - 3d打印机用双打印头机构及3d打印机及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印机用双打印头机构及3D打印机及打印方法，所述双打印头机构包括用于与运动导轨连接的固定滑块和用于加热挤出耗材的打印头。其中，所述打印头包括第一打印头和第二打印头，所述第一打印头的耗材挤出口的口径大于所述第二打印头的耗材挤出口的口径，所述第一打印头和所述第二打印头并排设置在所述固定滑块上。本发明采用两个口径不同的打印头，可以有效的提高打印机的打印效率。打印的时候使用挤出口径较小的打印头打印轮廓，保证打印物件轮廓精细光滑，内部填充则使用挤出口径较大的打印头打印以提高打印速度，可大大提升打印效率，同时不影响物件的打印精度，尤其对于打印大型物件，效果更加明显。

Description

3D打印机用双打印头机构及3D打印机及打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印机的技术领域，尤其涉及一种3D打印机用双打印头机构及3D打印机及打印方法。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，其基本原理是通过把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来，而打印出的产品，并可以即时使用。3D打印机过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。

由于目前3D打印机的速度还不是很快，因此在使用3D打印机打印较大的物件时，往往需要几个小时，甚至十几个小时的时间。在打印较大物体且保证大比例的填充的条件下，这个时间可能还要更长，需进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的，就是提出一种能够有效既提高打印速度又能保证打印精度的3D打印机用双打印头机构及3D打印机及打印方法。

本发明为解决上述技术问题，提供了一种3D打印机用双打印头机构，包括用于与运动导轨连接的固定滑块和用于加热挤出耗材的打印头。其中，所述打印头包括第一打印头和第二打印头，所述第一打印头的耗材挤出口的口径大于所述第二打印头的耗材挤出口的口径，所述第一打印头和所述第二打印头并排设置在所述固定滑块上。

较佳的，所述第一打印头的耗材挤出口的口径为1-5mm，所述第二打印头的耗材挤出口的口径为0.2-0.6mm。

较佳的，所述第一打印头的耗材挤出口的口径为2mm，所述第二打印头的耗材挤出口的口径为0.4mm。

较佳的，所述第一打印头包括用于耗材输入的第一进料喉管，用于加热耗材的第一加热块，以及用于耗材挤出的第一喷嘴，所述第一进料喉管的一端连接在所述固定滑块上，另一端穿过所述第一加热块连接在所述第一喷嘴上。

较佳的，所述第二打印头包括用于耗材输入的第二进料喉管，用于加热耗材的第二加热块，以及用于耗材挤出的第二喷嘴，所述第二进料喉管的一端连接在所述固定滑块上，另一端穿过所述第二加热块连接在所述第二喷嘴上。

较佳的，所述第一加热块和所述第二加热块各自包括有铝块、加热碳棒和温度传感器，所述加热碳棒和所述温度传感器设置在所述铝块上。

本发明还提出一种3D打印机，包括：机架、三向运动机构、打印平台、给料机构和打印头机构，所述三向运动机构、所述打印平台和所述给料机构均设置在所述机架上，所述打印头机构设置在所述三向运动机构上。其中，所述打印头机构为上述的3D打印机用双打印头机构。

较佳的，所述三向运动机构包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构,所述Z轴运动机构与所述打印平台连接，用于驱动所述打印平台上下移动，所述X轴运动机构和所述Y轴运动机构设置在所述打印平台上方，所述打印头机构的固定滑块分别与所述X轴运动机构和所述Y轴运动机构连接，所述X轴运动机构和所述Y轴运动机构驱动所述打印头机构前后、左右移动。

本发明还提出一种打印方法，包括以下步骤：

步骤一、对待打印物体的三维数据进行分析，根据上述待打印物件的轮廓形状，在待打印物体的每一层的截面上划分一个最大的整块矩形区域和若干个不规则区域；

步骤二、采用上述的3D打印机，利用第二打印头对所述待打印物体的每一层截面上的若干个所述不规则区域进行填充，利用第一打印头对所述待打印物体的每一层截面上的所述最大的整块矩形区域进行填充，打印完成整层截面后，继续进行下一层截面的打印，直到整个待打印物件全部打印完毕。

较佳的，在所述步骤二中，对于所述待打印物体的每一层截面，均先用第二打印头填充该层所述的不规则区域，再用第一打印头填充该层所述的最大的整块矩形区域。

本发明3D打印机用双打印头机构及3D打印机及打印方法的有益效果如下：

1、本发明的3D打印机用双打印头机构具有两个口径不同的打印头，应用在现有的打印机上，可以有效的提高打印机的打印效率。打印的时候使用挤出口径较小的打印头打印轮廓(包括顶层和底层)，保证打印物件轮廓精细光滑，保证了打印的精度，内部填充则使用挤出口径较大的打印头打印以提高打印速度，可大大提升打印速度，尤其对于打印大型物件，效果更加明显。

2、本发明的3D打印机用双打印头机构采用进料喉管进行耗材的插入，同时利用所述进料喉管的两端分别连接固定滑块和加热块，有效的将冷热端隔离，进一步降低能量的消耗，并进一步提高了机构的安全性和使用寿命。

3、本发明的3D打印机由于打印头机构采用了上述双打印头机构，也同样具备上述有益效果，可大大提升打印速度，同时不影响物件的打印精度。

4、本发明的打印方法采用了上述的3D打印机进行打印，也同样具备上述有益效果，可大大提升打印速度，同时不影响物件的打印精度，且操作过程十分简单便捷。

附图说明

图1为具体实施例3D打印机用双打印头机构的结构示意图。

图2为具体实施例3D打印机的整体结构示意图。

图3为待打印物件的层截面划分示意图。

图中标号说明：

固定滑块100，打印头200，第一打印头210，第一进料喉管211，第一加热块212，第一喷嘴213，第二打印头220，第二进料喉管221，第二加热块222，第二喷嘴223，机架300，三向运动机构400，X轴运动机构410，Y轴运动机构420，Z轴运动机构430，打印平台500，给料机构600。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例一：

图1为具体实施例3D打印机用双打印头机构的结构示意图。本实施例提出一种3D打印机用双打印头机构，包括用于与运动导轨连接的固定滑块100和用于加热挤出耗材的打印头200。其中，如图1所示，本实施例的打印头200包括第一打印头210和第二打印头220，第一打印头210的耗材挤出口的口径大于第二打印头220的耗材挤出口的口径，第一打印头210和第二打印头220并排设置在固定滑块100上。

具体的，本实施例的第一打印头210包括用于耗材输入的第一进料喉管211，用于加热耗材的第一加热块212，以及用于耗材挤出的第一喷嘴213，第一进料喉管211的一端连接在固定滑块100上，另一端穿过第一加热块212连接在第一喷嘴213上。本实施例的第二打印头220包括用于耗材输入的第二进料喉管221，用于加热耗材的第二加热块222，以及用于耗材挤出的第二喷嘴223，第二进料喉管221的一端连接在固定滑块100上，另一端穿过第二加热块222连接在第二喷嘴223上。

示例性的，本实施例的第一加热块212和第二加热块222各自包括有铝块、加热碳棒和温度传感器(图中均未标出)，如图1所示，所述加热碳棒和所述温度传感器设置在所述铝块上。本实施例的第一喷嘴213和第二喷嘴223均采用黄铜制作，并分别通过螺纹固定的方式对应固定到第一加热块212和第二加热块222上。

示例性的，本实施例的第一打印头210的耗材挤出口的口径为2mm，第二打印头220的耗材挤出口的口径为0.4mm，第一喷嘴213和第二喷嘴223的中心距为16mm。

当然了，在其他具体实施例中，所述第一打印头210的耗材挤出口的口径还可以为1-5mm，第二打印头220的耗材挤出口的口径还可以为0.2-0.6mm等其他数值，只需确保打印的时候使用第二打印头220能够实现精细光滑打印轮廓(包括顶层和底层)，使用第一打印头210进行内部填充时能够实现快速填充以提高打印速度的发明目的即可。其中，第一打印头210和第二打印头220也可以根据需要选用口径合适的市场常用外购件，按本实施例的技术方案进行装配使用，加热块的体积和加热功率也可以根据挤出速度和挤出量进行适当调整。

实施例二：

图2为具体实施例3D打印机的整体结构示意图。如图2所示，本实施例提出了一种3D打印机，包括：机架300、三向运动机构400、打印平台500、给料机构600和打印头机构，如图2所示，三向运动机构400、打印平台500和给料机构600均设置在机架300上，所述打印头机构设置在三向运动机构400上。其中，本实施例的打印头机构为实施例一中所述的3D打印机用双打印头机构。

如图1和图2所示，本实施例将实施例一中所述3D打印机用双打印头机构设置在三向运动机构400上，所述3D打印机用双打印头机构的具体结构可参见实施例1中的具体描述，此处不再赘述。

示例性的，本实施例的三向运动机构400包括X轴运动机构410、Y轴运动机构420和Z轴运动机构430,Z轴运动机构430与打印平台500连接，用于驱动打印平台500上下移动，X轴运动机构410和Y轴运动机构420设置在打印平台500上方，所述打印头机构的固定滑块100分别与X轴运动机构410和Y轴运动机构420连接，X轴运动机构410和Y轴运动机构420驱动所述打印头机构前后、左右移动。

本实施例的固定滑块100用于将第一打印头210和第二打印头220同时滑动固定在运动导轨上，使第一打印头210和第二打印头220可以沿导轨在XY轴平面运动；第一进料喉管211和第二进料喉管221用于插入耗材并将冷热端隔离；两个加热碳棒分别加热两个打印头的铝块；两个温度传感器分别检测两个打印头的铝块温度；铝块受热后以热传导的方式使两个大小孔径不同的黄铜制成的第一喷嘴213和第二喷嘴223受热；第一喷嘴213和第二喷嘴223通过螺纹固定的方式固定到相应的铝块上，当第一喷嘴213和第二喷嘴223受热后，通过第一进料喉管211和第二进料喉管221对应插入到其内部的打印耗材融化成液体状，此时再通过给料机构600驱动耗材，则融化后的耗材就可以从对应喷嘴里被挤出。第一喷嘴213和第二喷嘴223的中心距为16mm。由于第一喷嘴213直径比较大，因此为保证挤出速度，其加热碳棒的功率和铝块的体积要设计的比小孔径黄铜的第二喷嘴223的要大。

当然了，在其他具体实施例中，机架、三向运动机构、打印平台和给料机构可以采用市场常用外购件，或者直接在现有的3D打印机上面进行改进，将其打印头机构替换为实施例1中的双打印头机构，此处不再赘述。

实施例三：

本实施例提出了一种打印方法，包括以下步骤：

步骤一、对待打印物体的三维数据进行分析，根据上述待打印物件的轮廓形状，如图3所示，在待打印物体的每一层的截面上划分一个最大的整块矩形区域和若干个不规则区域。

步骤二、采用实施例二所述的3D打印机，利用第二打印头对所述待打印物体的每一层截面上的若干个所述不规则区域进行填充，利用第一打印头对所述待打印物体的每一层截面上的所述最大的整块矩形区域进行填充，打印完成整层截面后，继续进行下一层截面的打印，直到整个待打印物件全部打印完毕。

示例性的，在所述步骤二中，对于所述待打印物体的每一层截面，均先用第二打印头填充该层所述的不规则区域，再用第一打印头填充该层所述的最大的整块矩形区域。

示例性的，本实施例的具体应用情况如下：

本实施例的打印方法可以通过现有的控制芯片和电脑软件(如切片软件)进行编程实现自动化操控，利用电脑软件可以将STL文件格式转化为Gcode代码，对于曲线的轮廓，软件是将其分成很多个小段，根据层高，壁厚，速度，温度等切片参数，对于每个小段所对应的生成的代码包括：X轴的移动量、Y轴的移动量、挤出电机移动距离、速度和加速度等。根据轮廓的形状划分出一个整块的矩形区域和几个不规则区域，大的整块矩形区域用第一打印头进行填充，小的不规则区域则第二打印头进行填充。

按照本实施例打印方法的教导，本领域技术人员可以利用电脑软件根据每一层的截面形状，分割出最大的矩形面积(如图3中间的矩形区域)，通过控制芯片控制第一打印头来打印矩形区域的填充，而对于轮廓和阴影区域的不规则部分，使用第二打印头进行打印和填充。由于是两种尺寸不同的挤出口口径，所以电脑软件在生成Gcode代码时，分别生成基于第一打印头和第二打印头的Gcode代码。

具体的，本实施例利用实施例二的带有双打印头机构的3D打印机进行物件打印，对于打印物体的每一层，首先用喷嘴直径小的第二打印头打印该层的轮廓和小的不规则区域，这个时候，可以稍微对喷嘴直径大的第一打印头回抽一段以保证第一打印头不会有耗材溢出；在该层的轮廓和小的不规则区域填充即将完成的时候，稍微对第一打印头进给一段以保证第一打印头的内部腔体填满融化的耗材。回抽距离和进给距离可以通过电脑软件设定。然后打印头在X轴上平移16mm，用来补偿两个打印头之间的距离，此时开始用大口径的第一打印头填充打印规则的矩形区域。当完成规则矩形区域填充后，重新开始下一层的打印，循环作业直到完成整个物件的打印。

以上述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种3D打印机用双打印头机构，包括：用于与运动导轨连接的固定滑块和用于加热挤出耗材的打印头，其特征在于：所述打印头包括第一打印头和第二打印头，所述第一打印头的耗材挤出口的口径大于所述第二打印头的耗材挤出口的口径，所述第一打印头和所述第二打印头并排设置在所述固定滑块上。

2.如权利要求1所述的3D打印机用双打印头机构，其特征在于：所述第一打印头的耗材挤出口的口径为1-5mm，所述第二打印头的耗材挤出口的口径为0.2-0.6mm。

3.如权利要求2所述的3D打印机用双打印头机构，其特征在于：所述第一打印头的耗材挤出口的口径为2mm，所述第二打印头的耗材挤出口的口径为0.4mm。

4.如权利要求1或2或3所述的3D打印机用双打印头机构，其特征在于：所述第一打印头包括用于耗材输入的第一进料喉管，用于加热耗材的第一加热块，以及用于耗材挤出的第一喷嘴，所述第一进料喉管的一端连接在所述固定滑块上，另一端穿过所述第一加热块连接在所述第一喷嘴上；和/或，

所述第二打印头包括用于耗材输入的第二进料喉管，用于加热耗材的第二加热块，以及用于耗材挤出的第二喷嘴，所述第二进料喉管的一端连接在所述固定滑块上，另一端穿过所述第二加热块连接在所述第二喷嘴上。

5.如权利要求4所述的3D打印机用双打印头机构，其特征在于：所述第一加热块和所述第二加热块各自包括有铝块、加热碳棒和温度传感器，所述加热碳棒和所述温度传感器设置在所述铝块上。

6.一种3D打印机，包括：机架、三向运动机构、打印平台、给料机构和打印头机构，所述三向运动机构、所述打印平台和所述给料机构均设置在所述机架上，所述打印头机构设置在所述三向运动机构上，其特征在于：所述打印头机构为权利要求1-5任一项所述的3D打印机用双打印头机构。

7.如权利要求6所述的3D打印机，其特征在于：所述三向运动机构包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构,所述Z轴运动机构与所述打印平台连接，用于驱动所述打印平台上下移动，所述X轴运动机构和所述Y轴运动机构设置在所述打印平台上方，所述打印头机构的固定滑块分别与所述X轴运动机构和所述Y轴运动机构连接，所述X轴运动机构和所述Y轴运动机构驱动所述打印头机构前后、左右移动。

8.一种打印方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、对待打印物体的三维数据进行分析，根据上述待打印物件的轮廓形状，在待打印物体的每一层的截面上划分一个最大的整块矩形区域和若干个不规则区域；

步骤二、采用权利要求6或7所述的3D打印机，利用第二打印头对所述待打印物体的每一层截面上的若干个所述不规则区域进行填充，利用第一打印头对所述待打印物体的每一层截面上的所述最大的整块矩形区域进行填充，打印完成整层截面后，继续进行下一层截面的打印，直到整个待打印物件全部打印完毕。

9.如权利要求8所述的打印方法，其特征在于：在所述步骤二中，对于所述待打印物体的每一层截面，均先用第二打印头填充该层所述的不规则区域，再用第一打印头填充该层所述的最大的整块矩形区域。