CN104708702B - 一种3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D打印设备，其特征在于，包括打印头与打印移动机构，所述打印移动机构与打印头连接，并带动打印头运动；所述打印头包括第一打印头与第二打印头，所述第一打印头与打印移动机构之间固定连接或通过第一连接结构连接，所述第一连接结构带动第一打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向平行；所述第二打印头与打印移动机构之间通过第二连接结构连接，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向交叉设置。

Description

一种3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印设备。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料、混凝土等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、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、枪支以及其他领域都有所应用。

日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。

在3D打印领域，目前常用的做法是打印机与电脑连接后，通过电脑控制一个打印头把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。但这种将生成物一层一层离解再组合的方法，在打印结构复杂的宏观物体时需要多次，往复移动打印头，以打印出形状复杂的结构。

例如图1所示的一个工程案例，建筑墙体100包括3组直线墙体部分和2组相邻直线墙体间的连接部分，该连接部分是一种正弦曲线或余弦曲线的轨迹。按照现有技术，这种墙体的3D打印需要用一个打印头多次打印才能完成，效率较低。因此，亟需一种能高效打印复杂结构的3D打印设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种3D打印设备，解决复杂结构3D打印中的效率问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种3D打印设备，包括打印头与打印移动机构，所述打印移动机构与打印头连接，并带动打印头运动；

所述打印头包括第一打印头与第二打印头，所述第一打印头与打印移动机构之间固定连接或通过第一连接结构连接，所述第一连接结构带动第一打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向平行；

所述第二打印头与打印移动机构之间通过第二连接结构连接，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向交叉设置。

可选的，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动的运动方向与打印移动机构的运动方向垂直。

可选的，所述打印移动机构为机械手或车体，所述车体具有行走结构。

可选的，所述3D打印设备设有第一供料机构与第二供料机构；

所述第一打印头设有第一流量调节装置与第一流量感应装置，所述第二打印头设有第二流量调节装置与第二流量感应装置，所述第一供料机构与第一打印头供料连接，所述第二供料机构与第二打印头供料连接。

可选的，所述3D打印设备设有打印供料机构；

所述第一打印头设有第一流量调节装置与第一流量感应装置，所述第二打印头设有第二流量调节装置与第二流量感应装置，所述打印供料机构分别与第一打印头及第二打印头供料连接。

可选的，所述打印移动机构包括打印头支架，所述第一打印头与第二打印头设置于打印头支架上；

第一打印头与打印头支架固定连接或通过第一连接结构连接；

第二打印头与打印头支架之间通过第二连接结构连接，所述第二连接结构包括导轨、滑块、连杆、曲柄与转动轴，所述第二打印头与滑块固定连接，所述滑块与滑轨滑动配合，并沿滑轨运动，所述连杆分别与滑块及曲柄铰接，所述曲柄与转动轴传动连接，所述打印头支架上设置有伺服电机，所述伺服电机驱动转动轴转动。

可选的，所述滑块数量为偶数个，且对称设置于打印头支架上。

可选的，所述第一打印头或第二打印头的数量分别为2个以上。

可选的，所述3D打印设备为建筑物打印设备。

可选的，所述3D打印设备第一打印头与第二打印头的每个打印头分别配置独立的供料装置，该供料装置配置转速可控的供料电机作为动力，供料装置输出的流量与供料电机转速成比例关系。

本发明是这样实现的：通过设计一个与移动方向成夹角的第二探头，在打印过程中，随着打印移动机构的移动，第一打印头与第二打印头分别工作，第一打印头打印与打印移动机构移动方向上的结构，第二打印头可以打印与打印机构移动方向不尽一致的复杂结构，这样打印移动机构的移动路径可以设计得较为简单，而无需随待打印结构的延伸方向而不断修正移动方向，这样就可以在一次打印过程中打印出复杂空间结构的标的物。对于一定空间结构的物体，可以不用多次打印。

附图说明

图1为复杂结构标的物示意图；

图2为本发明具体实施方式所述3D打印设备的结构示意图1；

图3为本发明具体实施方式所述3D打印设备的结构示意图2；

图4为本发明具体实施方式所述3D打印设备打印头支架结构示意图1；

图5为本发明具体实施方式所述3D打印设备打印头支架结构示意图2。

附图标记说明：

1、机械手；

2、第二打印头；

21、伺服电机；

22、转动轴；

23、曲柄；

24、右连杆；

25、左连杆；

26、左滑块；

27、右滑块；

28、滑块导轨；

3、第一打印头；

4、打印头支架；

5、第一供料装置；

6、第二供料装置。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图2以及图3，本发明是一种3D打印设备，包括打印头与打印移动机构，所述打印移动机构与打印头连接，并带动打印头运动；具体的，所述打印移动机构可以为机械手或车体，所述车体具有行走结构。所述行走结构可以包括动力装置，例如内燃机，电动机等，可以包括车轮或履带，车轮或履带与动力装置传动连接，以带动车体运动。必要时系统还可以配有导轨，通过与导轨相适配的车轮在导轨上运动带动车体运动，以增强车体移动的稳定性。机械手可以应用于臂展范围内的打印工作，车体可以使得整个3D打印设备在大尺度上运动和工作；在本发明的一个具体实施例中，该3D打印设备可以同时具有车体和机械手，此设计可以满足打印大型物体或复杂物体的3D打印需要。

所述打印头包括第一打印头3与第二打印头2，所述第一打印头与打印移动机构之间固定连接或通过第一连接结构连接，所述第一连接结构带动第一打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向平行；

所述第二打印头与打印移动机构之间通过第二连接结构连接，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向交叉设置。所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动的运动方向与打印移动机构的运动方向交叉设置系指，二者的运动方向不平行，即二者的运动方向呈一夹角，该夹角大于0度，小于180度。

通过设计打印移动机构结构使得其能带动打印头沿设计的主要打印路径移动，在某些实施例中，如图4、5所示，所述第一打印头与打印移动机构固定，则第一打印头能随着打印移动机构的运动方向运动，同时，打印移动机构还具有第二连接结构，同时第二连接结构带动第二打印头的运动方向与打印移动机构的运动方向具有打印0度小于180度的夹角，使得第二打印头在相对运动方向上有一定的打印自由度，可以打印到第一打印头打印时无法涉及的位置，而无需打印移动机构带动打印头重新移动至该位置进行打印，因此打印设备在一次运动过程中便可以打印具有复杂的结构，大大提高了打印效率，同时由于不需要往复移动，也达到了提高打印物体精度的效果。

在一些具体的实施例中，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动的运动方向与打印移动机构的运动方向垂直。第二连接结构的运动方向与打印移动机构有一定夹角就能在一次打印中打出二维复杂结构，优选的，上述两个运动方向成正交设置，构成了一个直角坐标系，能更为简便的计算出第二打印头在空间中的坐标位置，提高了打印复杂结构物体的工作效率，提升了打印精度。同时，相互垂直的路径设置也有利于设备的设计、生产与装配维修。

某些实施例中，如图2所示，所述3D打印设备设有第一供料机构5与第二供料机构6；

所述第一打印头设有第一流量调节装置与第一流量感应装置，所述第二打印头设有第二流量调节装置与第二流量感应装置，所述第一供料机构与第一打印头供料连接，所述第二供料机构与第二打印头供料连接。实施例中，第一供料机构与第二供料机构可以选用螺杆式挤出机。

第一打印头与第二打印头在实际应用过程中可能会遇到需要打印的材质不一的技术问题，因此在本发明的一些实施例中，第一供料机构5和第二供料机构6可以是不同的出料口，并分别与第一打印头、第二打印头连接，以解决上述问题。流量感应装置与流量调节装置的设计达到了控制出料流量的技术效果。实施例中，第一打印头或第二打印头都有流量调节装置和流量感应装置。这样，就能利用流量感应装置和节流装置形成闭环，精确控制每个印头的输出流量。

在另一些具体的实施例中，所述3D打印设备设有打印供料机构；

所述第一打印头设有第一流量调节装置与第一流量感应装置，所述第二打印头设有第二流量调节装置与第二流量感应装置，所述打印供料机构分别与第一打印头及第二打印头供料连接。所述打印供料机构为出料口，可以通过不同供料管，与第一打印头，第二打印头连接，此种设计的好处在于能根据实际需求分别调整第一打印头和第二打印头的供料速度。

一些实施例中3D打印设备第一打印头与第二打印头的每个打印头分别配置独立的供料装置，该供料装置配置转速可控的供料电机作为动力，供料装置输出的流量与供料电机转速成比例关系。这样可以更灵活地控制出料。

在图4所示的实施例中，所述打印移动机构包括打印头支架4，所述第一打印头与第二打印头设置于打印头支架上；

第一打印头与打印头支架固定连接或通过第一连接结构连接；

第二打印头与打印头支架之间通过第二连接结构连接，又如图5所示，所述第二连接结构包括导轨28、滑块26，27、连杆24，25、曲柄23与转动轴22，所述第二打印头与滑块固定连接，所述滑块与滑轨滑动配合，并沿滑轨运动，所述连杆分别与滑块及曲柄铰接，所述曲柄与转动轴传动连接，所述打印头支架上设置有伺服电机21，所述伺服电机驱动转动轴转动。当伺服电机转动时，带动转动轴，随即带动曲柄，使得滑块在导轨上相对移动，由于导轨方向与运动方向成一定夹角，因此所述3D打印设备在一次运动中便能打印出具有一定二维复杂度的空间物体。例如，曲柄作匀速圆周运动的同时，滑块在滑块导轨内做周期性运动，当机械手带动打印头支架作匀速直线运动时，曲柄两端驱动的打印头便形成正弦曲线轨迹。

所述滑块数量为偶数个，且对称设置于打印头支架上，滑块对称设置有助于提高第二打印头的工作稳定性。

所述第一打印头或第二打印头的数量为2个以上。多个能相对移动的打印头设计，既减轻了计算机计算复杂度，也提升了工作效率。

作为一个具体的实施方案，所述3D打印设备为建筑物打印设备。这里请参阅图1，由于保暖，隔音，省建材等多方面的需要，建筑墙体结构繁多，而且施工环境复杂，例如图中的中空隔热层，若采用现有技术的3D打印设备，则非常有可能在一次多层次打印中由于路面颠簸使得先后打印的建材层贴合不紧密。应用本发明所述的该种3D打印设备能在一次移动中完成多维度的建筑墙体打印，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印设备，其特征在于，包括打印头与打印移动机构，所述打印移动机构与打印头连接，并带动打印头运动；

所述打印头包括第一打印头与第二打印头，所述第一打印头与打印移动机构之间固定连接或通过第一连接结构连接，所述第一连接结构带动第一打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向平行；

所述第二打印头与打印移动机构之间通过第二连接结构连接，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动，且运动方向与打印移动机构的运动方向交叉设置；

所述第二连接结构包括导轨、滑块、连杆、曲柄与转动轴，所述第二打印头与滑块固定连接，所述滑块与滑轨滑动配合，并沿滑轨运动，所述连杆分别与滑块及曲柄铰接，所述曲柄与转动轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述第二连接结构带动第二打印头相对于打印移动机构运动的运动方向与打印移动机构的运动方向垂直。

3.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印移动机构为机械手或车体，所述车体具有行走结构。

4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备设有第一供料机构与第二供料机构；

所述第一打印头设有第一流量调节装置与第一流量感应装置，所述第二打印头设有第二流量调节装置与第二流量感应装置，所述第一供料机构与第一打印头供料连接，所述第二供料机构与第二打印头供料连接。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备设有打印供料机构；

所述第一打印头设有第一流量调节装置与第一流量感应装置，所述第二打印头设有第二流量调节装置与第二流量感应装置，所述打印供料机构分别与第一打印头及第二打印头供料连接。

6.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印移动机构包括打印头支架，所述第一打印头与第二打印头设置于打印头支架上；

第一打印头与打印头支架固定连接或通过第一连接结构连接；

第二打印头与打印头支架之间通过第二连接结构连接，所述打印头支架上设置有伺服电机，所述伺服电机驱动转动轴转动。

7.根据权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，所述滑块数量为偶数个，且对称设置于打印头支架上。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述第一打印头或第二打印头的数量分别为2个以上。

9.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备为建筑物打印设备。

10.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备第一打印头与第二打印头的每个打印头分别配置独立的供料装置，该供料装置配置转速可控的供料电机作为动力，供料装置输出的流量与供料电机转速成比例关系。