CN105291436A - 一种3d打印机的双丝打印头及其切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种3D打印机的双丝打印头及其切换控制方法，解决现有双丝打印头在打印时存在的两个打印头相互干涉的技术问题。包括送丝装置和两个打印头，送丝装置包括送丝机构和切换机构；送丝机构包括导丝管座、左送丝压轮、右送丝压轮、进丝主动轮、导丝管、固定板、预紧弹簧和送丝电机；切换机构包括旋转板、切换连杆、推杆和两个压轮摆臂。向推杆施加外力，使得推杆移动，推杆移动过程中带动切换连杆转动，切换连杆转动过程中向旋转板受力，使得旋转板转动，从而使得两个打印头中，一个打印头倾斜，另一个打印头竖直，竖直的打印头打印过程中，另一个打印头因为倾斜与打印的打印头不处于一个平面上，使得两个打印头相互不干涉。

Description

一种3D打印机的双丝打印头及其切换控制方法

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体地说，涉及一种3D打印机的双丝打印头及其切换控制方法。

背景技术

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在打印头内被加热熔化。打印头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。

现有的双打印头3D打印机都配备两路进丝器和两个打印头，每个进丝器都有一个送丝电机，对应一个打印头。每个打印头打印一种材料，由于两个打印头处于同一水平高度就不可避免地相互干涉，整体会影响到打印产品的质量；除此之外，在打印过程中两个打印头频繁切换时，需要对执行打印头预热，预热时间长，若打印头之间切换频率较高，则导致总体预热时间过长，浪费大量时间，导致打印效率低。

发明内容

本发明提供了一种3D打印机的双丝打印头及其切换控制方法，解决现有双丝打印头在打印时存在的两个打印头相互干涉导致打印质量差、打印效率低的技术问题；实现提高3D打印机的打印质量和打印效率的技术效果。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

提出一种3D打印机的双丝打印头，包括送丝装置和打印头，所述送丝装置包括送丝机构和切换机构；所述送丝机构包括导丝管座、左送丝压轮、右送丝压轮、进丝主动轮、导丝管、固定板、预紧弹簧和送丝电机；所述切换机构包括旋转板、切换连杆、推杆和两个压轮摆臂；所述旋转板可旋转的固定于所述固定板之上，所述导丝管座固定在所述旋转板的上端部；所述送丝电机固定于所述固定板的背面，且其输出轴穿过所述固定板后位于所述导丝管座下端，所述进丝主动轮套装在所述送丝电机的输出轴上；两个压轮摆臂固定于所述旋转板上的导丝管座两侧，所述左送丝压轮和所述右送丝压轮分别固定于两个压轮摆臂的下端，且所述预紧弹簧的两端分别固定于两个压轮摆臂中心的靠下部位，用于预紧所述左送丝压轮和所述右送丝压轮，使得所述左送丝压轮和所述右送丝压轮分为位于所述进丝主动轮的两侧；所述导丝管分为左导丝管和右导丝管，分别穿过所述导丝管座内部的两个通孔后从所述导丝管座穿出，并分别置于左送丝压轮与进丝主动轮之间和右送丝压轮与进丝主动轮之间；所述打印头包括左打印头和右打印头；所述左打印头和所述右打印头相互呈八字形的分别固定于所述旋转板下部的左右两端；所述推杆的中部开设有装配槽，在装配槽的两侧开设有左侧导槽和右侧导槽；所述推杆通过所述固定板下端固定的两个导柱配合装配于所述固定板上；所述旋转板下端的中部开设有倒梯形开口；所述切换连杆为具有三个端杆的呈Y型结构的部件，其中心轴固定于所述固定板上；Y型上端的两个较短端杆与所述倒梯形开口配合装配，Y型下端的较长端杆与所述推杆上的装配槽配合装配。

进一步的，所述左打印头和右打印头分别固定于左打印头固定座和右打印头固定座上；左打印头固定座和右打印头固定座分别固定于所述旋转板下部的两侧。

进一步的，所述旋转板通过一旋转轴固定于所述固定板上；所述旋转板的下端两侧分别开设有第二左侧导槽和第二右侧导槽；所述固定板上设置有两个导柱分别装配于所述第二左侧导槽和第二右侧导槽中。

进一步的，所述梯形开口的开口两端内侧具有突起。

提出一种3D打印机的双丝打印头切换控制方法，应用于上述的3D打印机的双丝打印头，包括：步骤S11：在所述左打印头打印完当前路径后，控制所述推杆向右受力，使得所述推杆在移动过程中带动所述切换连杆逆时针转动，所述切换连杆逆时针转动时，带动所述旋转板顺时针转动，使得所述右打印头呈竖直状态，并使得所述进丝主动轮离开所述左送丝压轮向所述右送丝压轮靠近；步骤S12：控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮顺时针转动，以带动右侧导丝管中的丝质材料进丝，实现所述右打印头打印；步骤S13：右打印头打印完当前路径后，控制所述推杆向左受力，使得所述推杆在移动过程中带动所述切换连杆顺时针转动，所述切换连杆顺时针转动时，带动所述旋转板逆时针转动，使得所述左打印头呈竖直状态，并使得所述进丝主动轮离开所述右送丝压轮向所述左送丝压轮靠近；步骤S14：控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮逆时针转动，以带动左侧导丝管中的丝质材料进丝，实现所述左打印头打印；重复步骤S11至S14。

进一步的，在步骤S11中，控制所述推杆向右受力之前，所述方法还包括：控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮顺时针转动，使得所述左侧导丝管中的丝质材料退丝设定长度后，控制所述送丝电机停止运转；以及，在步骤S13中，控制所述推杆向左受力之前，所述方法还包括：控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮逆时针转动，使得所述右侧导丝管中的丝质材料退丝设定长度后，控制所述送丝电机停止运转。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明实施例提出的3D打印机的双丝打印头及其切换控制方法中，左打印头和右打印头相互呈八字形的分别固定于旋转板下部的左右两端，这种方式下，当左打印头竖直打印时，右打印头必定为倾斜状态，因此与左打印头不会处于同一平面上，从而不会干涉左打印头的打印；同理，当右打印头竖直打印时，左打印头必定为倾斜状态，因此与右打印头不会处于同一平面上，从而也不会干涉右打印头的打印。

基于此，当给推杆施加向右的外力时，推杆向右移动，移动过程中，切换连杆中的较长端杆受推杆中装配槽的限定，从而带动切换连杆逆时针转动，转动过程中，左侧较短端杆触碰旋转板中部的倒梯形开口的左侧内壁，从左侧内壁上端滑向下端，滑动过程中，因为倒梯形开口的结构特点，使得旋转板受到切换连杆向左的推力而顺时针转动；旋转板顺时针转动过程中，左打印头从竖直状态向倾斜状态变化，脱离打印层面，而右打印头从倾斜状态向竖直状态变化，靠近打印层面；当推杆的导槽碰到固定板上的导柱后停止移动时，设定右打印头正好切换到竖直状态达到打印层面；这个过程中，因为旋转板的顺时针转动，使得进丝主动轮远离左送丝压轮而向右进丝压轮靠近，当推杆停止移动时，进丝主动轮与右进丝压轮接触，当控制主动进丝轮顺时针转动后，右导丝管内的丝质材料开始进丝，进而能够实现右打印头的打印。

右打印头打印完当前路径后，需要切换左打印头打印时，给推杆施加向左的外力，推杆向左移动，移动过程中，切换连杆中的较长端杆受推杆中装配槽的限定，从而带动切换连杆顺时针转动，转动过程中，右侧较短端杆触碰旋转板中部的倒梯形开口的右侧内壁，从右侧内壁上端滑向下端，滑动过程中，因为倒梯形开口的结构特点，使得旋转板受到切换连杆向右的推力而逆时针转动；旋转板逆时针转动过程中，右打印头从竖直状态向倾斜状态变化，脱离打印层面，而左打印头从倾斜状态向竖直状态变化，靠近打印层面；当推杆的导槽碰到固定板上的导柱后停止移动时，设定左打印头正好切换到竖直状态达到打印层面；这个过程中，因为旋转板的逆时针转动，使得进丝主动轮远离右送丝压轮而向左进丝压轮靠近，当推杆停止移动时，进丝主动轮与左进丝压轮接触，当控制主动进丝轮逆时针转动后，左导丝管内的丝质材料开始进丝，进而能够实现左打印头的打印。

打印过程中，按照打印内容对材料的设定向推杆实施向左或向右施加外力后，能够通过推杆、切换连杆、旋转板的联动作用，实现左右打印头的切换，当一个打印头打印时，另一个打印头呈倾斜状态而不位于打印层面上，从而保证两个打印头相互不干涉，实现了提高3D打印机的打印质量和打印效率的技术效果。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明实施例提出的3D打印机的双丝打印头的结构图；

图2为本发明实施例提出的切换装置的结构图；

图3为本发明实施例中左打印头切换右打印头打印的结构示意图；

图4为本发明实施例提出的3D打印机的双丝打印头切换控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

如图1所示，本发明提出的3D打印机的双丝打印头包括送丝装置和打印头；送丝装置包括送丝机构和切换机构；送丝机构包括导丝管座101、左送丝压轮102、右送丝压轮103、进丝主动轮104、导丝管105、固定板106、预紧弹簧107和送丝电机；切换机构包括旋转板201、切换连杆202、推杆203和两个压轮摆臂204。

旋转板201可旋转的固定于固定板106之上，导丝管座101固定在旋转板的上端部；送丝电机固定于固定板的背面，且其输出轴穿过固定板后位于导丝管座下端，进丝主动轮104套装在送丝电机的输出轴上。

两个压轮摆臂204固定于旋转板201上的导丝管座两侧，左送丝压轮102和右送丝压轮103分别固定于两个压轮摆臂的下端，且预紧弹簧107的两端分别固定于两个压轮摆臂中心的靠下部位，用于预紧左送丝压轮和右送丝压轮，使得左送丝压轮和右送丝压轮分为位于进丝主动轮104的两侧。

导丝管105分为左导丝管和右导丝管，分别穿过导丝管座内部的两个通孔后从导丝管座穿出，并分别置于左送丝压轮与进丝主动轮之间和右送丝压轮与进丝主动轮之间。

打印头包括左打印头301和右打印头302；左打印头和右打印头相互呈八字形的分别固定于旋转板下部的左右两端。具体的，左打印头和右打印头分别固定于左打印头固定座和右打印头固定座上；左打印头固定座和右打印头固定座分别固定于所述旋转板下部的两侧。

如图2所示，推杆的中部开设有装配槽2031，在装配槽的两侧开设有左侧导槽2032和右侧导槽2033；推杆通过固定板下端固定的两个导柱1061配合装配于固定板上。

旋转板201下端的中部开设有倒梯形开口2011；切换连杆202为具有三个端杆的呈Y型结构的部件，其中心轴固定于固定板上；Y型上端的两个较短端杆与倒梯形开口配合装配，Y型下端的较长端杆与推杆上的装配槽配合装配。

旋转板201通过一旋转轴固定于固定板106上；旋转板的下端两侧分别开设有第二左侧导槽2012和第二右侧导槽2013；固定板上设置有两个导柱1062分别装配于第二左侧导槽和第二右侧导槽中。

上述3D打印机的双丝打印头中，左打印头和右打印头相互呈八字形的分别固定于旋转板下部的左右两端，这种方式下，当左打印头竖直打印时，右打印头必定为倾斜状态，因此与左打印头不会处于同一平面上，从而不会干涉左打印头的打印；同理，当右打印头竖直打印时，左打印头必定为倾斜状态，因此与右打印头不会处于同一平面上，从而也不会干涉右打印头的打印。

基于此，假设双丝打印头的初始状态为左打印头打印，需要切换右打印头打印。如图3所示，当给推杆203施加向右的外力后，推杆向右移动，移动过程中，切换连杆202中的较长端杆受推杆中装配槽2031的限定，从而带动切换连杆逆时针转动，转动过程中，左侧较短端杆触碰旋转板中部的倒梯形开口的左侧内壁，从左侧内壁上端滑向下端，滑动过程中，因为倒梯形开口的结构特点，使得旋转板受到切换连杆向左的推力而顺时针转动；旋转板顺时针转动过程中，左打印头从竖直状态向倾斜状态变化，脱离打印层面，而右打印头从倾斜状态向竖直状态变化，靠近打印层面；当推杆的导槽碰到固定板上的导柱1061后停止移动时，设定右打印头正好切换到竖直状态达到打印层面；这个过程中，因为旋转板的顺时针转动，使得进丝主动轮远离左送丝压轮而向右进丝压轮靠近，当推杆停止移动时，进丝主动轮与右进丝压轮接触，当控制主动进丝轮顺时针转动后，右导丝管内的丝质材料开始进丝，进而能够实现右打印头的打印。

右打印头打印完当前路径后，需要切换左打印头打印时，给推杆施加向左的外力，推杆向左移动，移动过程中，切换连杆中的较长端杆受推杆中装配槽的限定，从而带动切换连杆顺时针转动，转动过程中，右侧较短端杆触碰旋转板中部的倒梯形开口的右侧内壁，从右侧内壁上端滑向下端，滑动过程中，因为倒梯形开口的结构特点，使得旋转板受到切换连杆向右的推力而逆时针转动；旋转板逆时针转动过程中，右打印头从竖直状态向倾斜状态变化，脱离打印层面，而左打印头从倾斜状态向竖直状态变化，靠近打印层面；当推杆的导槽碰到固定板上的导柱后停止移动时，设定左打印头正好切换到竖直状态达到打印层面；这个过程中，因为旋转板的逆时针转动，使得进丝主动轮远离右送丝压轮而向左进丝压轮靠近，当推杆停止移动时，进丝主动轮与左进丝压轮接触，当控制主动进丝轮逆时针转动后，左导丝管内的丝质材料开始进丝，进而能够实现左打印头的打印。

打印过程中，按照打印内容对材料的不同设定向推杆实施向左或向右施加外力后，能够通过推杆、切换连杆、旋转板的联动作用，实现左右打印头的切换，当一个打印头打印时，另一个打印头呈倾斜状态而不位于打印层面上，从而保证两个打印头相互不干涉，实现了提高3D打印机的打印质量和打印效率的技术效果。

给推杆施加的向左或者向右的外力可以通过任一种施加外力的机械方式实现，或者在双丝打印头两侧设置阻挡结构，当控制双丝打印头整体向左或者向右移动时，推杆受阻挡结构的阻挡反向作用力，也能实现对推杆施加外力的技术效果，本发明实施例不予限制。

旋转板上的第二左侧导槽2013和第二右侧导槽2013以及导柱1062的配合，在旋转板转动过程中同样起到限定的作用，防止旋转板受惯性作用转动幅度过大导致打印头无法切换到竖直状态。

如图4所示，梯形开口2011的开口两端内侧具有突起2014；切换连杆202顺时针或逆时针转动时，当Y型结构上部的较短端杆沿梯形开口侧壁从上向下滑动时，突起2014能卡住较短端杆的杆头，使切换连杆实现固定位置的锁定；同时，能防止切换连杆滑出梯形开口，起到对切换连杆的限定作用。

基于上述的3D打印机的双丝打印头，本发明实施例提出一种该双丝打印头切换控制方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤S11：在左打印头打印完当前路径后，控制推杆向右受力，使得推杆在移动过程中带动切换连杆逆时针转动，切换连杆逆时针转动时，带动旋转板顺时针转动，使得右打印头呈竖直状态，并使得进丝主动轮离开左送丝压轮向右送丝压轮靠近。

推杆在向右移动过程中，装配槽限定作用下，切换连杆逆时针转动，使得其左侧较短端杆从旋转板梯形开口左边内侧自上向下滑动，从而使得旋转板顺时针转动，从而带动左打印头倾斜，而右打印头向竖直状态切换；旋转板转动过程中，左送丝压轮远离进丝主动轮，而右送丝压轮靠近进丝主动轮。

而在控制推杆向右受力之前，控制送丝电机驱动进丝主动轮顺时针转动，使得左导丝管中的丝质材料退丝设定长度后，控制送丝电机停止运转；使得左导丝管无法实现导丝，切断进入左打印头的打印材料来源。

步骤S12：控制送丝电机驱动进丝主动轮顺时针转动，以带动右侧导丝管中的丝质材料进丝，实现右打印头打印。

步骤S13：右打印头打印完当前路径后，控制推杆向左受力，使得推杆在移动过程中带动切换连杆顺时针转动，切换连杆顺时针转动时，带动旋转板逆时针转动，使得左打印头呈竖直状态，并使得进丝主动轮离开右送丝压轮向左送丝压轮靠近。

推杆在向左移动过程中，装配槽限定作用下，切换连杆顺时针转动，使得其右侧较短端杆从旋转板梯形开口右边内侧自上向下滑动，从而使得旋转板逆时针转动，从而带动右打印头倾斜，而左打印头向竖直状态切换；旋转板转动过程中，右送丝压轮远离进丝主动轮，而左送丝压轮靠近进丝主动轮。

而在控制推杆向左受力之前，控制送丝电机驱动进丝主动轮逆时针转动，使得右导丝管中的丝质材料退丝设定长度后，控制送丝电机停止运转；使得右导丝管无法实现导丝，切断进入右打印头的打印材料来源。

步骤S14：控制送丝电机驱动进丝主动轮逆时针转动，以带动左侧导丝管中的丝质材料进丝，实现左打印头打印。

重复步骤S11至S14。

具体的切换过程和技术效果已经在上述3D打印机的双丝打印头的工作过程中详述，此处不予赘述。

上述本发明实施例中，两个打印头共用同一送丝机构，避免了采用两个独立送丝机构引起的打印头相互干涉的弊端，降低了成本，减小了打印头组件的重量，并且提高了3D打印机的整体打印质量和打印效率。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种3D打印机的双丝打印头，包括送丝装置和打印头，其特征在于，所述送丝装置包括送丝机构和切换机构；所述送丝机构包括导丝管座、左送丝压轮、右送丝压轮、进丝主动轮、导丝管、固定板、预紧弹簧和送丝电机；所述切换机构包括旋转板、切换连杆、推杆和两个压轮摆臂；

所述旋转板可旋转的固定于所述固定板之上，所述导丝管座固定在所述旋转板的上端部；所述送丝电机固定于所述固定板的背面，且其输出轴穿过所述固定板后位于所述导丝管座下端，所述进丝主动轮套装在所述送丝电机的输出轴上；

两个压轮摆臂固定于所述旋转板上的导丝管座两侧，所述左送丝压轮和所述右送丝压轮分别固定于两个压轮摆臂的下端，且所述预紧弹簧的两端分别固定于两个压轮摆臂中心的靠下部位，用于预紧所述左送丝压轮和所述右送丝压轮，使得所述左送丝压轮和所述右送丝压轮分为位于所述进丝主动轮的两侧；

所述导丝管分为左导丝管和右导丝管，分别穿过所述导丝管座内部的两个通孔后从所述导丝管座穿出，并分别置于左送丝压轮与进丝主动轮之间和右送丝压轮与进丝主动轮之间；

所述打印头包括左打印头和右打印头；所述左打印头和所述右打印头相互呈八字形的分别固定于所述旋转板下部的左右两端；

所述推杆的中部开设有装配槽，在装配槽的两侧开设有左侧导槽和右侧导槽；所述推杆通过所述固定板下端固定的两个导柱配合装配于所述固定板上；

所述旋转板下端的中部开设有倒梯形开口；所述切换连杆为具有三个端杆的呈Y型结构的部件，其中心轴固定于所述固定板上；Y型上端的两个较短端杆与所述倒梯形开口配合装配，Y型下端的较长端杆与所述推杆上的装配槽配合装配。

2.根据权利要求1所述的3D打印机的双丝打印头，其特征在于，所述左打印头和右打印头分别固定于左打印头固定座和右打印头固定座上；左打印头固定座和右打印头固定座分别固定于所述旋转板下部的两侧。

3.根据权利要求1所述的3D打印机的双丝打印头，其特征在于，所述旋转板通过一旋转轴固定于所述固定板上；所述旋转板的下端两侧分别开设有第二左侧导槽和第二右侧导槽；所述固定板上设置有两个导柱分别装配于所述第二左侧导槽和第二右侧导槽中。

4.根据权利要求1所述的3D打印机的双丝打印头，其特征在于，所述梯形开口的开口两端内侧具有突起。

5.3D打印机的双丝打印头切换控制方法，应用于如权利要求1所述的3D打印机的双丝打印头，其特征在于，包括：

步骤S11：在所述左打印头打印完当前路径后，控制所述推杆向右受力，使得所述推杆在移动过程中带动所述切换连杆逆时针转动，所述切换连杆逆时针转动时，带动所述旋转板顺时针转动，使得所述右打印头呈竖直状态，并使得所述进丝主动轮离开所述左送丝压轮向所述右送丝压轮靠近；

步骤S12：控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮顺时针转动，以带动右侧导丝管中的丝质材料进丝，实现所述右打印头打印；

步骤S13：右打印头打印完当前路径后，控制所述推杆向左受力，使得所述推杆在移动过程中带动所述切换连杆顺时针转动，所述切换连杆顺时针转动时，带动所述旋转板逆时针转动，使得所述左打印头呈竖直状态，并使得所述进丝主动轮离开所述右送丝压轮向所述左送丝压轮靠近；

步骤S14：控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮逆时针转动，以带动左侧导丝管中的丝质材料进丝，实现所述左打印头打印；

重复步骤S11至S14。

6.根据权利要求5所述的3D打印机的双丝打印头切换控制方法，其特征在于，在步骤S11中，控制所述推杆向右受力之前，所述方法还包括：

控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮顺时针转动，使得所述左侧导丝管中的丝质材料退丝设定长度后，控制所述送丝电机停止运转；

以及，在步骤S13中，控制所述推杆向左受力之前，所述方法还包括：

控制所述送丝电机驱动所述进丝主动轮逆时针转动，使得所述右侧导丝管中的丝质材料退丝设定长度后，控制所述送丝电机停止运转。