CN104999669B - 三维打印喷头、三维打印机和打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维打印喷头、三维打印机和打印方法。三维打印喷头包括加热块，喷嘴与加热块连接，加热块具有两个以上的孔槽和腔体，每一个孔槽均与腔体连通，腔体与喷嘴连通。三维打印机采用上述的三维打印喷头。本发明提供的三维打印头能够使多个孔槽分别容纳不同类型的丝料，实现多种丝料在三维打印过程中的自由切换。

Description

三维打印喷头、三维打印机和打印方法

技术领域

本发明涉及三维打印领域，具体地说，是涉及一种FDM类型的三维打印喷头和应用这种三维打印喷头的三维打印机，还涉及这种三维打印机的打印方法。

背景技术

三维打印机又称3D打印机，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用。

通常，3D打印快速成型技术主要包括三种类型：立体雕刻（Stereolithography）、逐层叠加制造（Laminated Object Manufacturing）和选择性沉积塑形（SelectiveDeposition Modeling）。

选择性沉积塑形的基本原理为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技术是熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技术。熔融沉积成型技术使用的设备包括至少一个挤压头，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。

现有的FDM三维打印机大都采用单三维打印喷头，当打印的模型需要彩色成像时，目前通用做法是添加多个三维打印喷头，通过多个三维打印喷头进给不同颜色的材料，继而实现彩色成像。然而这种具有多个三维打印喷头的打印机成本较高，而且多个三维打印喷头均设置在一个导杆上，使得该导杆受重力较大，从而导致导杆容易发生变形，进而导致打印物体精度低，误差较大，而且多三维打印喷头也不利于运输保护，容易遭受损坏。

申请号为CN201510054483.8的中国发明专利申请公开了一种三维打印机和三维打印方法，主要特征是三维打印机耗材供给电机组件和三维打印喷头之间设置有换线装置，换线装置设置有多个丝料输入端和一个丝料输出端，丝料输出端与三维打印喷头连接，换线装置在每一个丝料输入端和丝料输出端之间连通有一个导孔。这种结构在一定程度提供了多种线材的切换功能，然而换线装置与加热装置为分体式结构，其结构相对复杂，加工成本高，有待进一步改进。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种加热块和丝料切换装置一体化的三维打印喷头。

本发明的第二目的是提供一种加热块和丝料切换装置一体化的三维打印机。

本发明的第三目的是提供一种加热块和丝料切换装置一体化的三维打印机的打印方法。

本发明提供的三维打印喷头包括加热块；喷嘴与加热块连接；加热块具有两个以上的孔槽和腔体；每一个孔槽均与腔体连通；腔体与喷嘴连通。

由上述方案可见，多个孔槽可以分别容纳不同类型的丝料，实现多种丝料在三维打印过程中的自由切换。

一个优选的方案是，孔槽的数量为两个，分别为相互分离地设置的第一孔槽和第二孔槽。

由上述方案可见，第一孔槽、第二孔槽和腔体的加工工艺简单，只需要在加热块上钻孔即可，腔体在实际使用时其两端在一定距离上可以用防散热部件堵塞。第一孔槽和第二孔槽可以分别容纳不同类型的丝料，实现丝料在三维打印过程中的切换。第一孔槽、第二孔槽与加热块为一体化结构，加工成本更低，使用更加方便、合理。腔体、第一孔槽、第二孔槽和喷嘴的连通方式，有利于丝料顺利地进入到腔体内，熔融后由喷嘴挤出。

一个优选的方案是，第一孔槽、第二孔槽的延伸方向均与加热块的高度方向平行；腔体的延伸方向与加热块的高度方向垂直。

由上述方案可见，第一孔槽和第二孔槽更加容易加工，且丝料更容易在孔槽内移动。

一个优选的方案是，三维打印喷头还具有第一固定件、第一连接件、第二固定件和第二连接件；第一连接件两端分别与第一固定件和第一孔槽可拆卸地连接；第二连接件分别与第二固定件和第二孔槽可拆卸地连接。

由上述方案可见，三维打印喷头在使用时，一般会在加热块上的管道安装隔热部件，隔热部件可以由铁氟龙材料制成，在申请号为CN201410705688.3的中国发明专利申请中对此进行了详细描述，这种铁氟龙材料在使用一定时间后容易发生劳损，当铁氟龙失去应有的功能后，就需要更换新的铁氟龙材料，而可拆卸地连接方式能够使得这种更换过程便得十分容易。

进一步优选的方案是，第一孔槽内和第二孔槽内均具有内螺纹；第一固定件和第二固定件内均具有内螺纹；第一连接件和第二连接件均具有外螺纹。

由上述方案可，螺纹连接配合的方式的加工成本低，实现可拆卸连接，另外，从上述的CN201410705688.3文本中公开的内容来看，铁氟龙材料与加热块的间隔距离的调整具有重要的意义，而螺纹连接能够实现这种间隔距离的微小调节，从而根据实际需求把间隔距离控制在最佳位置。

本发明提供的三维打印机包括三维打印喷头，三维打印喷头包括加热块；喷嘴与加热块连接；加热块具有两个以上的孔槽和腔体；每一个孔槽均与腔体连通；腔体与喷嘴连通。

一个优选的方案是，孔槽的数量为两个，分别为相互分离地设置的第一孔槽和第二孔槽；三维打印机还包括第一丝料、第二丝料、第一进给机构和第二进给机构；第一进给机构和第二进给机构均设置在加热块的上游，第一进给机构用于控制第一丝料的行进速度，第二进给机构用于控制第二丝料的行进速度。

由上述方案可见，实现不同丝料的切换功能，进给机构能够对丝料的进给速率、进给方向做出调整，使用更加方便、合理。

进一步优选的方案是，第一孔槽、第二孔槽的延伸方向均与加热块的高度方向平行；腔体的延伸方向与加热块的高度方向垂直。

另一优选的方案是，三维打印喷头还具有第一固定件、第一连接件、第二固定件和第二连接件；第一连接件两端分别与第一固定件和第一孔槽可拆卸地连接；第二连接件分别与第二固定件和第二孔槽可拆卸地连接;第一孔槽内和第二孔槽内均具有内螺纹；第一固定件和第二固定件内均具有内螺纹；第一连接件和第二连接件均具有外螺纹。

本发明还提供了一种三维打印机的打印方法，三维打印机包括三维打印喷头，三维打印喷头包括加热块；喷嘴与加热块连接；加热块具有两个以上的孔槽和腔体；每一个孔槽均与腔体连通；腔体与喷嘴连通。三维打印机还包括两种以上的丝料；打印方法依次包括以上步骤：步骤1是获得三维物体数据信息；步骤2是选择一种丝料沿一个孔槽进入到加热块内，在腔体内熔融后经喷嘴挤出；步骤3是当需要更换不同种类的丝料时，选择另一种丝料沿另一个孔槽进入到加热块内，在腔体内熔融后经喷嘴挤出；步骤4是重复步骤3的过程并直至打印命令的结束。

附图说明

图1是本发明三维打印喷头实施例的结构图。

图2是本发明三维打印喷头实施例的结构分解图。

图3是本发明三维打印喷头实施例的左视图。

图4是沿图3中A-A方向的剖视图。

图5是本发明三维打印机实施例的结构图。

图6是本发明三维打印机实施例从另一角度观察的结构图。

图7是本发明三维打印机实施例的结构简图。

图8是本发明三维打印机实施例的打印方法的流程图。

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

三维打印喷头实施例

如图1、图2和图3所示，本实施例的三维打印喷头具有第一固定件10、第一连接件11、第二固定件12、第二连接件13、加热块14和喷嘴15。加热块14内具有加热件和热电偶，喷嘴15与加热块14可拆卸地连接，可拆卸的方式可以是内外螺纹的配合连接。第一固定件10和第二固定件12内均具有内螺纹，第一连接件11和第二连接件13均具有外螺纹。

如图4所示，加热块14内具有第一孔槽16、第二孔槽17和腔体18，第一孔槽16、第二孔槽17和腔体18的形状均可以是圆柱形、矩形或椭圆等形状，优选为圆柱形。第一孔槽16内和第二孔槽17内均具有内螺纹。第一孔槽16、第二孔槽17的延伸方向均与加热块14的高度方向（图4箭头的方向）平行，腔体18的延伸方向与加热块14的高度方向垂直。腔体18的延伸长度的方向可以进行相应调节，但是其长度应该确保腔体18至少能够与第一孔槽16和第二孔槽17连通，腔体18也与喷嘴15连通。实际使用时，腔体18在加热块14内并不是贯通的，其两端为封闭结构。

第一连接件11两端分别与第一固定件10和第一孔槽16通过内外螺纹配合的方式可拆卸地连接。第二连接件13分别与第二固定件12和第二孔槽17通过内外螺纹的方式可拆卸地连接。

三维打印机实施例

如图5和图6所示，三维打印机包括壳体101，在壳体101内安装有X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机(未标示)，Z轴移动电机上连接有螺杆，在底壁还安装有导杆，在导杆上安装有Z轴移动支架131，在该Z轴移动支架131上设置有打印平台132，由于Z轴移动支架131与螺杆螺纹啮合，所以当Z轴移动电机工作时，将带动螺杆旋转，继而使得打印平台132在Z轴移动电机的驱动下在Z轴方向上移动。

Y轴移动电机122安装在侧壁上，在侧壁上固定设置有导杆，在导杆上设置有Y轴移动支架，Y轴移动电机通过皮带与Y轴移动支架连接，当Y轴移动电机122转动时，将通过皮带带动Y轴移动支架沿着导杆滑动，即Y轴移动支架在Y轴移动电机122的驱动下在Y轴方向上移动。

在Y轴移动支架上安装有X轴移动电机121和两根导杆，两根导杆分别设置在X轴移动电机121的两侧，在两根导杆上设置有三维打印喷头。当X轴移动电机121转动时，将通过皮带带动三维打印喷头2沿着导杆滑动，即三维打印喷头2在X轴移动电机121的驱动下在X轴方向上移动。X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机组成了本实施例的移动电机组件。

壳体101的外侧上设置有第一线材轮161和第二线材轮162，第一线材轮161上卷绕有第一丝料151，第二线材轮162上卷绕有第二丝料152，第一丝料151和第二丝料152均作为本实施例用于三维物体的成型，第一丝料151和第二丝料152具有不同的性质，性质涵盖颜色、熔融温度、硬度、导电率和磁性等。

如图7所示，第一进给机构、第二进给机构、三维打印喷头2均安装在X轴上的两根导杆上并一体地沿该X轴导杆和Y轴导杆所形成的平面上移动。第一进给机构包括电机171，第二进给机构包括电机172，由于电机171和电机172结构相同，所以下面以电机171为例进行说明。电机171上设置有驱动轮181和从动轮191，驱动轮181与从动轮191之间夹持有第一丝料151，当驱动轮181逆时针转动时，可将第一丝料151自上而下地移动，当驱动轮182顺时针旋转时，可将第一丝料151自下而上地移动。同理，在电机172的驱动轮的逆时针或顺时针旋转时，可将第二丝料152自上而下或自下而上地移动。经过第一进给机构和第二进给机构的作用，可以相应地把第一丝料151和第二丝料152输入到三维打印喷头2内。三维打印喷头2的实施方式已经在上面对应的实施例中进行了充分说明，在此不再赘述。

对本实施例的三维打印机的打印方法作如下描述。如图8所示，打印方法包括以上步骤。

如图8所示，首先执行步骤S1,获得三维物体数据信息。成型数据的获得可以通过计算机对三维物体进行建模、分层切片而得到成型数据，也可以通过外部插入设备如存储卡而直接把三维物体的成型数据导入到三维快速成型设备中，或者通过无线传输方式获得成型数据。

执行步骤S2,选择一种丝料沿一个孔槽进入到加热块内，在腔体内熔融后经喷嘴挤出。例如用第一进给机构控制第一丝料沿第一孔槽进入到加热块内，在腔体内熔融后经喷嘴挤出。

执行步骤S3,当需要更换不同种类的丝料时，选择另一种丝料沿另一个孔槽进入到加热块内，在腔体内熔融后经喷嘴挤出。例如用第二进给机构控制第二丝料沿第二孔槽进入到加热块内，在腔体内熔融后经喷嘴挤出。

执行步骤S4,当步骤S3的过程不再需要更换丝料时，打印命令结束，完成整个打印过程，得到三维打印物体。

最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，诸如可以在孔槽的外周对丝料进行预热，这样可以使得丝料更容易在腔体内熔融，这种预热方式优选采用梯度加热方式，且预热温度优选不超过丝料的软化点温度。孔槽的数量可以为三个、四个或者更多，同时增加对应数量的固定件、连接件。孔槽的排布方式有多种样式，且优选的排布方式为占据加热块的上表面的整体区域最小，根据几何原理，三个孔槽的排布方式优选为圆形。另外，在丝料进入孔槽的上游端设置一个检测装置，检测装置用于检测丝料的截面大小，实时得到丝料进入到孔槽内的截面大小，进而把信息转移到三维打印机的控制系统，接着控制系统能够控制加热块的预热和熔融速率，防止丝料加热不足或者过分加热的现象。上述变形设计等也在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.三维打印喷头, 包括

加热块；

喷嘴，与所述加热块连接；

其特征在于：

所述加热块具有两个以上的孔槽和腔体；

每一个所述孔槽均与所述腔体连通；

所述腔体与所述喷嘴连通；

所述孔槽的数量为两个，分别为相互分离地设置的第一孔槽和第二孔槽；

所述第一孔槽、所述第二孔槽的延伸方向均与所述加热块的高度方向平行；

所述腔体的延伸方向与所述加热块的高度方向垂直；

丝料沿所述孔槽进入到所述加热块内，在所述腔体内熔融后经所述喷嘴挤出。

2.根据权利要求1所述的三维打印喷头，其特征在于：

所述三维打印喷头还具有第一固定件、第一连接件、第二固定件和第二连接件；

所述第一连接件两端分别与所述第一固定件和所述第一孔槽可拆卸地连接；

所述第二连接件分别与所述第二固定件和所述第二孔槽可拆卸地连接。

3.根据权利要求2所述的三维打印喷头，其特征在于：

所述第一孔槽内和所述第二孔槽内均具有内螺纹；

所述第一固定件和所述第二固定件内均具有内螺纹；

所述第一连接件和所述第二连接件均具有外螺纹。

4.三维打印机，包括三维打印喷头，所述三维打印喷头包括

加热块；

喷嘴，与所述加热块连接；

其特征在于：

所述加热块具有两个以上的孔槽和腔体；

每一个所述孔槽均与所述腔体连通；

所述腔体与所述喷嘴连通；

所述孔槽的数量为两个，分别为相互分离地设置的第一孔槽和第二孔槽；

所述第一孔槽、所述第二孔槽的延伸方向均与所述加热块的高度方向平行；

所述腔体的延伸方向与所述加热块的高度方向垂直；

丝料沿所述孔槽进入到所述加热块内，在所述腔体内熔融后经所述喷嘴挤出。

5.根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于：

所述三维打印机还包括第一丝料、第二丝料、第一进给机构和第二进给机构；

第一进给机构和第二进给机构均设置在所述加热块的上游，所述第一进给机构用于控制所述第一丝料的行进速度，所述第二进给机构用于控制所述第二丝料的行进速度。

6.根据权利要求5所述的三维打印机，其特征在于：

所述三维打印喷头还具有第一固定件、第一连接件、第二固定件和第二连接件；

所述第一连接件两端分别与所述第一固定件和所述第一孔槽可拆卸地连接；

所述第二连接件分别与所述第二固定件和所述第二孔槽可拆卸地连接;

所述第一孔槽内和所述第二孔槽内均具有内螺纹；

所述第一固定件和所述第二固定件内均具有内螺纹；

所述第一连接件和所述第二连接件均具有外螺纹。

7.三维打印机的打印方法，其特征在于：

所述三维打印机包括三维打印喷头，所述三维打印喷头包括加热块；喷嘴与所述加热块连接；所述加热块具有两个以上的孔槽和腔体；每一个所述孔槽均与所述腔体连通；所述腔体与所述喷嘴连通；

所述孔槽的数量为两个，分别为相互分离地设置的第一孔槽和第二孔槽；

所述第一孔槽、所述第二孔槽的延伸方向均与所述加热块的高度方向平行；

所述腔体的延伸方向与所述加热块的高度方向垂直；

所述三维打印机还包括两种以上的丝料；

所述打印方法依次包括以下步骤：

步骤1：获得三维物体数据信息；

步骤2：选择一种所述丝料沿一个所述孔槽进入到所述加热块内，在所述腔体内熔融后经所述喷嘴挤出；

步骤3：当需要更换不同种类的所述丝料时，选择另一种所述丝料沿另一个所述孔槽进入到所述加热块内，在所述腔体内熔融后经所述喷嘴挤出；

步骤4：重复所述步骤3的过程并直至打印命令的结束。