CN104290326B - 一种自动快速连接多色3d打印丝料的装置及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置，包括：机架；活动安装在机架上的下压板和上压板，所述下压板和上压板上均设有一个相互配合的工作面，两个工作面上均具有半圆柱成型槽和成型面，半圆柱成型槽内设有加热环；所述下压板具有两个工作位；在第二工作位时，两个半圆柱成型槽分别与两个成型面相互对正；所述上压板具有两个工作位；驱动下压板和上压板在其两个工作位之间切换的驱动机构。本发明还公开了一种3D打印机。本发明通过加热方式快速连接多色3D打印丝料，操作灵活方便，只要计算好丝料的用量，单喷头就可以实现彩色3D打印，相较于目前的多喷头3D打印机，该装置大大降低了彩色3D打印的成本。

Description

一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置及3D打印机

技术领域

本发明属于三维打印技术领域，具体是涉及一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置及带有该装置的3D打印机。

背景技术

经过30年的不断发展，3D打印技术已趋于成熟，彩色3D打印成为今后3D打印发展的一个重要方向。目前彩色3D打印主要通过多喷头3D打印机实现。MakerBot2013年推出的双喷头3D打印机Replicator2X，可采用两种耗材由双喷头协同工作，打印出双色的印品。但是多喷头3D打印机普遍存在价格昂贵、操作复杂等缺点。

意大利StickFilament公司最新研制出一种手动连接不同颜色丝料的方法。该方法为即在棒状线材的两端加上可以相互扣合的连接头，然后通过人手工将其插接后用作彩色3D打印。该方法虽操作简单，但需要人工进行插接，较为耗时，且连接头加工不易。

发明内容

本发明提供了一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置，通过将不同颜色的丝料端部加热熔化，来连接不同颜色的丝料。本发明通过加热方式快速连接多色3D打印丝料，操作灵活方便，使单喷头实现彩色3D打印成为可能，相较于目前的多喷头3D打印机，本发明大大降低了彩色3D打印的成本。

本发明同时提供了一种带有上述自动快速连接多色3D打印丝料的装置的3D打印机。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置，包括：

机架；

活动安装在机架上的下压板和上压板，所述下压板和上压板上均设有一个相互配合的工作面，两个工作面上均具有一个结构相同的半圆柱成型槽和一个成型面，半圆柱成型槽内设有用于对3D打印丝料的连接端进行加热的加热环；

所述下压板具有保持两个半圆柱成型槽相互对正的第一工作位、以及保持两个半圆柱成型槽相互错开的第二工作位；在第二工作位时，两个半圆柱成型槽分别与两个成型面相互对正；

所述上压板具有保证下压板和上压板接触的第一工作位、以及保持下压板和上压板分离的第二工作位；

驱动下压板在其两个工作位之间切换的第一驱动机构；

驱动上压板在其两个工作位之间切换的第二驱动机构；

在第一驱动机构和第二驱动机构驱动下，所述上压板和下压板相互配合，在加热环加热作用下，依次实现两个3D打印丝料的分别压制和相互粘连，即：所述上压板处于第一工作位、下压板处于第二工作位时，完成两个3D打印丝料的分别压制；所述上压板处于第一工作位、下压板处于第一工作位时，完成两个3D打印丝料的相互粘连。

作为优选，所述机架上设有导轨；所述第一驱动机构包括：固定在机架上的电机；与所述电机输出轴相互固定的丝杠；与所述丝杠配合的下压板固定板，该下压板固定板顶部与所述下压板固定，底部设有与所述导轨配合的滑块。所述丝杠的一端一般通过联轴器与所述电机的轴固定连接。所述机架上安装有丝杠固定座，所述丝杠另一端通过轴承与所述丝杠固定座安装固定。采用该技术方案时，可以保证下压板的运行精度，保证丝料的连接精度。所述下压板固定板一般包括与下压板固定的板体、以及与板体固定的螺母套，该螺母套与丝杠螺纹配合；板体两端设有所述的滑块，滑块数量为两个，在丝杠的驱动作用以及导轨的导向作用下，将丝杠的转动转化为螺母套的平动。

作为优选，所述第二驱动机构为安装在机架上的至少一个气缸，该气缸的活塞杆端部与所述上压板相互固定。所述气缸数量一般为两个，分别与上压板的两侧固定。所述气缸的缸筒与机架固定连接。气缸与上压板之间的连接方式也多样化，如：联轴器连接、螺纹连接等。

作为优选，所述自动快速连接多色3D打印丝料的装置还包括用于在完成两个3D打印丝料的分别压制后切断挤出丝料的两个刀片、以及驱动两个刀片往复移动的第三驱动机构；所述两个刀片分别设置在上压板两侧，且分别与两个半圆柱成型槽位置配合。所述第三驱动机构一般为气缸，气缸的缸筒与机架固定连接，两个气缸的活塞杆与刀片固定连接，该连接方式多样化，如：联轴器连接、螺纹连接等。作为优选，所述两个刀片的刀刃紧贴上压板对应侧侧壁。所述刀片包括前刀片和后刀片，前刀片和后刀片相互平行，且位于上压板前后两侧，并与上压板侧面相贴合。所述上压板和下压板一般为长方体或者正方体结构，工作面为长方体或者正方体结构一个侧面，工作面相互平行且结构相同，前刀片和后刀片分别与长方体或者正方体结构的两个侧壁贴紧，用于切断压制过程中，从半圆柱成型槽沿轴向挤出的丝料。

作为优选，所述下压板和上压板的工作面上，靠近半圆柱成型槽的槽口部位两侧分别设有沿半圆柱成型槽轴向设置的导料槽。采用该技术方案，丝料压制过程中，沿半圆柱成型槽周向产生的挤出料可以进入到导料槽内，保证压制过程的顺利进行。

作为优选，所述导料槽与半圆柱成型槽连接部位为刀刃结构。采用该技术方案，刀刃结构能够引导挤出丝料迅速的脱离丝料本体，快速的进入到导料槽内，降低了压制过程的难度，降低了压制能耗。

作为优选，所述第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构均受控于同一控制单元。所述控制单元可为计算机、控制芯片等。所述上压板、下压板运行方向与实际使用场合和安装位置有关，一般上压板和下压板运行方向相互垂直；刀片与上压板运行方向一致，例如，下压板可在第一驱动机构的驱动作用下，在水平方向上往复运动；上压板可在第二驱动机构的驱动作用下，在竖直方向上往复运动；刀片在第三驱动机构的驱动作用下，在竖直方向上往复运动。

作为优选，所述加热环为半圆加热环，与半圆柱成型槽的内槽壁大小配合，通过现有的固定方式相互固定，实现对丝料的加热处理。

本发明还提供了一种3D打印机，包括单个打印喷头，还包括用于将不同色3D打印丝料进行连接然后输送给所述打印喷头的装置，该装置为上述任一技术方案所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置。

本发明一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置，在工作时，两种不同颜色的丝料分别从装置的两端穿入装置，两种丝料的一端分别固定在上压板和下压板的半圆柱成型槽中，上压板和下压板上的半圆加热环分别对两种丝料进行加热，达到一定温度后，气缸带动上压板向下运动，上压板底部与下压板顶部重合后停止运动，并保持一段时间，两种丝料分别压制完成，气缸带动前刀片和后刀片向下运动，切除前端溢出的丝料，左右两侧溢出的丝料被压断进入导料槽。两种丝料的一端均被压成半圆柱形。电机转动，带动下压板沿滚珠丝杠轴线方向移动，使上压板的半圆柱成型槽和下压板的半圆柱成型槽在竖直方向上相互对正，形成完整的圆柱形结构，加热加压使两种丝料的半圆柱形端面相互熔合，从而完成丝料的拼接。

本发明通过加热方式快速连接多色3D打印丝料，操作灵活方便，只要计算好丝料的用量，单喷头就可以实现彩色3D打印，相较于目前的多喷头3D打印机，该装置大大降低了彩色3D打印的成本。

本发明结构紧凑、连接丝料效率高、制作简单、成本低，同时能够实现丝料的自动拼接，在彩色3D打印领域中有很大应用潜力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明工作零部件的结构示意图；

图3为下压板驱动装置的结构示意图；

图4为上压板和下压板的结构示意图；

图5为压制成型后两种丝料压制段的外观示意图；

图6为加热熔合后连接处的示意图。

图中，1-电机，2-电机固定板，3-下压板，4-上压板，5-第一气缸，6-前刀片，7-第二气缸，8-第三气缸，9-后刀片，10-第一导轨，11-丝杠固定座，12-第二导轨，13-丝杠，14-下压板固定板，15-第二滑块，16-机架，17-联轴器，18-螺母套，19-第四气缸，20-第一滑块，21-半圆加热环，22-第一导料槽，23-第二导料槽，24-半圆柱成型槽，25-成型面，26-刀刃。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

如图1，图2，图3所示，电机1与电机固定板2固定连接，电机固定板2与机架16固定连接，丝杠13水平设置，丝杠13的一端与电机1通过联轴器17固定连接，丝杠13的另一端通过轴承与丝杠固定座11连接，丝杠固定座11与机架16固定连接。螺母套18套在丝杠13上，下压板固定板14与螺母套18固定连接，下压板固定板14的一端与第一滑块20固定连接，第一滑块20卡在第一导轨10上，与第一导轨10相互配合，下压板固定板14的另一端与第二滑块15固定连接，第二滑块15卡在第二导轨12上，与第二道轨12相互配合，下压板固定板14与下压板3固定连接。下压板3在电机1驱动下，可沿水平方向上往复运动。

第一气缸5的缸筒与机架16固定连接，第四气缸19的缸筒与机架16固定连接，上压板4的一端与第一气缸5的活塞杆固定连接，上压板4的另一端与第四气缸19的活塞杆固定连接。上压板4在第一气缸5和第四气缸19的驱动作用下，可沿竖直方向上往复运动。上压板4平行于下压板3，且上压板4位于下压板3的正上方。

第二气缸7的缸筒与机架16固定连接，第二气缸7的活塞杆与前刀片6的顶端固定连接，前刀片6的刀片部分紧贴上压板4的前侧面，前刀片6的对称轴方向与丝杠13的轴线方向垂直。前刀片6在第二气缸7的驱动作用下可沿竖直方向上往复运动。第三气缸8的缸筒与机架16固定连接，第三气缸8的活塞杆与后刀片9的顶端固定连接，后刀片9的刀片部分紧贴上压板4的后侧面，后刀片9的对称轴方向与丝杠13的轴线方向垂直。后刀片9在第三气缸8的驱动作用可沿竖直方向上往复运动。前刀片6和后刀片9相互平行。

上压板4和下压板3的主要结构相同，以下压板3为例，如图4所示，下压板3包括半圆柱成型槽24、半圆加热环21、第一导料槽22和第二导料槽23、以及成型面25，第一导料槽22和第二导料槽23分别位于半圆柱成型槽24两侧，第一导料槽22和半圆柱成型槽24相接处形成锋利的刀刃26，第二导料槽23与半圆柱成型槽24相接处形成锋利的刀刃26，半圆加热环21嵌于半圆柱成型槽24内。

本发明的工作过程如下：

将需要连接的两根丝料A、B，分别从前后两侧穿入本发明的上压板4和下压板3中间，即丝料A沿后刀片9向前刀片6的方向穿入上压板4和下压板3中间，并将丝料A的端部固定在下压板3的半圆柱成型槽24中，丝料B沿着与丝料A相反的方向穿入上压板4和下压板3中间，并将丝料B的端部固定在上压板4的半圆柱成型槽24中。半圆加热环21开始预热，当半圆加热环21的温度上升至接近丝料A和丝料B的熔点温度时，第一气缸5的活塞杆和第四气缸19的活塞杆同时向下运动，带动上压板4向下运动至与下压板3紧贴，丝料A的端部被压制成下半圆柱，丝料B的端部被压制成上半圆柱。当上压板4和下压板3紧贴时，第二气缸7的活塞杆向下运动，带动前刀片6向下运动，切断丝料A前端被挤出的丝料，同时，第三气缸8的活塞杆向下运动，带动后刀片9向下运动，切断丝料B被挤出的丝料。由于压力的作用，压制过程中多余的丝料会从丝料前侧及两侧挤压出，前侧多余丝料被刀片切断，两侧多余的丝料渗入半圆柱成型槽24两侧的第一导料槽22和第二导料槽23中。压制成型后的丝料端部形状如图5所示。

第二气缸7的活塞杆向上运动，带动前刀片6向上运动至初始位置，同样的，第三气缸8的活塞杆向上运动，带动后刀片9向上运动至初始位置。

电机1正向转动，带动丝杠13转动，进而带动螺母套18沿丝杠13的轴线方向移动，从而带动与螺母套18固定连接的下压板3沿着丝杠13的轴线方向运动到下压板3的半圆柱成型槽24的轴线与上压板4的半圆柱成型槽24的轴线重合的位置，半圆加热环21继续加热至丝料A和丝料B的熔点温度，使丝料A和丝料B熔化后相互粘连，加热熔合后的丝料连接处形状如图6所示。

完成丝料的连接后，第一气缸5的活塞杆和第四气缸19的活塞杆同时向上运动，带动上压板4向上运动至初始位置，电机1反向转动，带动丝杠13转动，从而带动螺母套18沿丝杠13的轴线方向移动，进而带动下压板3沿丝杠13的轴线方向移动到初始位置。

在某些对丝料强度有较高要求的场合，可在丝料加热熔合后，添加超声波塑料焊接机，对丝料连接处进行超声加固。将丝料连接处固定于超声波塑料焊接机的工作台上，超声波焊头下压，持续5-10s，使丝料连接处凝固成型。经过超声波焊接的丝料连接处强度接近于原材料的强度。

Claims (10)

1.一种自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，包括：

机架（16）；

活动安装在机架（16）上的下压板（3）和上压板（4），所述下压板（3）和上压板（4）上均设有一个相互配合的工作面，两个工作面上均具有一个结构相同的半圆柱成型槽（24）和一个成型面（25），半圆柱成型槽（24）内设有用于对3D打印丝料的连接端进行加热的半圆加热环（21）；

所述下压板（3）具有保持两个半圆柱成型槽（24）相互对正的第一工作位、以及保持两个半圆柱成型槽（24）相互错开的第二工作位；在第二工作位时，两个半圆柱成型槽（24）分别与两个成型面（25）相互对正；

所述上压板（4）具有保证下压板（3）和上压板（4）接触的第一工作位、以及保持下压板（3）和上压板（4）分离的第二工作位；

驱动下压板（3）在其两个工作位之间切换的第一驱动机构；

驱动上压板（4）在其两个工作位之间切换的第二驱动机构；

在第一驱动机构和第二驱动机构驱动下，所述上压板（4）和下压板（3）相互配合，在半圆加热环（21）加热作用下，依次实现两个3D打印丝料的分别压制和相互粘连。

2.根据权利要求1所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述机架（16）上设有导轨；

所述第一驱动机构包括：

固定在机架（16）上的电机（1）；

与所述电机（1）输出轴相互固定的丝杠（13）；

与所述丝杠（13）配合的下压板固定板（14），该下压板固定板（14）顶部与所述下压板（3）固定，底部设有与所述导轨配合的滑块。

3.根据权利要求2所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述第二驱动机构为安装在机架（16）上的至少一个气缸，该气缸的活塞杆端部与所述上压板（4）相互固定。

4.根据权利要求2所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述机架（16）上安装有丝杠固定座（11），所述丝杠（13）通过轴承与所述丝杠固定座（11）安装固定。

5.根据权利要求1所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，还包括用于在完成两个3D打印丝料的分别压制后切断挤出丝料的两个刀片、以及驱动两个刀片往复移动的第三驱动机构；所述两个刀片分别设置在上压板（4）的两侧，且分别与两个半圆柱成型槽（24）位置配合。

6.根据权利要求5所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述下压板（3）和上压板（4）的工作面上，靠近半圆柱成型槽（24）的槽口部位两侧分别设有沿半圆柱成型槽（24）轴向设置的导料槽。

7.根据权利要求6所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述导料槽与半圆柱成型槽（24）连接部位为刀刃结构。

8.根据权利要求5所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构均受控于同一控制单元。

9.根据权利要求5所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置，其特征在于，所述两个刀片的刀刃紧贴上压板（4）对应侧侧壁。

10.一种3D打印机，包括单个打印喷头，其特征在于，还包括用于将不同色3D打印丝料进行连接然后输送给所述打印喷头的装置，该装置为权利要求1-9任一权利要求所述的自动快速连接多色3D打印丝料的装置。