CN105128341A - 一种矩阵式3d打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矩阵式3D打印机及其打印方法。所述矩阵式3D打印机包括打印平台、打印机构、X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构、供料机构、材料异常处理机构和控制机构；打印平台呈矩阵式分布，打印机构包括若干呈矩阵式分布的打印头，X轴驱动机构和Y轴驱动机构可使所有打印头在同一平面同步移动，Z轴驱动机构可使所有打印平台同步上下移动，供料机构用于为每个打印头提供打印用料丝，材料异常处理机构用于在料丝输出异常时进行报警，控制机构用于控制X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构和供料机构工作。通过本发明可以实现产品的批量打印，提高打印速度的同时也实现了产品质量精度的一致性，且还能降低能耗、降低成本。

Description

一种矩阵式3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及一种打印机，具体地说是一种矩阵式3D打印机及其打印方法。

背景技术

3D打印机是一种具备快速成形技术的机器，现有的3D打印机在打印产品时，一般是一个一个进行，这就导致了产品的打印速度较慢，无法批量生产，且打印的产品可能会存在质量精度不一致的问题，另外，也存在设备成本高、导致耗时长、人力及能耗等各方面的成本均比较高。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种矩阵式3D打印机，以解决现有的3D打印机不能批量生产以及生产制造过程中成本较高的问题。

本发明的目的之二就是提供一种矩阵式3D打印机的报警装置，该报警装置可对各工位上的料丝进行实时检测，并在某一工位上料丝出现异常情况时及时报警。

本发明的目的之三就是提供一种矩阵式3D打印机的打印方法，采用该方法可以实现3D产品的批量生产，从而降低生产成本。

本发明的目的之一是这样实现的：

矩阵式3D打印机由供料机构、材料异常处理机构、控制机构、矩阵排布并固接的若干机架、各机架内成对设置的打印头与打印平台、驱动各打印头在水平方向联动的X轴驱动机构、Y轴驱动机构以及驱动各打印平台联动的Z轴驱动机构组成；其中，

所述X轴驱动机构包括一X轴电机、分设于矩阵打印机两端的X轴主动轴和X轴从动轴以及排布于各打印头两侧的X轴传动带；

所述Y轴驱动机构包括一Y轴电机、分设于矩阵打印机两端的Y轴主动轴和Y轴从动轴以及排布于各打印头两侧的Y轴传动带；

各打印头穿接的X轴杆、Y轴杆的端部均接于相对应的位于打印头两侧的传动带上，且各X轴杆、Y轴杆的端部与相邻的X轴杆、Y轴杆的端部对应地首尾相接；

所述Z轴驱动机构由一Z轴电机、Z轴电机输出轴、与所述Z轴电机输出轴相接的一主动轮、Z轴传动带、若干从动轮以及由所述主动轮、从动轮带动同步运行的Z轴螺杆组成；所述各Z轴螺杆一一对应地穿接于设置于所述打印平台的延伸边的螺孔内；

所述供料机构包括供料电机及与所述各打印头一一对应的供料主体；所述供料主体用于在所述供料电机的驱动下，为对应的打印头提供打印用料丝；

所述控制机构设置在所述机架上，用于对所述供料电机、所述X轴电机、所述Y轴电机和所述Z轴电机进行控制；

所述材料异常处理机构与各供料主体一一对应；每一所述材料异常处理机构包括激光间歇阻隔片、联动轴、激光发射器、激光接收器和报警器；所述联动轴与所述激光间歇阻隔片的中心固接，在所述联动轴上设有齿牙，由所述供料主体输出的料丝经所述联动轴上的齿牙带动所述联动轴转动；所述激光发射器和所述激光接收器分别对应设置在所述激光间歇阻隔片边缘的两侧；在所述激光间歇阻隔片的边缘圆周上均匀开有若干通孔，随着所述激光间歇阻隔片的转动，所述激光接收器可通过所述通孔间歇性地接收到由所述激光发射器所发射的激光信号，当所述激光接收器接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，所述报警器发出报警信号，警示料丝输出异常。

上述的矩阵式3D打印机中，所述X轴传动带、Y轴传动带为齿形胶带，所述X轴主动轴、从动轴以及Y轴主动轴、从动轴上与传动带相接合的部位制有啮合齿；与所述各X轴传动带、Y轴传动带平行且一一对应地设置有X轴支撑轴和Y轴支撑轴，所述各打印头穿接的X轴杆、Y轴杆的端部均接有连接件，所述连接件设置有滑动套接于X轴支撑轴或Y轴支撑轴的滑套和固接于传动带的连接部。

上述的矩阵式3D打印机中，在所述各打印头的侧部设有一个打印头调平系统；所述打印头调平系统包括舵机和按压触电开关，通过所述按压触电开关在对应的打印平台上探测若干不在同一直线上的点，再由所述舵机将所探测到的点的位置发送至所述控制机构，所述控制机构根据接收到的所有点的位置信息，将所述打印平台所在的平面设为相对水平面，从而实现对所有打印头的调平。

上述的矩阵式3D打印机中，所述供料主体包括供料主动齿轮、供料从动齿轮和压料器；打印用料丝设置在所述供料从动齿轮的输出轴和所述压料器之间，通过供料从动齿轮的正、反向旋转，可使料丝实现进、退料操作；所有供料主动齿轮固定连接在同一联动杆，所述联动杆与所述供料电机的输出轴相接，在所述供料电机的驱动下，所述联动杆可带动所有供料主动齿轮同步转动，进而由所述供料主动齿轮带动对应的供料从动齿轮同步转动。

上述的矩阵式3D打印机中，所述Z轴驱动机构还包括Z轴光轴；每一所述Z轴螺杆对应若干Z轴光轴，所述Z轴光轴分别位于对应的Z轴螺杆的两侧，Z轴光轴穿过对应打印平台的延伸边。

本发明的目的之二是这样实现的：

矩阵式3D打印机的报警装置，包括若干与矩阵式3D打印机中的各供料主体一一对应的材料异常处理机构，每一材料异常处理机构均包括激光间歇阻隔片、联动轴、激光发射器、激光接收器和报警器；所述联动轴与所述激光间歇阻隔片的中心固接，在所述联动轴上设有齿牙，由所述供料主体输出的料丝经所述联动轴上的齿牙带动所述联动轴转动；所述激光发射器和所述激光接收器分别对应设置在所述激光间歇阻隔片边缘的两侧；在所述激光间歇阻隔片的边缘圆周上均匀开有若干通孔，随着所述激光间歇阻隔片的转动，所述激光接收器可通过所述通孔间歇性地接收到由所述激光发射器所发射的激光信号，当所述激光接收器接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，所述报警器发出报警信号，警示料丝输出异常。

本发明的目的之三是这样实现的：

矩阵式3D打印机的打印方法包括如下步骤：

a、通过控制机构调整打印平台和打印机构至初始位置；

所述打印平台呈矩阵式分布；

所述打印机构包括与所述打印平台一一对应、呈矩阵式分布的打印头，每一所述打印头位于对应的所述打印平台上方；

所述控制机构调整所述打印平台的位置是通过Z轴驱动机构实现的；所述Z轴驱动机构设置在矩阵式打印平台的两行之间，所述Z轴驱动机构由一Z轴电机、Z轴电机输出轴、与所述Z轴电机输出轴相接的一主动轮、Z轴传动带、若干从动轮以及由所述主动轮、从动轮带动同步运行的Z轴螺杆组成；所述各Z轴螺杆一一对应地穿接于设置于所述打印平台的延伸边的螺孔内；所述控制机构通过控制所述Z轴电机，由所述Z轴电机驱动主动轮转动，所述主动轮通过Z轴传动带带动其他从动轮转动，所述主动轮、从动轮带动所有Z轴螺杆转动，进而使所有穿过Z轴螺杆的打印平台沿Z轴同步运动，实现对打印平台位置的调整；

所述控制机构调整所述打印机构的位置是通过X轴驱动动机构和Y轴驱动机构来实现的；

所述X轴驱动机构包括一X轴电机、分设于矩阵打印机两端的X轴主动轴和X轴从动轴以及排布于各打印头两侧的X轴传动带；各打印头穿接的X轴杆的端部均接于相对应的位于打印头两侧的传动带上，且各X轴杆的端部与相邻的X轴杆的端部对应地首尾相接；所述控制机构通过控制所述X轴电机，由所述X轴电机驱动所述X轴主动轴转动，再由X轴传动带使X轴从动轴和X轴主动轴联动，X轴传动带同时带动X轴杆沿X轴移动，进而由X轴杆带动所有打印头沿X轴同步运动，实现对打印机构X轴方向位置的调整；

所述Y轴驱动机构包括一Y轴电机、分设于矩阵打印机两端的Y轴主动轴和Y轴从动轴以及排布于各打印头两侧的Y轴传动带；各打印头穿接的Y轴杆的端部均接于相对应的位于打印头两侧的传动带上，且各Y轴杆的端部与相邻Y轴杆的端部对应地首尾相接；所述控制机构通过控制所述Y轴电机，由所述Y轴电机驱动所述Y轴主动轴转动，再由Y轴传动带使Y轴从动轴和Y轴主动轴联动，Y轴传动带同时带动Y轴杆沿Y轴移动，进而由Y轴杆带动所有打印头沿Y轴同步运动，实现对打印机构Y轴方向位置的调整；

b、由控制机构控制供料机构给所述打印机构中的所有打印头提供打印用料丝；

所述供料机构包括供料电机及与所述打印头一一对应的供料主体，所述控制机构控制所述供料电机，由所述供料电机驱动每一供料主体为相应的打印头提供打印用料丝；

由所述供料主体输出的打印用料丝首先经材料异常处理机构后再提供给对应的打印头，所述材料异常处理机构用于检测料丝是否有异常，并在料丝有异常时发出报警信号；

所述材料异常处理机构与所述供料主体一一对应；所述材料异常处理机构包括激光间歇阻隔片、联动轴、激光发射器、激光接收器和报警器；所述联动轴与所述激光间歇阻隔片的中心固接，在所述联动轴上设有齿牙，由所述供料主体输出的料丝经所述联动轴上的齿牙带动所述联动轴转动；所述激光发射器和所述激光接收器分别对应设置在所述激光间歇阻隔片边缘的两侧；在所述激光间歇阻隔片的边缘圆周上均匀开有若干通孔，随着所述激光间歇阻隔片的转动，所述激光接收器可通过所述通孔间歇性地接收到由所述激光发射器所发射的激光信号，当所述激光接收器接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，由所述报警器发出报警信号，警示料丝输出异常；

c、由控制机构通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构控制所述打印机构中的所有打印头同步移动，实现一层的打印；

d、由控制机构通过Z轴驱动机构控制所有打印平台沿Z轴同步移动；

e、重复执行步骤c和d，逐层进行打印，最终实现若干产品的批量打印。

上述矩阵式3D打印机的打印方法中，在步骤a之前还包括如下步骤：

由控制机构通过打印头调平系统对所有打印头的水平位置进行相对调平；

所述打印头调平系统包括舵机和按压触电开关，通过所述按压触电开关在对应打印平台上探测若干不在同一直线上的点，再由所述舵机将所探测到的点的位置发送至所述控制机构，所述控制机构根据接收到的所有点的位置信息，将所述打印平台所在的平面设为相对水平面，从而实现对所有打印头的相对调平。

本发明所提供的矩阵式3D打印机，打印平台呈矩阵式分布，打印机构中的打印头也呈矩阵式分布，且打印头与打印平台一一对应；X轴驱动机构包括X轴电机、X轴主动轴、X轴从动轴、X轴传动带和X轴杆；穿接于各打印头的X轴杆的端部均与X轴传动带固接，当X轴电机驱动X轴主动轴转动时，X轴传动带同步动作，并带动X轴杆移动，进而使所有打印头实现沿X轴的同步移动。同理，通过Y轴驱动机构可使所有打印头实现沿Y轴同步移动。各打印平台可在Z轴驱动机构的作用下沿Z轴同步移动。由控制机构控制供料机构给所有打印头提供打印用料丝，且供料机构提供的料丝经材料异常处理机构后输出给打印头，材料异常处理机构用于实时检测供料机构输出的料丝是否有异常，在料丝出现异常情况时能够及时报警，以便对相应工位上出现异常的料丝进行处理。在本发明中，由Z轴驱动机构控制所有打印平台沿Z轴同步运动，由X轴驱动机构和Y轴驱动机构控制所有打印头同时工作，每个打印头都是逐层打印，最终形成若干产品，实现产品的批量打印。本发明所设计的矩阵式3D打印机，各部件协同作用，使得多个工位的同时运行具有很好的一致性，整机运行稳定，适于大面积推广使用。

本发明所提供的矩阵式3D打印机，由于可实现产品的批量生产，因此相比现有技术中的逐个打印来说，可大大提高打印速度；而且，同批量的产品由于是同时打印，故不存在质量精度不一致的问题。再有，本发明中一次打印出N个产品，所需电机4台，控制系统1套，开关电源1个，显示屏1个，耗电功率约400W左右；而现有技术中若要打印N个产品，则需要N台设备，所需配件为电机4N台，控制系统N套，开关电源N个，显示屏N块，耗电功率约为350*N瓦左右，因此采用本发明可以大大降低投入成本、生产能耗以及人力成本，同时解决了现有3D打印机不能批量生产的问题。

附图说明

图1是本发明中矩阵式3D打印机的结构示意图。

图2是本发明中X轴驱动机构和Y轴驱动机构的结构示意图。

图3是本发明中Z轴驱动机构的结构示意图。

图4是本发明中供料机构的结构示意图。

图5是本发明中控制机构的结构示意图。

图6是本发明中打印头调平系统的结构示意图。

图7是本发明中材料异常处理机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行示例性说明，但不构成对本发明技术方案的任何限制。

实施例1，矩阵式3D打印机。

如图1所示，本发明包括机架5、打印平台32、打印机构、X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构、供料机构、材料异常处理机构和控制机构1。

机架5具体来说是由金属框架构成，各机架5连接组合形成矩阵式的结构；每一个金属框架即构成一个工位，图中为2行5列的10个工位。

打印平台32是承载打印产品的平台，本发明中打印平台32与机架5一一对应，打印平台32位于对应机架5的内部。打印平台32呈矩阵式分布。

打印机构是由若干呈矩阵式分布的打印头20（见图2）构成，打印头20的数量与打印平台32的数量相同且两者一一对应，每一打印头20位于对应的打印平台32上方。

X轴驱动机构用于使所有打印头20实现沿X轴同步运动，Y轴驱动机构用于使所有打印头20实现沿Y轴同步运动。X轴驱动机构和Y轴驱动机构共同作用可使所有打印头20在其所在的平面内同步向任意位置移动（每一打印头仅限于在其所对应的工位内移动）。

结合图1和图2，X轴驱动机构包括X轴电机13、X轴主动轴14、X轴从动轴19、X轴传动带16和X轴杆46。X轴电机13设置在打印机端部机架的外边框上，X轴电机13的输出轴与X轴主动轴14的一端相接，X轴电机13用于驱动X轴主动轴14转动。X轴主动轴14和X轴从动轴19平行且相对设置，两者分别设置在打印机两端机架的靠近端部的位置，即：X轴主动轴14和X轴从动轴19分别位于矩阵式打印机相对的两侧，且X轴主动轴14和X轴从动轴19均与矩阵式打印头的所在列平行。

X轴杆46的数量与矩阵式打印头的个数相同。打印头20通过滑动轴承穿接在对应的X轴杆46上，打印头20可沿X轴杆46（即Y轴方向）移动，也可在X轴杆46的带动下沿X轴移动。X轴杆46通过X轴衔接固定件21首尾相接，使得各打印头的移动更加同步。

X轴传动带16为环形传动带，X轴传动带16设置在X轴主动轴14和X轴从动轴19之间，其用于实现X轴主动轴14和X轴从动轴19联动。本发明中X轴传动带16可以选用带有齿牙的传动胶带，在X轴主动轴14和X轴从动轴19上相对的位置固定设置有X轴传动带齿轮15，X轴传动带16的两端分别通过X轴传动带齿轮15与X轴主动轴14和X轴从动轴19相接。也可以采用下面的实施方式：所述X轴传动带、Ｙ轴传动带为齿形胶带，所述X轴主动轴、从动轴以及Ｙ轴主动轴、从动轴上与传动带相接合的部位制有啮合齿。X轴传动带16的数量等于矩阵式打印头行数的两倍，每两个X轴传动带16对应一行打印头，且每两个X轴传动带16分设在矩阵式打印头对应行的两侧。

X轴杆46的端部与X轴传动带16固接，且相邻两个X轴杆46之间的间距相同；在X轴传动带16的带动下，X轴杆46可带动所有打印头沿X轴（即矩阵式打印头的行所在的方向）同步运动。本实施例中，与各X轴传动带平行且一一对应地设置有X轴支撑轴11，各打印头穿接的X轴杆46的端部均接有X轴滑动齿条固定件12，X轴滑动齿条固定件12设置有滑动套接于X轴支撑轴11的滑套和固接于X轴传动带16的连接部。X轴杆46的两端通过X轴滑动齿条固定件12固定连接在X轴传动带16上，且X轴滑动齿条固定件12滑动穿套于X轴支撑轴11上。当X轴传动带16带动X轴杆46沿X轴移动时，X轴杆46的两端可通过X轴滑动齿条固定件12在X轴支撑轴11上滑动，即：X轴支撑轴11可作为X轴杆46的滑动导轨。X轴杆46沿X轴移动，便可带动其上所有的打印头20一同沿X轴移动。

Y轴驱动机构包括Y轴电机6、Y轴主动轴7、Y轴从动轴10、Y轴传动带9和Y轴杆45。Y轴电机6设置在打印机端部机架的外边框上，Y轴电机6的输出轴与Y轴主动轴7的一端相接，Y轴电机6用于驱动Y轴主动轴7转动。Y轴主动轴7和Y轴从动轴10平行且相对设置，两者分别设置在打印机两端机架内靠近顶端的两端侧，即：Y轴主动轴7和Y轴从动轴10分别位于矩阵式打印头相对的两侧，且Y轴主动轴7和Y轴从动轴10均与矩阵式打印头的所在行平行。X轴主动轴14、X轴从动轴19、Y轴主动轴7和Y轴从动轴10四者可围成一个矩形边框。

Y轴杆45的数量与矩阵式打印头的个数相同，打印头20通过滑动轴承穿接在对应的Y轴杆45上。Y轴杆45和X轴杆46在一个工位内交叉呈十字状结构，且Y轴杆45和X轴杆46在一个工位内上下交错穿过同一打印头20。打印头20可在X轴杆46的带动下沿Y轴杆45（即X轴方向）移动，也可在Y轴杆45的带动下沿X轴杆46（即Y轴方向）移动。Y轴杆45通过Y轴衔接固定件22首尾相接，使得各打印头的移动更加同步。

Y轴传动带9为环形传动带，Y轴传动带9设置在Y轴主动轴7和Y轴从动轴10之间，其用于实现Y轴主动轴7和Y轴从动轴10联动。本发明中Y轴传动带9为带有齿牙的传动带，在Y轴主动轴7和Y轴从动轴10上相对的位置固定设置有Y轴传动带齿轮8，Y轴传动带9的两端分别通过Y轴传动带齿轮8与Y轴主动轴7和Y轴从动轴10相接。Y轴传动带9的数量等于矩阵式打印头列数的两倍，每两个Y轴传动带9对应一列打印头，且每两个Y轴传动带9分设在矩阵式打印头对应列的两侧。

Y轴杆45与Y轴传动带9固接，且相邻两个Y轴杆45之间的间距相同；在Y轴传动带9的带动下，Y轴杆45可带动所有打印头沿Y轴（即矩阵式打印头的列所在的方向）同步运动。与各X轴传动带平行且一一对应地设置有Y轴支撑轴17，各打印头穿接的Y轴杆45的端部均接有Y轴滑动齿条固定件18，Y轴滑动齿条固定件18设置有滑动套接于Y轴支撑轴17的滑套和固接于Y轴传动带9的连接部。Y轴杆45的两端通过Y轴滑动齿条固定件18固定连接在Y轴传动带9上，且Y轴滑动齿条固定件18滑动穿套于Y轴支撑轴17上。当Y轴传动带9带动Y轴杆45沿Y轴移动时，Y轴杆45的两端可通过Y轴滑动齿条固定件18在Y轴支撑轴17上滑动，即：Y轴支撑轴17可作为Y轴杆45的滑动导轨。Y轴杆45沿Y轴移动，便可带动其上所有的打印头20一同沿Y轴移动。

Z轴驱动机构用于使所有对应平台32实现沿Z轴同步运动（即上下运动）。结合图3，Z轴驱动机构设置在矩阵式打印平台的两行之间，Z轴驱动机构包括Z轴电机23、Z轴电机输出轴、Z轴螺杆24、Z轴传动带29、一个主动轮25和若干从动轮26。主动轮25与Z轴电机输出轴相接，同时，主动轮25还与其中一个Z轴螺杆24固接，其他从动轮26分别对应设置在Z轴螺杆24上。Z轴螺杆24的数量与打印平台32的数量相同，且Z轴螺杆24与打印平台32一一对应设置。每一Z轴螺杆24自上而下穿过对应打印平台32的延伸边，Z轴螺杆24与对应打印平台32的延伸边之间为螺纹连接。Z轴传动带29为环形传动带，且Z轴传动带29上设有齿牙，Z轴传动带29套接在主动轮25和所有从动轮26（主动轮25和从动轮26均为齿轮）上，主动轮25转动后，可通过Z轴传动带29带动其他从动轮26一起同步转动。本实施例中两端的四个齿轮（每端有两个齿轮）均位于Z轴传动带29内侧，中间的所有齿轮均位于Z轴传动带29外侧。在每端（即Z轴传动带29每一端）的两个齿轮之间设有涨紧轮27，涨紧轮27位于Z轴传动带29的外侧，通过涨紧轮27可调节Z轴传动带29与端部两个齿轮之间的松紧程度。在中间每一齿轮的两侧分别设有一折带轮28，两个折带轮28均位于Z轴传动带29的内侧，通过折带轮28可调节Z轴传动带29与中间齿轮的接触角度、松紧程度。

Z轴电机23设置在机架5内部的底边框上。Z轴电机23的输出轴可驱动主动轮25转动，主动轮25通过Z轴传动带29带动其他从动轮26同步转动，主动轮25和所有从动轮26同步转动可使所有Z轴螺杆24同步转动。由于每一个Z轴螺杆24螺纹连接一个打印平台32，因此，所有Z轴螺杆24同步转动即可使所有打印平台32实现沿Z轴（上下）同步移动。

Z轴驱动机构还包括Z轴光轴30。每一Z轴螺杆24对应若干Z轴光轴30，本实施例中每一Z轴螺杆24对应两个Z轴光轴30，且两个Z轴光轴30分别位于对应的Z轴螺杆24的两侧，两个Z轴光轴30由上至下穿过对应打印平台32的延伸边，且Z轴光轴30的底部通过螺栓固定在机架5内部的底边框上。打印平台32的延伸边通过Z轴滑动轴承31穿接在Z轴光轴30上。通过在Z轴螺杆24的两侧分别设置一个Z轴光轴30，可保证打印平台32在上下移动过程中的平稳性。

如图1和图4所示，供料机构包括供料电机41及与打印机构中的打印头一一对应的供料主体；供料主体用于在供料电机41的驱动下，为对应的打印头提供打印用料丝（或称耗材）。供料主体包括供料主动齿轮43、供料从动齿轮3和压料器44。供料电机41设置在机架5上，供料电机41的输出端连接一个联动杆42，供料主动齿轮43设置在联动杆42上，供料从动齿轮3与供料主动齿轮43相啮合。供料电机41驱动联动杆42转动，联动杆42带动其上的所有供料主动齿轮43同步转动，供料主动齿轮43带动与其啮合的供料从动齿轮3同步转动。打印用料丝设置在供料从动齿轮3的输出轴和压料器44之间，通过供料从动齿轮3的正、反向旋转，可使料丝实现进、退料操作。

如图1和图5所示，控制机构1设置在机架5外侧的边框上。控制机构1包括有芯片主控板37、显示面板33、开关电源34、驱动模块36、温度控制模块35、电源接口38、数据传输接口39和电源总开关40。控制机构1中的芯片主控板37用于对供料电机41、X轴电机13、Y轴电机6和Z轴电机23进行控制。温度控制模块35用于实时监控每个打印头输出的料丝的温度。在每个打印头上均设置有一个加热装置，通过加热装置对打印头输出的料丝进行加热，以使料丝达到预定温度。还可设置温度传感器，对打印头输出的料丝的温度进行实时监测。温度传感器所测温度可由显示面板33进行显示。一旦打印头输出的料丝温度达不到或超出预定温度后，由温度控制模块35控制相应的加热装置开启或停止工作。

结合图6，本发明中在每一打印头20的侧部均设有一个打印头调平系统。该打印头调平系统包括舵机48和按压触电开关49。调平过程中，由按压触电开关49在对应打印平台32上探测若干不在同一直线上的点，具体是：本实施例中由按压触电开关49在对应打印平台32上探测四个角及一个中心共5个点的位置，首先由Z轴驱动机构驱动打印平台32上移，再由X轴驱动机构和Y轴驱动机构驱动打印头至打印平台32的一个角，由打印头调平系统中的按压触电开关49下压以探测打印平台32该角上的一个点；之后使打印平台32稍微下移，使打印头移至打印平台32的另一个角，再使打印平台32上移，由打印头调平系统中的按压触电开关49下压以探测打印平台32上另一角上的一个点；以此类推，实现对打印平台32上5个不同位置点的探测。按压触电开关49将所探测到的点的位置通过舵机48传送至控制机构1的芯片主控板37，芯片主控板37根据接收到的所有点的位置信息，将打印平台所在的平面设为相对水平面，在以后的打印过程中，均以所测定的打印平台为水平面进行打印产品，实现打印平台平整度自动纠正的功能，也即实现了对打印头的调平。

材料异常处理机构与供料主体一一对应。结合图7，材料异常处理机构包括激光间歇阻隔片55、联动轴54、激光发射器57、激光接收器56、主控制芯片59和报警器61。联动轴54的一端与激光间歇阻隔片55的中心固接，在联动轴54的另一端以及靠近激光间歇阻隔片55的位置处分别设有一个转动轴承51，在转动轴承51上设有轴承固定套50。在两个转动轴承51之间的联动轴54上设有齿牙53，由供料从动齿轮3的输出轴和压料器44之间输出的料丝52经联动轴54上的齿牙53后输出给打印头，随着料丝52的正常输出，料丝52会带动联动轴54匀速转动。一旦料丝52输出异常（变粗、变细、无料或卡住等），则联动轴54将不能匀速转动。联动轴54的匀速或非匀速转动均会带动激光间歇阻隔片55进行相应的匀速或非匀速转动。

激光发射器57和激光接收器56分别对应设置在激光间歇阻隔片55边缘的两侧；在激光间歇阻隔片55的边缘圆周上均匀开有若干通孔，这些通孔的直径均相同。随着激光间歇阻隔片55的转动，激光接收器56可通过通孔间歇性地接收到由激光发射器57所发射的激光信号。当激光间歇阻隔片55均匀转动时，激光接收器56通过通孔接收到激光信号的时间（即激光接收器56每经过一个通孔的时间）是固定的，且接收不到激光信号的时间（即激光接收器56经过两个相邻通孔之间的时间）也是固定的。激光接收器56将其所接收激光信号的情况通过信号传输线58实时传输至主控制芯片59，由主控制芯片59对激光接收器56所发送的信号进行处理，一旦发现激光接收器56接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，主控制芯片59通过信号传输天线60向报警器61发送材料异常信号，报警器61接收到材料异常信号后发出报警信号，警示料丝52输出异常，并由控制机构1中的芯片主控板37控制停止打印工作。由于每一个供料主体对应一个材料异常处理机构，因此报警器61发出报警信号后可快速找出哪个工位上出现了异常情况，以便于检查处理。

实施例2，矩阵式3D打印机的报警装置。

本实施例中矩阵式3D打印机的报警装置包括若干与矩阵式3D打印机中的各供料主体一一对应的材料异常处理机构；通过材料异常处理机构可实时检测每一工位上料丝的输出是否有异，并在某工位上的料丝有异常情况时发出报警信号，以便及时检查处理。对于材料异常处理机构可参见实施例1中的描述。

实施例3，矩阵式3D打印机的打印方法。

本实施例中矩阵式3D打印机的打印方法在执行过程中采用了实施例1中的矩阵式3D打印机，矩阵式3D打印机的具体结构可参见实施例1中描述。该矩阵式3D打印机的打印方法包括如下步骤：

①、由控制机构通过打印头调平系统对所有打印头的水平位置进行相对调平。

②、通过控制机构调整打印平台和打印机构至初始位置。控制机构调整打印平台的位置是通过Z轴驱动机构实现的；控制机构调整打印机构的位置是通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构来实现的。

③、由控制机构控制供料机构给打印机构中的所有打印头提供打印用料丝。

由所述供料主体输出的打印用料丝首先经材料异常处理机构后再提供给对应的打印头，所述材料异常处理机构用于检测料丝是否有异常，并在料丝有异常时发出报警信号。

④、由控制机构通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构控制打印机构中的所有打印头同步移动，实现一层的打印。

打印过程中，由温度控制模块实时监控每个打印头输出的料丝的温度。

⑤、由控制机构通过Z轴驱动机构控制打印平台中的所有打印平台同步移动。

⑥、重复执行步骤④和⑤，逐层进行打印，最终实现若干呈矩阵式分布的产品的批量打印。

Claims (8)

1.一种矩阵式3D打印机，其特征是，由供料机构、材料异常处理机构、控制机构、矩阵排布并固接的若干机架、各机架内成对设置的打印头与打印平台、驱动各打印头在水平方向联动的X轴驱动机构、Y轴驱动机构以及驱动各打印平台联动的Z轴驱动机构组成；其中，

所述X轴驱动机构包括一X轴电机、分设于矩阵打印机两端的X轴主动轴和X轴从动轴以及排布于各打印头两侧的X轴传动带；

所述Y轴驱动机构包括一Y轴电机、分设于矩阵打印机两端的Y轴主动轴和Y轴从动轴以及排布于各打印头两侧的Y轴传动带；

各打印头穿接的X轴杆、Y轴杆的端部均接于相对应的位于打印头两侧的传动带上，且各X轴杆、Y轴杆的端部与相邻的X轴杆、Y轴杆的端部对应地首尾相接；

所述Z轴驱动机构由一Z轴电机、Z轴电机输出轴、与所述Z轴电机输出轴相接的一主动轮、Z轴传动带、若干从动轮以及由所述主动轮、从动轮带动同步运行的Z轴螺杆组成；所述各Z轴螺杆一一对应地穿接于设置于所述打印平台的延伸边的螺孔内；

所述供料机构包括供料电机及与所述各打印头一一对应的供料主体；所述供料主体用于在所述供料电机的驱动下，为对应的打印头提供打印用料丝；

所述控制机构设置在所述机架上，用于对所述供料电机、所述X轴电机、所述Y轴电机和所述Z轴电机进行控制；

所述材料异常处理机构与各供料主体一一对应；每一所述材料异常处理机构包括激光间歇阻隔片、联动轴、激光发射器、激光接收器和报警器；所述联动轴与所述激光间歇阻隔片的中心固接，在所述联动轴上设有齿牙，由所述供料主体输出的料丝经所述联动轴上的齿牙带动所述联动轴转动；所述激光发射器和所述激光接收器分别对应设置在所述激光间歇阻隔片边缘的两侧；在所述激光间歇阻隔片的边缘圆周上均匀开有若干通孔，随着所述激光间歇阻隔片的转动，所述激光接收器可通过所述通孔间歇性地接收到由所述激光发射器所发射的激光信号，当所述激光接收器接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，所述报警器发出报警信号，警示料丝输出异常。

2.根据权利要求1所述的矩阵式3D打印机，其特征是，所述X轴传动带、Y轴传动带为齿形胶带，所述X轴主动轴、从动轴以及Y轴主动轴、从动轴上与传动带相接合的部位制有啮合齿；与所述各X轴传动带、Y轴传动带平行且一一对应地设置有X轴支撑轴和Y轴支撑轴，所述各打印头穿接的X轴杆、Y轴杆的端部均接有连接件，所述连接件设置有滑动套接于X轴支撑轴或Y轴支撑轴的滑套和固接于传动带的连接部。

3.根据权利要求1所述的矩阵式3D打印机，其特征是，在所述各打印头的侧部设有一个打印头调平系统；所述打印头调平系统包括舵机和按压触电开关，通过所述按压触电开关在对应的打印平台上探测若干不在同一直线上的点，再由所述舵机将所探测到的点的位置发送至所述控制机构，所述控制机构根据接收到的所有点的位置信息，将所述打印平台所在的平面设为相对水平面，从而实现对所有打印头的调平。

4.根据权利要求1所述的矩阵式3D打印机，其特征是，所述供料主体包括供料主动齿轮、供料从动齿轮和压料器；打印用料丝设置在所述供料从动齿轮的输出轴和所述压料器之间，通过供料从动齿轮的正、反向旋转，可使料丝实现进、退料操作；所有供料主动齿轮固定连接在同一联动杆，所述联动杆与所述供料电机的输出轴相接，在所述供料电机的驱动下，所述联动杆可带动所有供料主动齿轮同步转动，进而由所述供料主动齿轮带动对应的供料从动齿轮同步转动。

5.根据权利要求1所述的矩阵式3D打印机，其特征是，所述Z轴驱动机构还包括Z轴光轴；每一所述Z轴螺杆对应若干Z轴光轴，所述Z轴光轴分别位于对应的Z轴螺杆的两侧，Z轴光轴穿过对应打印平台的延伸边。

6.一种矩阵式3D打印机的报警装置，其特征是，该报警装置包括若干与矩阵式3D打印机中的各供料主体一一对应的材料异常处理机构，每一材料异常处理机构均包括激光间歇阻隔片、联动轴、激光发射器、激光接收器和报警器；所述联动轴与所述激光间歇阻隔片的中心固接，在所述联动轴上设有齿牙，由所述供料主体输出的料丝经所述联动轴上的齿牙带动所述联动轴转动；所述激光发射器和所述激光接收器分别对应设置在所述激光间歇阻隔片边缘的两侧；在所述激光间歇阻隔片的边缘圆周上均匀开有若干通孔，随着所述激光间歇阻隔片的转动，所述激光接收器可通过所述通孔间歇性地接收到由所述激光发射器所发射的激光信号，当所述激光接收器接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，所述报警器发出报警信号，警示料丝输出异常。

7.一种矩阵式3D打印机的打印方法，其特征是，包括如下步骤：

a、通过控制机构调整打印平台和打印机构至初始位置；

所述打印平台呈矩阵式分布；

所述打印机构包括与所述打印平台一一对应、呈矩阵式分布的打印头，每一所述打印头位于对应的所述打印平台上方；

所述控制机构调整所述打印平台的位置是通过Z轴驱动机构实现的；所述Z轴驱动机构设置在矩阵式打印平台的两行之间，所述Z轴驱动机构由一Z轴电机、Z轴电机输出轴、与所述Z轴电机输出轴相接的一主动轮、Z轴传动带、若干从动轮以及由所述主动轮、从动轮带动同步运行的Z轴螺杆组成；所述各Z轴螺杆一一对应地穿接于设置于所述打印平台的延伸边的螺孔内；所述控制机构通过控制所述Z轴电机，由所述Z轴电机驱动主动轮转动，所述主动轮通过Z轴传动带带动其他从动轮转动，所述主动轮、从动轮带动所有Z轴螺杆转动，进而使所有穿过Z轴螺杆的打印平台沿Z轴同步运动，实现对打印平台位置的调整；

所述控制机构调整所述打印机构的位置是通过X轴驱动动机构和Y轴驱动机构来实现的；

所述X轴驱动机构包括一X轴电机、分设于矩阵打印机两端的X轴主动轴和X轴从动轴以及排布于各打印头两侧的X轴传动带；各打印头穿接的X轴杆的端部均接于相对应的位于打印头两侧的传动带上，且各X轴杆的端部与相邻的X轴杆的端部对应地首尾相接；所述控制机构通过控制所述X轴电机，由所述X轴电机驱动所述X轴主动轴转动，再由X轴传动带使X轴从动轴和X轴主动轴联动，X轴传动带同时带动X轴杆沿X轴移动，进而由X轴杆带动所有打印头沿X轴同步运动，实现对打印机构X轴方向位置的调整；

所述Y轴驱动机构包括一Y轴电机、分设于矩阵打印机两端的Y轴主动轴和Y轴从动轴以及排布于各打印头两侧的Y轴传动带；各打印头穿接的Y轴杆的端部均接于相对应的位于打印头两侧的传动带上，且各Y轴杆的端部与相邻Y轴杆的端部对应地首尾相接；所述控制机构通过控制所述Y轴电机，由所述Y轴电机驱动所述Y轴主动轴转动，再由Y轴传动带使Y轴从动轴和Y轴主动轴联动，Y轴传动带同时带动Y轴杆沿Y轴移动，进而由Y轴杆带动所有打印头沿Y轴同步运动，实现对打印机构Y轴方向位置的调整；

b、由控制机构控制供料机构给所述打印机构中的所有打印头提供打印用料丝；

所述供料机构包括供料电机及与所述打印头一一对应的供料主体，所述控制机构控制所述供料电机，由所述供料电机驱动每一供料主体为相应的打印头提供打印用料丝；

由所述供料主体输出的打印用料丝首先经材料异常处理机构后再提供给对应的打印头，所述材料异常处理机构用于检测料丝是否有异常，并在料丝有异常时发出报警信号；

所述材料异常处理机构与所述供料主体一一对应；所述材料异常处理机构包括激光间歇阻隔片、联动轴、激光发射器、激光接收器和报警器；所述联动轴与所述激光间歇阻隔片的中心固接，在所述联动轴上设有齿牙，由所述供料主体输出的料丝经所述联动轴上的齿牙带动所述联动轴转动；所述激光发射器和所述激光接收器分别对应设置在所述激光间歇阻隔片边缘的两侧；在所述激光间歇阻隔片的边缘圆周上均匀开有若干通孔，随着所述激光间歇阻隔片的转动，所述激光接收器可通过所述通孔间歇性地接收到由所述激光发射器所发射的激光信号，当所述激光接收器接收到或接收不到激光信号的时长超出预设时长范围时，由所述报警器发出报警信号，警示料丝输出异常；

c、由控制机构通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构控制所述打印机构中的所有打印头同步移动，实现一层的打印；

d、由控制机构通过Z轴驱动机构控制所有打印平台沿Z轴同步移动；

e、重复执行步骤c和d，逐层进行打印，最终实现若干产品的批量打印。

8.根据权利要求7所述的矩阵式3D打印机的打印方法，其特征是，在步骤a之前还包括如下步骤：

由控制机构通过打印头调平系统对所有打印头的水平位置进行相对调平；

所述打印头调平系统包括舵机和按压触电开关，通过所述按压触电开关在对应打印平台上探测若干不在同一直线上的点，再由所述舵机将所探测到的点的位置发送至所述控制机构，所述控制机构根据接收到的所有点的位置信息，将所述打印平台所在的平面设为相对水平面，从而实现对所有打印头的相对调平。