CN104760286A - 带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置，包括打印基板、喷头、墨盒、废液回收槽，还包括喷头清洗装置，所述的清洗装置包括清洗液墨盒、清洗管、清洗槽；清洗液墨盒中盛放有清洗液；材料盒与清洗液墨盒并列在一起，盒下部设有可拆卸的管道，在管道中部设有闸阀，在材料墨盒管道下部设有三通电磁阀，三通电磁阀另两端均接有管道，一管道与喷头相连，另一管道中部带有闸阀与清洗液墨盒下端管道相连；清洗管槽与废液回收槽活动连接于打印机腔壁上，打印基板位于打印机内腔底部中央。材料墨盒数量大于等于2；清洗墨盒的墨腔中容纳的是清洗液，其专用的化学成分能溶解残留在喷头内的打印材料。清洗墨盒与材料墨盒一样，并列安装在打印机上，控制系统通过三通阀门来切换工作状态，清洗时打印程序可调用清洗过程完成清洗操作。

Description

带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及三维打印机喷头系统和清洗装置及微滴喷射技术领域。

背景技术

中国专利文献公布的一种清洁打印机喷嘴的方法和装置及所结合的打印头和打印机(申请号：CN 200310122891)，其特征是，在数码喷绘机使用过程中，a中断打印操作，将喷头移出打印区域；b.以压缩空气为动力，强制油墨从喷头处涌出一段时间，进行喷头清洗；c.喷头清洗完成后等待一段时间，再将喷头移回至打印区域，重新进行打印操作。所述的压缩空气由气泵产生，通过主气路后分别输经各支气路进入各色供墨瓶，由插入各个供墨瓶近底部的注墨管道与各喷头相连；所述的主气路上设有阀体。采用这种方式虽然改善了喷头的喷射效果，但是其结构相当复杂、成本高、自动化程度不高、步骤也较繁琐，操作时间长，也不适合实时清理喷头的需求；另外这也是使用在平面喷印系统中的技术，使用在三维打印系统中会有很多不足,不能保证清洗完的精度。

很多平面打印系统仍需要采用纯手工的清洗和保养方法，在需要清洗喷头的时候先拆卸墨盒，换上清洗溶液，用真空或负压装置如大功率吸尘器对准喷头进行抽墨，使喷头中补入清洗液，利用清洗液产生的瞬时冲击力将堵塞在喷头的杂质或气泡冲出，从而疏通喷头。这种方法可以改善喷头的清洁度，但使用在三维打印系统中会面临很多不足，如需要拆卸自动化程度差、操作不便、清洗和保养的效果也不理想，浪费材料，也不适合动态实时清理喷头的需求。采用人工的方式，难以有效控制作业的时间及清洁程度，仅靠个人的经验操作。三维打印的特点是工作空间大，实时动态性高，控制系统精度高，对喷头的自动清洗提出了更高的要求同时也提供了实现的可能性。

目前的现有技术存在以下缺点：

1.目前三维打印机还没有出现带自动清洗装置的产品和设计，喷头的清洗是保证打印机的打印效果和使用寿命的重要保养内容；

2.从清洗方法和过程来看，平面打印的喷头清洗技术不适合使用在三维打印机中，无法满足全自动化的要求；无法满足多材料多粘度的清洗范围；

3.三维打印机使用异质多材料，打印中需要更换材料，现存技术在动态实时性等方面无法满足三维打印系统的需求。

发明内容

发明目的:本发明主要是针对微滴喷射三维打印机喷头清洗问题，设计可全程自动化清洗喷头装置，实现可自动化实时操作的喷头清洗过程，同时也解决了清洗效果差的问题。

技术方案：本发明涉及的是一种快速成型三维打印喷头装置，特别针对高粘度流体材料的喷头，比如焊膏，银浆，润滑剂，光刻胶等，以及有机聚合物或者陶瓷/金属纳米颗粒悬浮液，金属有机前驱溶液，以及沉积纳米颗粒等材料，是一种基于液体材料的三维打印头喷头系统及其清理装置，由于打印喷头、UV灯等相关器件的价格较高，液体材料自身易干结，凝聚、结块，使材料不能顺利地从喷口喷出，从而严重影响打印成形质量，如果不及时清理，将导致喷射轨迹发生变化，产生偏移、雾化甚至无法喷射等现象；同时异质材料三维打印在打印不同材料的时候，需要动态更换不同材料，在更换材料前清洗喷头，可提高材料纯度，提升打印质量，所以需要在喷头装置中配置清洗环节。

清洗过程不用拆卸，喷头每次使用后，或者长期停用使用前，也可以在多材料打印时更换材料前，使喷头置于初始位置从而对喷头进行清洗，使得打印和清洗装置一体化。三维打印的特点是喷头的工作是三维空间内移动的，同时打印工作区的空间是三维的，充足的空间使得不拆卸实时清洗成为了可能。要清洗时，控制系统改变三通阀门状态，截断墨液供应，压电气动式动力驱动在控制系统的调用下，先对喷嘴里剩余墨液进行吹送，使得残留墨液被推送出去，然后使清洗液流入喷头，在气动压力下，冲洗喷头。冲洗结束后，控制系统改变三通阀门，切换到墨液供应状态。

带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置，包括打印基板、喷头、墨盒、废液回收槽，还包括喷头清洗装置，所述的清洗装置包括清洗液墨盒、清洗管、清洗槽；清洗液墨盒中盛放有清洗液；材料盒与清洗液墨盒并列在一起，盒下部设有可拆卸的管道，在管道中部设有闸阀，在材料墨盒管道下部设有三通电磁阀，三通电磁阀另两端均接有管道，一管道与喷头相连，另一管道中部带有闸阀与清洗液墨盒下端管道相连；清洗管槽与废液回收槽活动连接于打印机腔壁上，打印基板位于打印机内腔底部中央。材料墨盒数量大于等于2。

清洗墨盒的墨腔中容纳的是清洗液，其专用的化学成分能溶解残留在喷头内的打印材料。清洗墨盒与材料墨盒一样，并列安装在打印机上，控制系统通过三通阀门来切换工作状态，清洗时打印程序可调用清洗过程完成清洗操作。

a、将喷头的初始位置作为喷头清洗区，底部设有废液回收槽。在三维打印机使用过程中，在需要清洗的时候，喷头处在初始位置，调用清洗过程控制程序，可以进行清洗；

b、清洗的装置通过三通阀门，与喷头相连接。控制系统以压电气动作为驱动力，强制油墨从喷头处涌出一段时间，调用清洗程序进行喷头清洗；

c、喷头清洗后，控制系统控制三通阀门切换到墨液供应状态，准备下一次打印；

d、在初始位置设置清洗废液回收槽，定期更换。

有益效果：本技术在打印和清洗时候使用相同的动力驱动装置，可实时动态调用喷头清洗过程，无缝衔接清洗和打印过程。作为相对于传统的电磁气动阀，采用压电技术，有功耗低、响应快以及没有电磁影响等优点。适用于使用微喷打印的系统。通过将3D打印机和清洗装置一体化，降低了维护费用，免拆卸，自动化了操作过程；帮助实现使用一个喷头对多材料进行打印，实时动态化清洗过程；预喷过程提高了初始打印的精度。

a.喷头清洗装置和打印装置集成在一起，实现非拆卸实时按需动态清洗喷头功能。清洗结构包括清洗液墨盒，清洗槽和废液回收装置，以及控制部分。

b.初始位置作为清洗位置，下面放置废液回收槽。

c.扇形清洗管槽位于打印机腔壁上，和废液回收槽集成在一起，可拆卸

d.使用专门控制程序控制预喷过程，控制不使用过多的材料而产生的浪费；与正常工作的微喷速度不同，使用较低的微喷喷射速度充分的湿润管道及喷头，同时也避免过快的速度使用较多的材料。

e.打印过程设置的预喷过程，不需要烘干喷头，简化喷头清洗保养过程，并可有效提高打印质量，避免初始打印飞线的产生。

f.控制程序把打印机腔体底部清洗槽置放位置作为绝对零点；把打印区域的中心点作为相对零点；

g.在各个墨盒及管道的连接处，管道及喷嘴连接处都设有闸阀和三通阀，闸阀及三通的配合，形成各种工作状态：打印，清洗，预喷；打印的时候有两条通路：1)a-1-2-7通；2)或者c-5-6-8通。清洗的时候也是两条通路：1)b-d-3-2-7-9通；2)或者b-e-4-6-8-9通。预喷的时候跟打印的时候一样的通路。

附图说明

图1三维打印机及清洗装置结构图

图2三维打印机整机示意图

图中标号名1.打印模型  2.打印基板  3.清洗槽  4.清洗管  5.喷头  6.墨盒7.清洗液盒  8.墨盒  9.绝对零点  10。相对零点  11.Z轴。

具体实施方式

带清洗功能的三维打印机，其结构及工作原理如图1。

1.设备组成

3D打印机三轴运动平台、墨盒，清洗墨盒，清洗管，废液回收装置、相关配套控制组件、电动气动控制部分设备电路。打印机整体结构如图2所示。

2.工作原理

(1)为了实现一个喷头多材料打印，在更换材料前调用清洗过程，清洗后再调用预喷过程，使打印机处于良性工作初始点。预喷过程也就是在初始点切换到打印工作状态，用打印材料冲洗管道及喷头，保证喷头的浸润度，确保打印起始点的喷印精度和效果。

(2)控制系统包括电驱动部分和气压控制部分

因为打印材料和清洗液的粘度不同，在工作状态切换时，通过调整气压，实现不同粘度材料的喷射，完成打印和清洗功能。通过调节电压，改变液滴大小。喷印材料时，液滴小，使用低电压；在喷清洗液时，液滴大，使用高电压。电动和气动的结合，实现不同材料和清洗液的喷射。

(3)更换材料的动态清洗过程

a.置喷头于初始位置，变换三通阀门状态，置清洗液位置，调用清洗程序，进行清洗；清洗结束后调整三通阀门状态，置更换的打印材料位置，准备打印；

b.启动预润喷头过程，使用打印材料冲滤管道及喷头；

c.调用打印程序打印；

e.打印结束后，置喷头于初始位置，使用负压抽空管道及喷头残留墨液；

(4)装置中，3个三通电磁阀门，正常工作是三通电磁阀使1、2管道或5、6管道导通，分别把材料1或材料2送至相应的喷头。需进行清洗时，控制电磁阀使得2、3管道及4、6管道通，此时两种材料喷射管道均与清洗液墨盒导通，进行喷头的清洗。清洗时喷头下的塑料刮板移动，提高清洗质量。在停止工作时，三通阀门置于清洗液接通状态；

(5)材料和清洗液管道入口设有截止阀，打印使用过程中初始和结束步骤，都用清洗液冲洗管道和喷头，在打印前又预润管道和喷头，这个阀门便可处于常开的状态，并不影响打印精度和质量；只有在长期不用的时候，才关闭截止阀，保护管道。即提高了效率，又能保证打印质量；

(6)使用负压，冲洗后抽空管道你喷嘴内的清洗液；

(7)在初始点，有清洗槽和废液回收装置，清洗时候，喷嘴对着清洗槽进行喷射，废液经过清洗槽进入废液回收装置，间隔一定的时间，清理废液；

(8)各个阀门和三通状态的组合形成的打印机工作状态为：打印，清洗，预喷。

Claims (3)

1.带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置，包括打印基板、喷头、墨盒、废液回收槽，其特征在于还包括喷头清洗装置，所述的清洗装置包括清洗液墨盒、清洗管、清洗槽；清洗液墨盒中盛放有清洗液；材料盒与清洗液墨盒并列在一起，盒下部设有可拆卸的管道，在管道中部设有闸阀，在材料墨盒管道下部设有三通电磁阀，三通电磁阀另两端均接有管道，一管道与喷头相连，另一管道中部带有闸阀与清洗液墨盒下端管道相连；清洗管槽与废液回收槽活动连接于打印机腔壁上，打印基板位于打印机内腔底部中央。

2.根据权利要求1所述的带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置，其特征在于，材料墨盒数量大于等于2。

3.权利要求1或2所述的带喷头自动清洗功能的微喷三维打印装置工作方法，其特征在于，

a、将喷头的初始位置作为喷头清洗区，底部设有废液回收槽。在三维打印机使用过程中，在需要清洗的时候，喷头处在初始位置，调用清洗过程控制程序，可以进行清洗；

b、清洗的装置通过三通阀门，与喷头相连接。控制系统以压电气动作为驱动力，强制油墨从喷头处涌出一段时间，调用清洗程序进行喷头清洗；

c、喷头清洗后，控制系统控制三通阀门切换到墨液供应状态，准备下一次打印；

d、在初始位置设置清洗废液回收槽，定期更换。