CN105500713B - 彩色3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及彩色3D打印机。旨在解决现有技术中3D打印机对零件配合要求高，容易损坏，不便于维修，在进行多色打印时材料颜色混合不均、无法完成彩色3D打印等技术难题。包括喷头和打印机，喷头包括加热混料组件和至少两个进料组件，打印机包括机架、安装于机架上的托盘和控制托盘移动的X轴移动机构、Y轴移动机构；机架上还设有控制喷头移动的Z轴移动机构，X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构构成笛卡尔坐标系。有益效果在于：不必切换喷头就能够实现彩色3D打印；各部件安装拆卸方便；使用三个步进电动机控制三个方向的料丝输送，定位稳定，便于后期的维修与更换；整个过程自动化程度高。

Description

彩色3D打印机

技术领域

本发明涉及打印设备领域，特别是一种彩色3D打印机。

背景技术

3D打印机，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD 的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

现阶段的3D打印机，往往采用笛卡尔坐标体系，通过三个电机带动打印机喷头的移动，比如参见公布号为CN104527066A，名为一种基于delta并联机械结构的3D打印机的专利技术，就公开了一种利用多个电机控制喷头位置以完成打印的3D打印机，但是该技术存在如下缺点：由于利用到机械臂对喷头的位置进行动力传递，一旦一个机械臂发生损坏，整机必须停工进行维修，且维修困难大。

同时，目前业界很少有能够彩色3D打印，都是以单色打印为准。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中3D打印机对零件配合要求高，容易损坏，不便于维修，难以进行多色打印的问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体方案是：

设计一种彩色3D打印机，包括喷头、机架、安装于所述机架上的托盘和控制托盘移动的X轴移动机构、Y轴移动机构；所述机架上还设有控制喷头移动的Z轴移动机构，所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构构成笛卡尔坐标系。

所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构各包括电机、法兰轴承和将电机动力传动至法兰轴承的皮带，所述皮带连接电机的输出端，所述托盘的底部设有对应于X轴、Y轴的丝杆，所述丝杆与所述X轴移动机构、Y轴移动机构上的法兰轴承构成移动副连接。

所述机架上设有对应于Z轴的滑杆，在所述滑杆上设有升降杆，喷头安装于所述升降杆上，所述升降杆通过所述Z轴移动机构上的法兰轴承与所述构成移动副连接。

所述机架为三棱柱状的框架式机架，其三棱柱的柱面之一与水平面平齐，所述丝杆设置在所述机架的中心面上，该中心面与所述三棱柱的三角形横截面相垂直。

在所述托盘下方设有打印机控制装置，所述打印机控制装置与所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构中的电机通讯连接，所述打印机控制装置的输出端还连接有显示屏。

该全彩3D打印机的喷头包括加热混料组件和至少两个进料组件，

所述加热混料组件包括壳体、设置于所述壳体内的加热装置和温度传感器，以及设置于所述壳体下部的混料腔、设置于所述混料腔下端的喷嘴；

所述进料组件包括进料管、与所述进料管相连通的输料管、与所述进料管下端配合安装的喉管，所述喉管的下端与所述壳体配合安装在一起，所述输料管穿过所述喉管延伸至所述壳体内，所述输料管的下端与所述混料腔相连通；

所述进料组件还包括散热片，所述散热片设置于所述进料管和喉管的外部。

在所述喉管的下端设有外螺纹，在所述壳体上设有与所述喉管下端相匹配的螺纹槽，所述喉管的下端配合安装于所述螺纹槽内。

所述进料管的下端通过螺纹与所述喉管匹配安装。

本发明的有益效果在于：

（1）每个加热混料组件可对应安装3个或3个以上进料组件，打印过程中不必切换喷头就能够实现彩色打印，同时采用加热混合的方式，使不同颜色的打印材料在混料腔内加热混合，得到所需要的颜色后再通过喷嘴挤出，可进行三基色料丝按任意比例混合的彩色3D打印。料丝在进料时所受到的阻力变化平稳，防止发生阻力突变，能够避免混色过程中因材料阻力突变而产生混色不均匀及混色过渡明显的问题；

（2）进料组件和加热混料组件通过喉管安装在一起，各部件安装拆卸方便，便于检修和更换；温度传感器能够实时监测加热温度，便于随时调整混料过程中的温度变化；散热片能够对进料管进行散热，避免温度过高导致进料管变形损坏；输料管与壳体的中心线呈一定角度倾斜安装，便于打印材料从进料管进入输料管并在加热后进入混料腔；

（3）彩色3D打印机整体机械结构是基于笛卡尔坐标系开发而来的，三基色混合喷头装置在数控系统控制下可以沿着三个相互垂直的X轴、Y轴和Z轴方向直线移动，X轴、Y轴由同步带接步进电机进行定位，Z轴由丝杆进行定位，再使用三个步进电动机控制三个方向的料丝输送，定位稳定，便于后期的维修与更换；

（4）所述的电机通过皮带与三个法兰轴承连接，通过皮带控制并联机构即三基色混合喷头装置进行打印运动。所述的彩色3D打印机控制装置在玻璃工作台下面，数字显示模块通过数据线与控制板连接；整个过程自动化程度高，解放人工劳动，提高加工精度；

（5）三棱柱的设计结构稳定。

附图说明

图1是本发明的轴测方向示意图；

图2是本发明喷头的轴测方向示意图；

图3是本发明喷头的俯视方向示意图；

图4是图3中A处的剖面图；

图5为打印机Z轴移动机构中光杆和丝杆的放大示意图

图中各部件名称：

1.Y向运动轴电机；2.步进电动机风扇；3.铝合金型材；4.X向运动轴电机；5.Z向运动丝杆；6.Z向运动光杆；7.基于三基色混合喷头装置；8.Z向运动丝杆；9.送料步进电动机；10.Z轴支座，11.X向法兰轴承，12.玻璃工作台，13.型材连接件;14.进料管;15.输料管;16.喉管;17.喷嘴;18.混料腔；19.加热装置。

具体实施方式

实施例1：一种彩色3D打印机，参见图1和图5，包括喷头、机架、安装于机架上的托盘和控制托盘移动的X轴移动机构、Y轴移动机构；机架上还设有控制喷头移动的Z轴移动机构，X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构构成笛卡尔坐标系。

X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构各包括电机、法兰轴承和将电机动力传动至法兰轴承的皮带，皮带连接电机的输出端，托盘的底部设有对应于X轴、Y轴的丝杆，丝杆与X轴移动机构、Y轴移动机构上的法兰轴承构成移动副连接。

机架上设有对应于Z轴的滑杆，在滑杆上设有升降杆，喷头安装于升降杆上，升降杆通过Z轴移动机构上的法兰轴承与滑杆构成移动副连接。

机架为三棱柱状的框架式机架，其三棱柱的柱面之一与水平面平齐，丝杆设置在机架的中心面上，该中心面与三棱柱的三角形横截面相垂直。

在托盘下方设有打印机控制装置，打印机控制装置与X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构中的电机通讯连接，打印机控制装置的输出端还连接有显示屏。

基本颜色由多套相同的送料装置送达喷头且分别固定在相应位置。基于三基色混合喷头装置7由效应器、三个进料管、加热壳体组成，将三种颜色的材料混合后再经喷嘴挤出。

喷头包括加热混料组件和3个进料组件，

加热混料组件包括壳体、设置于壳体内的加热装置19和温度传感器，以及设置于壳体下部的混料腔18、设置于混料腔18下端的喷嘴17；

进料组件包括进料管14、与进料管14相连通的输料管15、与进料管14下端配合安装的喉管16，喉管16的下端与壳体配合安装在一起，输料管15穿过喉管延伸至壳体内，输料管15的下端与混料腔18相连通；

进料组件还包括散热片，散热片设置于进料管14和喉管16的外部。

在喉管16的下端设有外螺纹，在壳体上设有与喉管下端相匹配的螺纹槽，喉管的下端配合安装于螺纹槽内。

进料管14的下端通过螺纹与喉管16匹配安装。

本实施例中，喷头可以通过螺纹连接设置成可拆卸喷头，便于后期维修与更换。

图1中，整体机械结构包括 Y向运动轴电机，步进电动机风扇，铝合金型材， X向运动轴电机， Z向运动丝杆5， Z向运动光杆6，基于三基色混合喷头装置， Z向运动丝杆5，送料步进电动机9，Z轴支座， X向法兰轴承11，玻璃工作台12，型材连接件13，送料装置， Y向法兰轴承，调平螺栓，同步带等。各方向间独立行进，彼此不发生干涉，便于后期维修。

Z向运动光杆6起到支撑的作用

送料装置由步进电动机，料盘支架，齿轮，轴承组成。

基于三基色混合喷头装置7由效应器，快速接头，散热片，壳体，加热装置，测温装置，混合腔，喷嘴，进料管，输料管，喉管组成。同时完成加热，定位，挤料的工作过程。

最后需说明的是，以上者仅系本发明部分实施例，并非用以限制本发明，依据本发明的结构及特征，稍加变化修饰而成者，亦应包括在本发明范围之内。

Claims (8)

1.一种彩色3D打印机，其特征在于：包括喷头、机架、安装于所述机架上的托盘和控制托盘移动的X轴移动机构、Y轴移动机构；所述机架上还设有控制喷头移动的Z轴移动机构，所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构构成笛卡尔坐标系。

2.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于：所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构各包括电机、法兰轴承和将电机动力传动至法兰轴承的皮带，所述皮带连接电机的输出端，所述托盘的底部设有对应于X轴、Y轴的丝杆，所述丝杆与所述X轴移动机构、Y轴移动机构上的法兰轴承构成移动副连接。

3.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于：所述机架上设有对应于Z轴的滑杆，在所述滑杆上设有升降杆，喷头安装于所述升降杆上，所述升降杆通过所述Z轴移动机构上的法兰轴承与所述构成移动副连接。

4.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于：所述机架为三棱柱状的框架式机架，其三棱柱的柱面之一与水平面平齐，所述丝杆设置在所述机架的中心面上，该中心面与所述三棱柱的三角形横截面相垂直。

5.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于：在所述托盘下方设有打印机控制装置，所述打印机控制装置与所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构中的电机通讯连接，所述打印机控制装置的输出端还连接有显示屏。

6.根据权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于：所述喷头包括加热混料组件和至少三个进料组件，

所述加热混料组件包括壳体、设置于所述壳体内的加热装置和温度传感器，以及设置于所述壳体下部的混料腔、设置于所述混料腔下端的喷嘴；

所述进料组件包括进料管、与所述进料管相连通的输料管、与所述进料管下端配合安装的喉管，所述喉管的下端与所述壳体配合安装在一起，所述输料管穿过所述喉管延伸至所述壳体内，所述输料管的下端与所述混料腔相连通；

所述进料组件还包括散热片，所述散热片设置于所述进料管和喉管的外部。

7.根据权利要求6所述的彩色3D打印机，其特征在于：在所述喉管的下端设有外螺纹，在所述壳体上设有与所述喉管下端相匹配的螺纹槽，所述喉管的下端配合安装于所述螺纹槽内。

8.根据权利要求6所述的彩色3D打印机，其特征在于：所述进料管的下端通过螺纹与所述喉管匹配安装。