CN104290330B - 一种3d打印机及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D打印机，包括轨道、打印头、加热室、喷嘴、丝料、换线座，换线座具有进料孔和出料孔，换线座内部贯穿形成引线槽；驱动部件具有电机和驱动辊，丝料与驱动辊邻接；控制部件具有控制器和从动轮，从动轮至少为两个，通过控制器的作用，一个从动轮与驱动辊处于邻接状态或者分离状态。本发明提供的3D打印机能够完成多种丝料的打印过程，多种丝料之间随意切换，并且结构简单、成本低廉。本发明还提供一种3D打印机的方法。

Description

一种3D打印机及打印方法

技术领域

本发明涉及三维(3D)打印机领域，具体地说，是涉及一种多条丝料进给装置的3D打印机和打印方法。

背景技术

快速成型能够用于三维物体的成型过程，通过电脑数据的转换过程实现三维物体的制造。通常，快速成型主要包括三种类型：立体雕刻(Stereolithography)、逐层叠加制造(Laminated Object Manufacturing)和选择性沉积塑形(Selective DepositionModeling)。

选择性沉积塑形的基本原理是将三维物体逐层切片而得到每一层横截面的数据信息，基于这些信息将物体制造出来。现有的一种选择性沉积塑形是熔融沉积成型(FusedDeposition Modeling，FDM)。熔融沉积成型的设备包括了一个挤压头，挤压头内可以设置一个丝料的进给装置，通过加热元件对挤压头加热后，挤压头能够挤压出熔融的流体材料，挤压出来的材料经冷却凝固后形成固体结构。

现有技术中，3D打印机出现了能够用于彩色物体成型的技术方案，以红、绿、蓝三原色配比为原理，通过调节三种不同颜色的丝料在加热室的质量比例，从而挤压出所需颜色的材料。然而，这种用于彩色物体制作的3D打印机结构复杂，成本较高，对控制系统精密度要求很高。另外，申请号为CN201410073577.5中国发明专利申请公开了一种能够用于多条丝料的进给装置，包括至少两个打印盒，至少两个打印头，每一个打印头接收一个打印盒供给的耗材，还包括了切换装置，当一种颜色的材料成型完毕后，通过驱动装置将打印头移动到切换装置中，并进行下一种颜色的打印。这种方案的3D打印机的打印头数量较多，3D打印机的结构复杂并且成本较高，有待进一步改进。

发明内容

针对现有技术中用于多种丝料打印的3D打印机结构复杂，成本较高的缺陷。

本发明的目的之一是提供一种3D打印机。

本发明的另一目的是提供一种3D打印机的方法。

本发明提供的3D打印机,包括轨道,轨道上滑动连接一个打印头；打印头具有加热室和喷嘴，加热室与喷嘴固定连接；丝料，丝料至少为两条；打印头还包括换线座，换线座具有上底面和下底面，上底面至少设有两个进料孔，下底面上设有出料孔，进料孔和出料孔在换线座内部贯穿形成引线槽，出料孔与加热室的端部连接；驱动部件，驱动部件设置在换线座上方位置，驱动部件具有电机和由电机驱动旋转的驱动辊，每一条丝料与驱动辊邻接并沿进料孔进入引线槽；控制部件，控制部件具有控制器和从动轮，从动轮至少为两个，控制器用于将至少一个从动轮与驱动辊处于邻接状态；丝料在驱动辊旋转并带动从动轮旋转时依次穿过进料孔、引线槽、出料孔后进入加热室内部。

采用上述方案，本发明提供的3D打印机能够完成多种丝料的打印过程，多种丝料在打印过程中可以随意切换，结构简单、成本低廉。

一个优选的方案是，3D打印机还包括定位板，定位板设置在驱动部件的上方位置，定位板上至少有两个开口，每一条丝料穿过每一个开口。

采取上述方案，定位板能够对于丝料起到很好的定位和稳定作用，使得丝料在驱动辊和从动轮之间运行时，丝料之间不会相互干扰。

一个优选的方案是，控制器具有至少两个电磁继电器，每一个电磁继电器分别与一个从动轮连接。

一个优选的方案是，控制器具有至少两个气缸，每一个气缸的推杆与从一个动轮连接。

一个优选的方案是，从动轮沿中心轴线方向设有凸台，凸台与控制器通过连接杆连接。

一个优选的方案是，定位板与换线座的上底面平行布置，开口与进料孔同轴。

一个优选的方案是，丝料至少具有两种不同颜色的丝料。

采用上述方案，能够实现彩色物体的打印。

一个优选的方案是，丝料放置在打印盒内，打印盒与开口之间的丝料上套有丝料管。

采取上述方案，丝料管能够起到引导和保护丝料的作用。

一个优选的方案是，轨道包括X轨道，打印头通过一个连接架滑动连接在X轨道上，连接架上设有一个风扇。

一个优选的方案是，从动轮沿周设有环形的凹槽。

采取上述方案，从动轮与丝料、驱动辊为邻接状态时，丝料嵌入到凹槽内部，凹槽能够起到对丝料的定位作用。

一种3D打印机的打印方法，该3D打印机包括轨道,轨道上滑动连接一个打印头；打印头具有加热室和喷嘴，加热室与喷嘴固定连接；丝料，丝料至少为两条；打印头还包括换线座，换线座具有上底面和下底面，上底面至少设有两个进料孔，下底面上设有出料孔，进料孔和出料孔在换线座内部贯穿形成引线槽，出料孔与加热室的端部连接；驱动部件，驱动部件设置在换线座上方位置，驱动部件具有电机和由电机驱动旋转的驱动辊，每一条丝料与驱动辊邻接并沿进料孔进入引线槽；控制部件，控制部件具有控制器和从动轮，从动轮至少为两个，控制器用于将至少一个从动轮与驱动辊处于邻接状态；方法包括以下步骤：3D打印机根据导入的STL文件进行分层处理得到打印物体的数据信息；3D打印机的部件进入预备打印状态；控制器的作用下控制从动轮移动到与丝料、驱动辊配合的位置，电机转轴带动驱动辊周向旋转，丝料竖直方向向下运动进入到换线座的引线槽内部；丝料进入到加热室内，经加热熔融后由喷嘴涂覆在平台上；3D打印机判定需要更换另一条丝料的种类时，控制器控制另一个从动轮移动至另一条丝料、驱动辊配合的位置，并由另一个从动轮带动另一条丝料运动至换线座内。

附图说明

图1是本发明3D打印机实施例的结构图。

图2是本发明3D打印机实施例从动轮与驱动辊为分离状态时局部放大结构图。

图3是本发明3D打印机实施例从动轮与驱动辊为邻接状态时局部放大结构图。

图4是本发明3D打印机实施例定位板的结构图。

图5是本发明3D打印机实施例丝料经过换线槽进入到加热室内的局部放大结构图。

图6是本发明3D打印机实施例打印方法的框图。

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

如图1所示，本实施例的3D打印机，具有水平轨道，水平轨道包括X轨道100和Y轨道200。X轨道100通过第一连接架110连接在Y轨道200上，X轨道100能够沿Y轨道200移动。3D打印机具有用于挤压出熔融材料的打印头300。3D打印机具有竖直方向运动的Z轨道，Z轨道具有一个丝杆411和两个固定杆412，第二连接架420穿过丝杆411和两个固定杆412而固定连接在Z轨道上，丝杆411的下方的端部设有一个电机，平台430固定连接在第二连接架420上，平台430是打印头300挤压出的熔融材料的载物台。在电机的转动下，丝杆411发生旋转，平台430在第三连接架420的带动下能够沿竖直方向上下移动。3D打印头具有多个打印盒，每一个打印盒内装有一种丝料500，丝料500进入到打印头300内经加热熔融后作为成型材料。

如图2和图3所示，打印头300具有一个第三连接架310，打印头300通过第三连接架310连接在X轨道100上，第三连接架310能够沿X轨道100移动。可选地，如图1所示，在第三连接架310上安装有一个风扇320，风扇320的作用在于对丝料500进行冷却降温，防止未进入加热室330的丝料500发生软化、熔融。如图5所示，打印头300具有加热室330和喷嘴340，加热室330与喷嘴340端部连接。在加热室330内，丝料500发生熔化后从喷嘴340挤出，逐层涂覆在平台430上冷却成型为打印物体。丝料500可以选用聚乳酸(PLA)或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等材料，针对由不同材料制成的丝料500，加热室330内的温度可以相应调节，对于由PLA材料制成的丝料500，加热室330内的加热温度一般设定为205℃。

如图2、图3和图5所示，打印头300具有换线座350，换线座350具有上底面351、下底面，上底面351沿长度方向设有进料孔353，进料孔353的数量为六个，下底面上设有出料孔354，进料孔353和出料孔354在换线座350内部贯穿形成引线槽355，引线槽355的数量为六个，每一个引线槽355作为一种丝料500由进料孔353到出料孔354的通道，出料孔354与加热室330的端部连接。每一种丝料500对应地从一个进料孔354穿过引线槽355后进入到加热室330内部。

可选地，如图2至图4所示，打印头300具有一个定位板340，定位板340沿长度方向设有多个开口341，定位板340的开口341数量为六个，每一个开口341可以作为一种丝料500的通道。定位板对于丝料起到很好的定位和稳定作用，使得丝料在驱动辊和从动轮之间运行时，丝料之间不会相互干扰。

可选地，定位板340与上底面351平行布置，并且开口341与进料孔353共轴线，这样的方案，丝料500在移动过程中受力均匀、运行平稳。可选地，每一种丝料放置在一个打印盒内，打印盒可以安装在3D打印机的外壁上，打印盒与定位板340的开口之间的丝料500上套有一个丝料管，丝料管具有一定的刚性结构，在丝料500外部套有丝料管后能够避免丝料的摆动。

如图2和图3所示，打印头300具有驱动部件，驱动部件具有一个电机360和驱动辊370，驱动辊370套接在电机360的转轴上。当电机360工作时，电机转轴带动驱动辊370发生周向旋转，丝料500与驱动辊370相切接触。

如图2和图3所示，打印头300具有控制部件，控制部件包括从动轮380和控制器390。从动轮380数量为六个，每一个从动轮380与控制器390连接，可选地，从动轮380上的中心轴向方向设有凸台382，凸台382与控制器390通过一个连接杆383连接。在控制器390的作用下，每一个从动轮380能够独立地与驱动辊370接触或者分离。如图3所示，当一个从动轮380与驱动辊370接触后，电机360旋转后，驱动辊370带动从动轮380转动，丝料500会发生竖直方向向下运动。可选地，从动轮380沿周向有环形的凹槽，丝料500会被卡在环形的凹槽内，凹槽的作用有利于对丝料的定位和运动。

可选地，控制器390内设置六个独立工作的电磁继电器，每一个电磁继电器与一个相应的从动轮380连接，在电磁继电器的作用下，从动轮380能够运动到与驱动辊370接触的位置，或者将从动轮380运动到与驱动辊370分离的位置。可选地，控制器390内可以设置六个独立工作的气缸，每个气缸与一个相应的从动轮380连接，在气缸推杆的作用下，从动轮380能够运动到驱动辊370接触或者分离的位置。可选地，控制器390内可以为六个独立工作的滑行轨道，每个轨道上滑动连接一个相应的从动轮380，从动轮380能够运动到驱动辊370接触的位置，或者将从动轮380运动到与驱动辊370分离的位置。

以下将针本实施例的3D打印机的打印方法进行描述。如图6所示，执行步骤S1，通过在3D打印机上设置USB插槽而将3D打印机与电脑或者存储卡连接，用户将需要打印物体的立体信息存放为STL格式的文件，然后将文件导入到3D打印机内，3D打印机会根据得到的文件信息对物体进行分层等信息处理。

然后，执行步骤S2,3D打印机的各个部件进入预备打印的程序，例如，打印头300、X轨道100、Y轨道200和Z轨道调整在合适的位置，加热室330和平台430启动加热程序。

接着，执行步骤S3，根据分层得到的数据信息，3D打印机会根据需要选择特定颜色的丝料，信号传输到控制器390，控制部件内的电磁继电器将第一从动轮移动到与第一种丝料、驱动辊370接触的位置，电机360旋转后带动驱动辊370的周向旋转，丝料500竖直方向向下运动并经过换线座350后进入到加热室330内部。

然后，执行步骤S4，加热室330内的丝料500熔融后从喷嘴喷涂到平台430上，喷涂在平台430上的熔融材料冷却后成为固体。最后，执行步骤S5，当步骤S4中的一种颜色的丝料完成一个阶段的打印过程后，根据数据信息，如果需要更换其它颜色的丝料，则信号传输到控制器390，控制器390内的电磁继电器将第二从动轮、第二种丝料和驱动辊370配合，从而完成不同颜色丝料的切换，切换丝料的过程完成后重复执行步骤S4，当步骤S4执行完成后，如果控制系统390判定不需要再更换其它颜色的丝料，则打印过程完毕，平台430上形成所需打印的物体。

本实施的每一种丝料500的颜色可以不同，从而适应彩色物体的打印。显然，本实施例的3D打印机能够用于多条丝料的打印，可选地，第一种丝料是PLA，第二种丝料是ABS，如果打印物体的不同区域需要提供不同种类的材料，使用本实施例的3D打印机能够完成这项任务。

最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，诸如将定位板的开口数量、换线座上进料口数量进行变换等也在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印机,包括：

轨道,所述轨道上滑动连接一个打印头；

所述打印头具有加热室和喷嘴，所述加热室与所述喷嘴固定连接；

丝料，所述丝料至少为两条；

其特征在于：

所述打印头包括：

换线座，所述换线座具有上底面和下底面，所述上底面至少设有两个进料孔，所述下底面上设有出料孔，所述上底面至少设有的两个进料孔和一个所述出料孔在所述换线座内部贯穿形成引线槽，至少两条丝料能够分别沿不同的所述进料孔进入到对应地所述引线槽中，且由同一个所述出料孔排出，每一个引线槽作为一种丝料由进料孔到出料孔的通道，所述出料孔与所述加热室的端部连接；

驱动部件，所述驱动部件设置在所述换线座上方位置，所述驱动部件具有电机和由所述电机驱动旋转的驱动辊，每一条所述丝料与所述驱动辊邻接并沿所述进料孔进入所述引线槽；

控制部件，所述控制部件具有控制器和从动轮，所述从动轮至少为两个，所述控制器用于将至少一个所述从动轮与所述驱动辊处于邻接状态；在控制器的作用下，每一个从动轮独立地与同一个驱动辊接触或者分离；每一个电磁继电器与一个相应的从动轮连接，在电磁继电器的作用下，从动轮能够运动到与驱动辊接触的位置，或者将从动轮运动到与驱动辊分离的位置；

所述丝料在所述驱动辊旋转并带动所述从动轮旋转时依次穿过所述进料孔、所述引线槽、所述出料孔后进入所述加热室内部。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：

所述3D打印机还包括定位板，所述定位板设置在所述驱动部件的上方位置，所述定位板上至少有两个开口，每一条所述丝料穿过每一个所述开口。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于：

所述控制器具有至少两个电磁继电器，每一个所述电磁继电器分别与一个所述从动轮连接。

4.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于：

所述控制器具有至少两个气缸，每一个所述气缸的推杆与一个所述从动轮连接。

5.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于：

所述从动轮沿中心轴线方向设有凸台，所述凸台与所述控制器通过连接杆连接。

6.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于：

所述定位板与所述换线座的所述上底面平行布置，所述开口与所述进料孔同轴线。

7.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于：

所述丝料放置在打印盒内，所述打印盒与所述开口之间的丝料上套有丝料管。

8.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于：

所述轨道包括X轨道，所述打印头通过一个连接架滑动连接在所述X轨道上，所述连接架上设有一个风扇。

9.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于：

所述从动轮沿周向设有环形的凹槽。

10.一种3D打印机的打印方法，

该3D打印机包括轨道,所述轨道上滑动连接一个打印头；

所述打印头具有加热室和喷嘴，所述加热室与所述喷嘴固定连接；

丝料，所述丝料至少为两条；

所述打印头包括：

换线座，所述换线座具有上底面和下底面，所述上底面至少设有两个进料孔，所述下底面上设有出料孔，所述上底面至少设有的两个进料孔和一个所述出料孔在所述换线座内部贯穿形成引线槽，每一个引线槽作为一种丝料由进料孔到出料孔的通道，所述出料孔与所述加热室的端部连接；

驱动部件，所述驱动部件设置在所述换线座上方位置，驱动部件具有电机和由所述电机驱动旋转的驱动辊，每一条所述丝料与所述驱动辊邻接并沿所述进料孔进入所述引线槽；

控制部件，所述控制部件具有控制器和从动轮，所述从动轮至少为两个，所述控制器用于将至少一个所述从动轮与所述驱动辊处于邻接状态；

其特征在于：所述方法包括以下步骤：

3D打印机接收待打印物体的数据信息；

所述控制器控制所述从动轮移动到与所述丝料、所述驱动辊配合的位置，在控制器的作用下，每一个从动轮独立地与同一个驱动辊接触或者分离；每一个电磁继电器与一个相应的从动轮连接，在电磁继电器的作用下，从动轮能够运动到与驱动辊接触的位置，或者将从动轮运动到与驱动辊分离的位置；控制器还包括独立工作的滑行轨道，每个轨道上滑动连接一个相应的从动轮，从动轮能够运动到驱动辊接触的位置，或者将从动轮运动到与驱动辊分离的位置；所述电机转轴带动所述驱动辊周向旋转，至少两条所述丝料能够分别竖直方向向下运动进入到所述换线座的所述引线槽内部并由同一个所述出料孔穿出；所述丝料进入到所述加热室内，经加热熔融后由喷嘴涂覆在平台上；

3D打印机判定需要更换另一条所述丝料时，所述控制器控制另一个从动轮移动至另一条所述丝料、所述驱动辊配合的位置，并由另一个从动轮带动另一条所述丝料运动至所述换线座内。