CN104723558B - 一种三维打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三维打印机包括：机架、打印头移动机构、供料单元和打印头；其中，所述打印头，包括进料通道、腔室、转子机构、喷嘴；所述进料通道的一端与所述供料单元相连，另一端与所述腔室相连，将所述供料单元中的三维打印物料导引至所述打印头的腔室；所述腔室的一端与所述进料通道相连，另一端与所喷嘴相连；所述转子机构容置于所述腔室中，所述转子机构包括主动齿轮与从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮的外周边部分地与所述腔室的内壁贴合。本发明通过设置带转子的打印头从而能够通过向打印头腔室中注入打印材料实现连续打印，同时由于打印头中转子的齿距是固定的从而打印的精度能够得到保证。
Description
技术领域
本发明涉及三维打印技术领域，具体而言涉及一种三维打印机。
背景技术
三维打印技术已经广泛地应用于各个工业领域，例如在塑料成品、食品成型等有现有技术的应用。
现有技术中的三维打印机设备一种常见的成型方式是将预先设置的成型物模型分割成多个层，由三维打印设备排出的成型材料按照所述多个层逐层地堆叠到打印平台上，最后形成预先设置的成型物的形状。
现有技术中的三维打印设备的供料方式通常包括如下两种：当进行塑料材料打印时，将所述塑料材料通过卷绕的线材的形式来实现供应，塑料线材供应到打印设备中被融化为液态，然后经由所述成型材料排出单元排出。这种打印方式通常将成型材料限定在适于成型为线材的塑料中，不仅仅限制成型物的材质而且增加了成本。对于非线材的成型物材料，现有技术中通常借助于柱塞泵来排出成型物材料，所述柱塞泵的结构类似于常见的注射器，包括针筒和柱塞，在针筒中容置所述成型物材料，借助柱塞提供的压力将所述针筒中的成型材料排出；这种技术方案中由于针筒容量的限制在打印完毕后需要重新更换针筒，因而降低了打印的效率。
另一个方面，现有技术中的打印头对于成型材料排出精度的控制和工作的可靠性也存在较多的问题，难以适应高精度的连续打印。
发明内容
本发明正是基于现有技术中的上述缺陷而提出的，本发明要解决的技术问题包括如下中的一个或多个：提高三维打印设备的打印材料排出的精度、提高三维打印设备的可靠性或者提高三维打印设备对于非线型材料连续打印的能力。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种塑料颗粒三维打印机，所述三维打印机包括：机架、打印头移动机构、供料单元和打印头；其中所述机架，用于承载所述三维打印机的部件；所述打印头移动机构，驱动所述打印头的运动；所述供料单元，与所述打印头相连，向所述打印头供给三维打印物料,所述供料单元包括进料桶，所述进料筒设置于所述打印头上方，进料筒的下端与所述打印头本体上方的进料孔道连通，向所述打印头内部供给三维打印材料；所述打印头，包括进料通道、腔室、转子机构、喷嘴；所述进料通道的一端与所述供料单元相连，另一端与所述腔室相连，将所述供料单元中的三维打印物料导引至所述打印头的腔室；所述腔室的一端与所述进料通道相连，另一端与所喷嘴相连；所述转子机构容置于所述腔室中，所述转子机构包括主动齿轮与从动齿轮，主动齿轮啮合从动齿轮转动，所述主动齿轮和从动齿轮的外周边部分地与所述腔室的内壁贴合；所述打印头上还设置有温度控制装置，所述温度控制装置包括腔室温度控制装置以及喷嘴温度控制装置；所述腔室温度控制装置用于控制所述腔室内的成型物料的温度；所述腔室温度控制装置包括腔室加热模块和腔室温度传感器，根据所述腔室温度传感器感测的温度控制所述腔室加热模块的开始和停止工作；所述喷嘴温度控制装置包括喷嘴温度传感器和喷嘴加热模块，根据所述喷嘴温度传感器感测的温度控制所述喷嘴加热模块的开始和停止工作。
优选地,所述机架包括立柱、上框架和下框架。
优选地,所述打印头移动机构包括直线运动模块、连杆和打印头安装平台；所述直线运动模块在所述立柱上做上下运动，包括驱动电机、传动机构、滑块和导轨，所述导轨设置在所述机架的立柱上，所述驱动电机通过传动机构带动滑块在导轨上滑动；所述连杆的一端通过球节与滑块相连，另一端通过球节与打印头单元安装平台相连。
优选地,所述进料筒的周边还设置有加热膜和进料桶温度传感器，所述进料桶温度传感器通过控制单元与所述加热膜相连。
优选地,所述打印头安装平台的中部设置有通孔，所述供料单元穿过所述打印头安装平台的通孔与所述打印头内的腔室相连通。
优选地,所述进料桶的上端敞开或者可操作地敞开。
优选地,所述三维打印机还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括腔室温度控制单元以及喷嘴温度控制单元。
本发明通过设置带转子的打印头来完成打印过程，相对于现有技术中的柱塞泵而言可以持续地通过向打印头腔室中注入打印材料实现连续打印，同时由于打印头中转子的齿距是固定的，从而打印的精度能够得到保证。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种三维打印设备的结构图。
图2为本发明实施例中的打印头结构图。
图3为本发明实施例中的打印头结构剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细的说明，需要注意的是该具体实施方式仅仅是对本发明优选技术方案的举例，并不能理解为对本发明保护范围的限制。
本实施例公开了一种巧克力3D打印机。图1示出了本发明实施例中的总体结构。
本发明实施例的巧克力3D打印机包括：机架1、打印头移动机构2、供料单元6、打印头3和打印平台4。
所述机架用于支撑所述塑料颗粒3D打印机的其它结构。本实施例中的机架包括上框、立柱和下框。如图1所示，所述上框为三角形，优选地，所述三角形为等边三角形，具有长度相等的三条边，每一条边均由一根直线型的杆形成，三根杆分别位于所述三角形的三条边上。在所述三角形的三个角部，通过连接件将所述三根杆连接起来。所述连接件包括内连接件和外连接件。所述外连接件的形成于所述三角形的外侧，包括角部和两个臂部，所述两个臂部分别与所述三角形中相邻的两根杆的端部固定连接，所述角部形成为圆角，通过这种外连接件的连接能够使得3D打印机的外框的保持可靠的固定同时能够避免尖锐棱角的出现减少对使用者可能产生的伤害。所述内连接件设置于所述三角形内的角部位置，所述内连接件包括两个臂部和连接部，所述两个臂部分别与所述三角形中相邻的两个杆的端部固定连接，所述连接部形成为平板状，连接所述两个臂部，平板状的所述连接部与所述三角形的角部之间形成有预定的间隙。所述间隙用于容纳所述机架的立柱，所述机架的立柱与所述内连接件的连接部固定连接。通过这种内连接件的设计能够进一步地提高所述机架的稳固程度同时将所述立柱与所述上框可靠地连接起来同时保证了整个机架造型的光滑有利于包装与使用。
所述立柱优选地采用竖直的杆形成，所述杆的数量为三根，分别与所上框的三个角对应设置，三根所述立柱上端与所述上框固定连接其下端与所述下框固定连接。
所述下框形成于所述框架的下部，其结构优选地与所述上框的结构相同。更进一步优选地，所述下框包括上下对齐的两个三角形构件，两个所述三角形构件的外连接件为一体成型，两个所述三角形构件的内连接件也为一体成型。这种双框架的下框结构能够进一步地提高所述框架的稳定性，同时有利于在所述下框上安装相应的3D打印机结构。
所述打印头移动机构2包括直线运动模块、连杆和打印头安装平台。如图1所示，所述直线运动模块用于在所述三根立柱上做上下运动。所述直线运动模块包括驱动电机、传动机构、滑块和导轨，所述导轨的数量优选地包括三根，分别设置在三根所述立柱上，所述驱动电机通过传动机构带动滑块在滑轨上滑动，从而驱使所述滑块沿着所述立柱的上下方向运动。所述连杆的一端通过球节与滑块相连，另一端通过球节与打印头安装平台相连；为了增加打印头安装平台的稳定性，所述连杆的数量为两根。所述打印头安装平台用于固定安装所述打印头。这样，当滑块被驱动电机在三个立柱的导轨上做上下移动时，滑块的上下移动通过所述连杆转化为所述供料机构及打印头安装平台的三维移动，从而带动所述打印头做三维运动。
优选地，本实施例中的打印头安装平台形成为块状，所述打印头安装平台位于所述打印头和所述供料单元之间。所述打印头安装平台的下表面与所述打印头的壳体接触。所述打印头安装平台的中部开始有孔，所述供料单元6穿过过所述孔与所述打印头连通。通过这种结构的设计使得所述打印头和所述供料单元练成一体，从而能够保证打印头稳定运动的同时保证物料的准确供应。
本发明实施例中提供的供料单元6如图2所示，所述供料单元6包括进料桶，所述进料筒设置于所述打印头3上方，进料筒的下端与所述打印头本体上方的进料孔道连通，向所述打印头内部供给成型材料。所述进料桶的上部敞开，以便于向所述供料桶中及时补充成型材料。一种优选的技术方案包括，所述进料桶的上部可操作地打开或关闭，这样在需要补充物料时能够打开所述进料桶的上部进行供料，在不需要供料时关闭所述打印桶的上部，避免物料的污染。更进一步地，向所述供料桶中供应物料可以是自动供应，由现有技术中的自动供应装置完成，也可以选择人工添加，依据不同的打印成型需要而灵活地设置。更加优选地，所进料桶的周边还设置有加热膜和进料桶温度传感器，所述进料桶温度传感器通过控制单元与所述加热膜相连。通过加热膜和传感器控制物料的温度，因而在加入物料后可以直接进行加热融化，或者是加入浆料的打印中保持浆料的稳定物理形态，有利于打印质量的提高。
更为优选地，为了保持连续的物料供应，所述供料单元中设置有温度控制装置对所述供料桶中的物料温度进行控制，进而控制所述物料的物理特性。例如，在所述供料桶的外壁上设置有加热元件，对所述供料桶进行加热。所述加热元件可选择地采用加热膜或加热硅胶，所述加热元件可以设置为与所述供料桶的部分区域贴合也可以设置为与所述供料桶的全部区域贴合，采用这种能够贴合与供料桶的加热元件能够保证加热的效率同时能够使得所述供料桶内的成型材料受热均匀从而保证成型材料的均一性。在所述温度控制装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于感测物料的温度，避免由于物料的过分加热或加热均匀对其物理和化学特性产生影响，所述温度传感器与所述加热元件相连，通过控制所述温度传感器感测的温度控制所述加热元件的加热与停止；所述相连可以是间接地通过控制器相连，也可以采用其他适于控制温度的方式来实现。在打印巧克力或蜡等需要进行特定温度控制的成型物时，这种设定能够显著地提高打印质量。
如图3所示，所述打印头包括：进料孔道9、腔室10、电机、转子机构及喷嘴11。所述进料孔道的上端与所述供料单元相连通所述进料孔道的下端与所述打印头的腔室相连通，优选地，所述孔道形成有预定的倾斜角度，从而对供料单元输送来的物料起到缓冲作用，使其匀速地流向所述打印头内部。所述腔室的上部与所述供料孔道相连通，所述腔室的下部所述喷子相连通；所述转子机构容纳在所述腔室中。所述转子机构包括主动齿轮7及从动齿轮8，主动齿轮7啮合从动齿轮8转动。当转子机构转动时，供料单元里的打印物料在齿轮的作用下被带入到腔室，并在齿轮组的作用下，从腔室的下方连接的喷嘴排出。所述腔室的侧面与所述主动齿轮和从动齿轮的外缘紧密贴合，这样避免打印物料的泄露造成打印精度的下降。所述电机与所述主动齿轮相连为所述主动齿轮提供转动的动力。
通过本发明的打印头设计为采用上述供料桶提供了可能，在齿轮组连续运转时，一旦供料单元内浆液不足可以及时供料单元内补充浆液原料，从而实现连续打印的优点；同时这种打印头可以适用于各种形态的物料，具有打印适性强的优点，并且由于齿轮的齿距固定，因而能够准确地供给物料显著提高了打印精度。
更为优选地，所述打印头上还设置有温度控制装置，所述温度控制装置包括腔室温度控制装置以及喷嘴温度控制装置。所述腔室温度控制装置用于控制所述腔室内的成型物料的温度，避免腔体中的成型物料产生阻塞腔体等情况。例如，所述腔室温度控制装置包括腔室热加模块和腔室温度传感器，根据所述腔室温度传感器感测的温度控制所述腔室加热模块的开始和停止工作。所述喷嘴温度控制装置包括，喷嘴温度传感器和喷嘴加热模块，根据所述喷嘴温度传感器感测的温度控制所述喷嘴加热模块的开始和停止工作。预料不到的，本发明发现由于三维打印中对物料成型的精度要求高，因而喷嘴排出的成型物材料的精度要求精确而且稳定，而长时间的打印在喷嘴中极容易产生成型材料的残留，残留的成型物材料影响了喷嘴的排出精度甚至造成喷嘴的阻塞造成无法工作。本发明实施例通过对喷嘴的温度进行精确控制能够有效地保证喷嘴的成型物材料排出精确而稳定并且避免喷嘴的阻塞。
进一步地，所述打印机还可以包括冷却单元5，所述冷却单元与所述喷嘴相连，随着所述喷嘴运动而运动，同时所述冷却单元排出冷风对喷嘴喷出的物料进行冷却提高成型质量。
本发明实施例可以用于巧克力打印、蜡打印或者可降解塑料材料的打印中，对于打印材质具有较宽的宽容度，同时保证了打印的精度和连续性。
以上具体实施方式仅仅是对本发明优选技术方案的举例，凡是在本发明的发明构思下对本具体实施方式中的技术方案进行要素的简单替换和要素的简单删除均应当纳入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种塑料颗粒三维打印机，其特征在于，所述三维打印机包括：机架、打印头移动机构、供料单元和打印头；
其中
所述机架，用于承载所述三维打印机的部件；
所述打印头移动机构，驱动所述打印头的运动；
所述供料单元，与所述打印头相连，向所述打印头供给三维打印物料,所述供料单元包括进料桶，所述进料桶设置于所述打印头上方，进料桶的下端与所述打印头本体上方的进料孔道连通，向所述打印头内部供给三维打印材料；
所述打印头，包括进料通道、腔室、转子机构、喷嘴；所述进料通道的一端与所述供料单元相连，另一端与所述腔室相连，将所述供料单元中的三维打印物料导引至所述打印头的腔室；所述腔室的一端与所述进料通道相连，另一端与所述喷嘴相连；所述转子机构容置于所述腔室中，所述转子机构包括主动齿轮与从动齿轮，主动齿轮啮合从动齿轮转动，所述主动齿轮和从动齿轮的外周边部分地与所述腔室的内壁贴合；
所述打印头上还设置有温度控制装置，所述温度控制装置包括腔室温度控制装置以及喷嘴温度控制装置；所述腔室温度控制装置用于控制所述腔室内的成型物料的温度；所述腔室温度控制装置包括腔室加热模块和腔室温度传感器，根据所述腔室温度传感器感测的温度控制所述腔室加热模块的开始和停止工作；所述喷嘴温度控制装置包括喷嘴温度传感器和喷嘴加热模块，根据所述喷嘴温度传感器感测的温度控制所述喷嘴加热模块的开始和停止工作。
2.根据权利要求1所述的三维打印机,其特征在于,所述机架包括立柱、上框架和下框架。
3.根据权利要求2所述的三维打印机,其特征在于,
所述打印头移动机构包括直线运动模块、连杆和打印头安装平台；
所述直线运动模块在所述立柱上做上下运动，包括驱动电机、传动机构、滑块和导轨，所述导轨设置在所述机架的立柱上，所述驱动电机通过传动机构带动滑块在导轨上滑动；
所述连杆的一端通过球节与滑块相连，另一端通过球节与打印头安装平台相连。
4.根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，所述进料桶的周边还设置有加热膜和进料桶温度传感器，所述进料桶温度传感器通过控制单元与所述加热膜相连。
5.根据权利要求3所述的三维打印机，其特征在于，所述打印头安装平台的中部设置有通孔，所述供料单元穿过所述打印头安装平台的通孔与所述打印头内的腔室相连通。
6.根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，所述进料桶的上端敞开或者可操作地敞开。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的三维打印机，其特征在于，所述三维打印机还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括腔室温度控制单元以及喷嘴温度控制单元。
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