CN105109041B - 一种可换喷头打印的3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种可换喷头打印的3D打印机，包括送样装置、加热夹紧装置(1)、驱动装置、定位装置、底座(5)、喷头(10)和控制系统，加热夹紧装置包括加热装置和电磁铁，其顶部设有进料口(7)；驱动装置包括驱动电机(2)和驱动齿轮(3)；定位装置包括定位电机(6)和定位销(9)；底座上设置有出料孔、定位孔及两端设置有位置开关(4)的齿条，底座与加热夹紧装置相连；喷头包括喷头Ⅰ和喷头Ⅱ；控制系统分别与送料装置、驱动装置、定位装置和喷头相连。本发明实现了喷头的自由变换和在不同工况下喷出不同直径的加工材料，提高了加工效率，节省了原材料，降低了生产成本；同时通过定位装置实现了喷头高精度地变换，提高了零件的加工精度。

Description

一种可换喷头打印的 3D 打印机

技术领域

本发明涉及打印设备技术领域，具体涉及一种3D打印机，特别涉及一种可换喷头打印的3D打印机。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，其基本原理是通过把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来，而打印出的产品可以即时使用。3D打印机过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现在逐渐用于一些产品的直接制造。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，这些原材料加热后融化，从3D打印机的打印喷头中喷出后冷却为固态，整个打印的过程就是喷头按照程序不断的喷出液体的原材料并成功在模型上冷却，最终得到3D的固体实物。

然而，传统的3D打印机通常只能喷出一种直径的材料，但是在整个打印过程中，每个部分的精度要求不一样，特别是在打印基座时，需要的精度不高，因此希望能以更快的速度来打印以缩短整个打印时间，从而提高加工效率；当需要对产品不同部位进行挤喷时，若不能调整喷头口径的大小，在挤喷时会造成部分材料的堆积，因而不仅浪费材料，而且也难以保证成品成型后的精度；另外，现有技术中更换喷头是用于挤喷出不同材质或不同颜色的原材料，从而可打印出不同材质和色彩丰富的产品，但更换喷头的精度不高，缺乏有效的定位装置，降低了零件的加工精度。

发明内容

本发明的目的在于提供可换喷头打印的3D打印机，该打印机能够实现其喷头的自由变换，实现在不同工况下喷出不同直径的加工材料，从而提高加工效率，节省原材料，降低生产成本；同时，本发明通过定位装置能够实现喷头高精度地变换，从而提高零件的加工精度。

为实现上述目的，一种可换喷头打印的3D打印机，包括送料装置、加热夹紧装置、驱动装置、定位装置、底座、喷头和控制系统，所述加热夹紧装置包括设置在其内部的加热装置和电磁铁，所述电磁铁在底座定位好的前提下，实现夹紧作用，当基座打印完成后，控制电磁铁停止工作，实现对底座松开；所述加热夹紧装置的顶部设有进料口，底部设有与进料口连通的出料口；所述送料装置通过进料口与加热夹紧装置相连；

所述驱动装置包括驱动电机和驱动齿轮，驱动电机固定连接于加热夹紧装置的侧壁上，所述驱动齿轮与驱动电机的输出轴相连；

所述定位装置包括定位电机和定位销，所述定位电机固定连接于加热夹紧装置的顶部，所述定位电机的输出轴下端与定位销通过螺纹配套连接；

所述底座上设置有出料孔Ⅰ、出料孔Ⅱ、定位孔Ⅰ、定位孔Ⅱ及齿条，所述定位销通过定位孔Ⅰ和定位孔Ⅱ起到定位作用；加热夹紧装置底部的出料口通过加热夹紧装置在底座上滑动使其与出料孔Ⅰ或出料孔Ⅱ对正；所述出料孔Ⅰ、出料孔Ⅱ、定位孔Ⅰ和定位孔Ⅱ中心点之间的连线为平行四边形；所述齿条与驱动齿轮啮合，所述齿条的两端设置有位置开关，控制所述驱动电机转动带动驱动齿轮的转动，当驱动齿轮碰到位置开关时，位置开关发出信号，停止驱动电机的工作；所述底座通过机械限位结构与加热夹紧装置滑动连接，所述机械限位结构通过底座上设置的凸起结构和加热夹紧装置下方设置的凹槽结构形成，所述凸起结构与凹槽结构相匹配连接；

所述喷头包括喷头Ⅰ和喷头Ⅱ，所述喷头Ⅰ的直径大于喷头Ⅱ的直径，所述喷头Ⅰ和喷头Ⅱ分别设置在出料孔Ⅰ和出料孔Ⅱ的下方；

所述控制系统分别与送料装置、驱动装置、定位装置和喷头相连，并根据输入的模型数据控制进料口的进料、驱动装置带动加热夹紧装置的滑动、定位装置的转动以及喷头的打印。

优选地，所述的凸起结构平行的设置于底座上，所述凹槽结构平行的设置于加热夹紧装置的底部。

优选地，所述定位销上端为圆柱形，圆柱形侧壁上设有小凸起结构，其下端为锥形。

优选地，所述驱动电机和定位电机上分别套有保护外壳。

与现有技术相比，本发明通过控制系统分别控制进料口的进料、带动加热夹紧装置的滑动、定位装置的转动以及喷头的打印，实现了两个喷头的自由变换，从而实现了在不同工况下喷出不同直径的加工材料，缩短了打印时间，提高了加工效率，并且，在挤喷时不会造成部分材料的堆积，节省了原材料，降低了生产成本；同时，本发明通过定位装置和底座上设置的中心点之间连线为平行四边形的两个出料孔和两个定位孔，保证了两个出料孔之间的距离与两个定位孔之间的距离保持一致，从而保证定位装置的定位效果，实现了喷头高精度地变换，进而提高了零件的加工精度；本发明结构简单，易于制造，且打印速度快，成型精度高，具有广泛的市场前景和应用价值。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明中定位装置在加热夹紧装置中的剖面图；

图3是本发明中底座的俯视图；

图4是本发明中底座的主视图；

图5是本发明中底座的侧视图；

图6是本发明中定位销的俯视图；

附图中：1、加热夹紧装置，2、驱动电机，3、驱动齿轮，4、位置开关，5、底座，5-1、出料孔Ⅰ，5-2、出料孔Ⅱ，5-3、定位孔Ⅰ，5-4、定位孔Ⅱ，5-5、齿条，6、定位电机，7、进料口，8、输出轴，9、定位销，10、喷头，10-1、喷头Ⅰ，10-2、喷头Ⅱ。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图5所示，一种可换喷头打印的3D打印机，包括送料装置、加热夹紧装置1、驱动装置、定位装置、底座5、喷头10和控制系统，所述加热夹紧装置1包括设置在其内部的加热装置和电磁铁，所述加热装置能够对送入的3D打印材料进行加热融化，为后续的喷头10提供液态材料；所述电磁铁能够在底座5定位好的前提下，实现夹紧作用；所述加热夹紧装置1的顶部设有进料口7，底部设有与进料口7连通的出料口，通过进料口7将3D打印材料送入到加热夹紧装置1中，通过出料口将3D打印材料传送至喷头10；所述送料装置通过进料口7与加热夹紧装置1相连；

所述驱动装置包括驱动电机2和驱动齿轮3，驱动电机2固定连接于加热夹紧装置1的侧壁上，所述驱动齿轮3与驱动电机2的输出轴相连；

所述定位装置包括定位电机6和定位销9，所述定位电机6固定连接于加热夹紧装置1的顶部，所述定位电机6的输出轴8下端与定位销9通过螺纹配套连接，通过控制定位电机6的转动方向来实现定位销9的伸出与缩回，从而实现对底座5的定位；

所述底座5上设置有出料孔Ⅰ5-1、出料孔Ⅱ5-2、定位孔Ⅰ5-3、定位孔Ⅱ5-4及齿条5-5，所述定位销9通过定位孔Ⅰ5-3和定位孔Ⅱ5-4起到定位作用；加热夹紧装置1底部的出料口通过加热夹紧装置1在底座5上滑动使其与出料孔Ⅰ5-1或出料孔Ⅱ5-2对正；所述出料孔Ⅰ5-1、出料孔Ⅱ5-2、定位孔Ⅰ5-3和定位孔Ⅱ5-4中心点之间的连线为平行四边形，从而保证出料孔Ⅰ5-1和出料孔Ⅱ5-2之间的距离与定位孔Ⅰ5-3和定位孔Ⅱ5-4之间的距离保持一致，进而实现喷头10高精度地变换；所述齿条5-5与驱动齿轮3啮合，实现驱动电机2对底座5的驱动，进一步实现对喷头10的变换，所述齿条5-5的两端设置有位置开关4，实现对驱动电机2的控制，所述底座5通过机械限位结构与加热夹紧装置1滑动连接，所述机械限位结构通过底座5上设置的凸起结构和加热夹紧装置1下方设置的凹槽结构形成，所述凸起结构与凹槽结构相匹配连接；

所述喷头10包括喷头Ⅰ10-1和喷头Ⅱ10-2，所述喷头Ⅰ10-1的直径大于喷头Ⅱ10-2的直径，所述喷头Ⅰ10-1和喷头Ⅱ10-2分别设置在出料孔Ⅰ5-1和出料孔Ⅱ5-2的下方，从而实现将加热好的3D打印材料喷出；

所述控制系统分别与送料装置、驱动装置、定位装置和喷头10相连，并根据输入的模型数据控制进料口7的进料、驱动装置带动加热夹紧装置1的滑动、定位装置的转动以及喷头10的打印。

为了使加紧装置1在底座5上能更灵活方便地滑动，所述的凸起结构平行的设置于底座5上，所述凹槽结构平行的设置于加热夹紧装置1的底部。

如图6所示，为了防止定位销9和输出轴8之间因为摩擦力过大而一起转动，导致不能正常的伸出和收缩实现定位功能，所述定位销9上端为圆柱形，圆柱形侧壁上设有小凸起结构；为了能够更有效地进行定位，所述定位销9的下端为锥形。

为了保护驱动电机2和定位电机6不受外界环境的影响，延长其使用寿命，所述驱动电机2和定位电机6上分别套有保护外壳。

使用时，送料装置将3D打印材料通过进料口7送入到加热夹紧装置1中，实现对3D打印材料进行加热，将固态的3D打印材料融化成液态的材料，为后续的喷头提供材料；在3D打印中首先需要对基座打印，此时控制驱动电机2转动来带动驱动齿轮3的转动，由于驱动齿轮3与齿条5-5啮合，进而实现对底座5的驱动，实现对底座5的位置变换，当驱动齿轮3碰到位置开关4时，位置开关4发出信号，停止驱动电机2的工作；此时，加热夹紧装置1底部的出料口与出料孔Ⅰ5-1对准，但此时出料口与出料孔Ⅰ5-1之间的对准精度并不高，为了提高精度，此时需要用定位销9进行调整；控制定位电机6转动，将定位销9从加热夹紧装置1中伸出与定位孔Ⅰ5-3接触，从而实现定位作用，其中定位销9设计为锥形，能够更有效地进行定位；当定位结束后，控制加热夹紧装置1中的电磁铁工作，实现对底座5的夹紧功能，此时，位于出料孔Ⅰ5-1下方的喷头Ⅰ10-1工作，进入基座的打印。

当基座打印完成后控制加热夹紧装置1中电磁铁停止工作，实现对底座5的松开；然后控制定位电机6转动，将定位销9从定位孔Ⅰ5-3中收回；同时，控制驱动电机2转动，当驱动齿轮3碰到另一个位置开关4时，该位置开关4发出信号，停止驱动电机2的工作；此时加热夹紧装置1中的出料口与出料孔Ⅱ5-2对准，但此时出料口与出料孔Ⅱ5-2之间的对准精度并不高，为了提高精度，此时仍需要用定位销9进行定位；控制定位电机6的转动，将定位销9从加热夹紧装置1中伸出与定位孔Ⅱ5-4接触，从而实现定位作用，然后控制加热夹紧装置1中的电磁铁进行工作，实现对底座5的夹紧功能，此时，位于出料孔Ⅱ5-2下方的喷头Ⅱ10-2工作，进入零件部分的打印。

Claims (4)

1.一种可换喷头打印的3D打印机，包括送料装置、加热夹紧装置（1）、驱动装置、定位装置、底座（5）、喷头（10）和控制系统，其特征在于，

所述加热夹紧装置（1）包括设置在其内部的加热装置和电磁铁，所述电磁铁在底座（5）定位好的前提下，实现夹紧作用，当基座打印完成后，控制电磁铁停止工作，实现对底座（5）松开；所述加热夹紧装置（1）的顶部设有进料口（7），底部设有与进料口（7）连通的出料口；所述送料装置通过进料口（7）与加热夹紧装置（1）相连；

所述驱动装置包括驱动电机（2）和驱动齿轮（3），驱动电机（2）固定连接于加热夹紧装置（1）的侧壁上，所述驱动齿轮（3）与驱动电机（2）的输出轴相连；

所述定位装置包括定位电机（6）和定位销（9），所述定位电机（6）固定连接于加热夹紧装置（1）的顶部，所述定位电机（6）的输出轴（8）下端与定位销（9）通过螺纹配套连接；

所述底座（5）上设置有出料孔Ⅰ（5-1）、出料孔Ⅱ（5-2）、定位孔Ⅰ（5-3）、定位孔Ⅱ（5-4）及齿条（5-5），所述定位销（9）通过定位孔Ⅰ（5-3）和定位孔Ⅱ（5-4）起到定位作用；加热夹紧装置（1）底部的出料口通过加热夹紧装置（1）在底座（5）上滑动使其与出料孔Ⅰ（5-1）或出料孔Ⅱ（5-2）对正；所述出料孔Ⅰ（5-1）、出料孔Ⅱ（5-2）、定位孔Ⅰ（5-3）和定位孔Ⅱ（5-4）中心点之间的连线为平行四边形；所述齿条（5-5）与驱动齿轮（3）啮合，所述齿条（5-5）的两端设置有位置开关（4），控制所述驱动电机（2）转动带动驱动齿轮（3）的转动，当驱动齿轮（3）碰到位置开关（4）时，位置开关（4）发出信号，停止驱动电机（2）的工作；所述底座（5）通过机械限位结构与加热夹紧装置（1）滑动连接，所述机械限位结构通过底座（5）上设置的凸起结构和加热夹紧装置（1）下方设置的凹槽结构形成，所述凸起结构与凹槽结构相匹配连接；

所述喷头（10）包括喷头Ⅰ（10-1）和喷头Ⅱ（10-2），所述喷头Ⅰ（10-1）的直径大于喷头Ⅱ（10-2）的直径，所述喷头Ⅰ（10-1）和喷头Ⅱ（10-2）分别设置在出料孔Ⅰ（5-1）和出料孔Ⅱ（5-2）的下方；

所述控制系统分别与送料装置、驱动装置、定位装置和喷头（10）相连，并根据输入的模型数据控制进料口（7）的进料、驱动装置带动加热夹紧装置（1）的滑动、定位装置的转动以及喷头（10）的打印。

2.根据权利要求1所述的一种可换喷头打印的3D打印机，其特征在于，所述的凸起结构平行的设置于底座（5）上，所述凹槽结构平行的设置于加热夹紧装置（1）的底部。

3.根据权利要求1或2所述的一种可换喷头打印的3D打印机，其特征在于，所述定位销（9）上端为圆柱形，圆柱形侧壁上设有小凸起结构，其下端为锥形。

4.根据权利要求1或2所述的一种可换喷头打印的3D打印机，其特征在于，所述驱动电机（2）和定位电机（6）上分别套有保护外壳。