CN105500714A - 一种阵列式成型的3d打印系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种阵列式成型的3D打印系统，属于快速成型技术领域，具体到一种可以阵列打印产品的3D成型系统。包括阵列式平面成型机构、挤丝机构、供料导管、Z向传动机构、打印平台、打印机外壳和打印平台固定座；所述的阵列式平面成型机构中的喷头是由多个可拆卸喷头组成的，不同的可拆卸喷头之间通过螺栓固定连接，组成阵列式喷头；所述的挤丝机构包括供料驱动电机、主动齿轮、分流轮系、从动供料轮、从动供料轮支撑座、分流轮系支撑座和供料驱动电机支撑座；所述的打印机外壳上有固定打印平台的打印平台固定座。本发明成本低、效率高、节约能源、实用性强、适合批量生产，值得推广。

Description

一种阵列式成型的3D打印系统

技术领域

本发明涉及的是一种阵列式成型的3D打印系统，属于快速成型技术领域，具体到一种可以阵列打印产品的3D成型系统。

技术背景

3D打印技术是集计算机学、光学、材料学以及其他学科于一体，并且将零件的三维CAD模型通过制造设备堆积成具有一定结构和功能的零件的一种先进制造技术。为零件原型的制造和新设计思想的校验等提供了一种高效率低成本的实现方法。

现有的3D打印机大多为单喷头打印机，其打印效率较低，严重的制约着3D打印机的推广使用。

现有的多喷头3D打印机，其喷头数目是固定不变的，不可以根据产品的批量调整的选择喷头数目；并且当打印单件产品的时候只有一个喷头工作，其他不工作的喷头的存在使实际的打印面积大幅度减小。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种阵列式成型的3D打印系统，是为了提高3D打印机的成型效率，使3D打印机适合批量化生产。本发明提出了一种阵列式成型的3D打印系统，该成型系统采用的阵列式平面成型机构可以增加或者减少喷嘴的数量进行不同的打印模式，其阵列式打印成型时打印效率可达到单喷头打印机的N倍(N为喷头的数量)；同时，通过减少喷嘴的数量可以实现单喷头打印，进而打印大尺寸产品。设计出一种新型挤丝机构，实现少量电机对多个喷嘴的供料，对能量进行了充分的利用。

本发明一种阵列式成型的3D打印系统采用以下技术方案实现：

一种阵列式成型的3D打印系统包括阵列式平面成型机构、挤丝机构、供料导管、Z向传动机构、打印平台、打印机外壳和打印平台固定座；

所述的阵列式平面成型机构中喷头是由多个可拆卸喷头组成的，可拆卸喷头之间通过螺栓固定连接，各个可拆卸喷头之间没有相对运动。每一个可拆卸喷头都由中间喷嘴底座、可拆卸固定块一、可拆卸固定块二和喷嘴四部分构成，可拆卸固定块一、可拆卸固定块二和中间喷嘴底座上方都有螺纹孔，通过螺纹联接实现可拆卸喷头的安装和卸载，可拆卸喷头与X向丝杠之间采用滚珠丝杠传动方式；喷嘴通过螺纹联接安装在中间喷嘴底座上，并且每一个可拆卸喷头中，根据阵列式平面成型机构的尺寸确定每个可拆卸喷头中喷嘴的数目，喷嘴的排列形式可以是多种形式，如矩形、圆形或者线性排列等等。

所述的阵列式平面成型机构中X向和Y向的传动方式都选择为滚珠丝杠传动方式，包括X向丝杠、X向驱动电机、Y向丝杠、Y向运动螺母以及Y向驱动电机。其中X向丝杠和可拆卸喷头之间构成滚珠丝杠的传动方式，X向滚珠丝杠固定在Y向运动螺母上，在Y向运动螺母上安装有X向驱动电机；其中Y向丝杠安装在Z向运动螺母上，Z向运动螺母上安装有Y向驱动电机。

所述的Z向传动机构采用滚珠丝杠传动方式实现，Z向传动机构包括Z向丝杠、Z向运动螺母和Z向驱动电机，Z向丝杠上端安装在打印机外壳上，下端安装在打印平台上，Z向驱动电机安装在打印机外壳上端。

所述的挤丝机构包括供料驱动电机，与供料驱动电机主轴相联接主动齿轮，和主动齿轮啮合并且由主动齿轮带动的分流轮系，以及和分流轮系共同输送丝料的从动挤丝轮。其中分流轮系是由一个从动齿轮和多个与之共轴的主动挤丝轮构成，可同时转动，从动机挤丝轮是单独转动，彼此之间没有联系。此外，挤丝机构还包括安装在打印机外壳上面的从动供料轮支撑座、分流轮系支撑座和供料驱动电机支撑座。

所述的挤丝机构，通过供料电机带动主动齿轮的旋转，通过主动齿轮和从动齿轮的啮合，带动主动挤丝轮的转动，进而促使主动挤丝轮、从动挤丝轮和打印丝材共同完成送料的任务，丝料通过供料导管送至可拆卸喷头，实现其三维打印运动。

所述的一种阵列式成型的3D打印系统，其打印机外壳上有固定打印平台的打印平台固定座。打印平台上有安装Z向丝杠的丝杠安装座；在打印机外壳的顶部有从动供料轮、分流轮系和供料电机的安装座。

所述的一种阵列式成型的3D打印系统，其特征在于：根据产品尺寸选择成型模式，可以采用多喷头进行小尺寸产品的批量成型；也可以只保留一个可拆卸打印头，从而增大打印空间，可打印尺寸较大的产品。

本发明专利一种阵列式成型的3D打印系统的益处在于：

（1）由于其阵列式喷头的特殊结构，该3D打印系统可以进行同一产品的阵列式打印成型，提高了打印效率；同时当提供不同颜色的丝料的时候可以实现多色打印。

（2）由于组成阵列式喷头的是可拆卸喷头，所以可以拆下多余的喷头，实现单喷头打印，单喷头打印时可以获得较大的打印空间。

（3）该3D打印系统中，可以用一个电机给多个喷嘴提供丝料，使电能得到了充分的利用，节省了能源。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是一种阵列式成型的3D打印系统示意图。

图2是一种阵列式成型的3D打印系统的阵列式平面成型机构示意图。

图3是一种阵列式成型的3D打印系统的可拆卸喷头结构示意图。

图4是一种阵列式成型的3D打印系统的挤丝机构的结构示意图。

图5是一种阵列式成型的3D打印系统的供料示意图。

图6是一种阵列式成型的3D打印系统小尺寸产品阵列式打印成型的示意图。

图7是一种阵列式成型的3D打印系统大尺寸产品打印示意图。

图号标识1、阵列式平面成型机构，2、挤丝机构，3、Z向驱动电机，4、供料导管，5、打印平台固定座，6、打印机外壳，7、打印平台，8、Z向丝杠

11、可拆卸喷头，12、X向丝杠，13、Y向运动螺母，14、Z向运动螺母，15、Y向丝杠，16、X向驱动电机，17、Y向驱动电机；

111、喷嘴，112、可拆卸固定块一，113、中间喷头底座，114、可拆卸固定块二

21、供料驱动电机，22、主动齿轮、，23、分流轮系，24、从动供料轮，25、从动供料轮支撑座，26、分流轮系支撑座，27、供料驱动电机支撑座；

231、从动齿轮，232、主动机挤丝轮。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明专利作详细的说明。

如图1所示，本发明专利包括阵列式平面成型机构1，挤丝机构2，Z向驱动电机3，供料导管4，打印平台固定座5，打印机外壳6，打印平台7，Z向丝杠8。其中，如图3所示，阵列式平面成型机构1中的喷头由三个可拆卸喷头11组成，每个可拆卸喷头11内含有两个喷嘴111，即阵列式平面成型机构中共含有六个喷嘴，可一次打印六件相同的产品。每一个可拆卸喷头11都由中间喷嘴底座113、可拆卸固定块一112、可拆卸固定块二114以及喷嘴111四部分组成，可拆卸固定块一112、可拆卸固定块114和中间喷嘴底座113上都有螺纹孔，可以通过螺栓联接，实现可拆卸喷头11的安装和卸载，喷嘴111和中间喷嘴底座113之间也是螺纹连接，可以方便的实现喷嘴的安装和卸载，便于3D打印机喷头的维修和保养。

所述的阵列式平面成型机构1中，X轴和Y轴的传动方式都选择为滚珠丝杠传动方式，X向丝杠12和可拆卸喷头11之间构成滚珠丝杠联接，实现可拆卸喷头11的X向直线运动，其中X向驱动电机安装在Y向运动螺母13上；X向丝杠12杠安装在Y向运动螺母13上，Y向运动螺母13安装在Y向丝杠15上面，Y向丝杠15安装在Z向运动螺母14上面，Y向驱动电机安装在Z向运动螺母13上，Y向运动螺母13和Y向丝杠15共同构成滚珠丝杠连接方式，实现可拆卸喷头11的Y向直线运动；进而，由可拆卸喷头11的X向直线运动和Y向直线运动共同实现喷头的XY平面的打印运动。

本实例中Z向传动方式也采用滚珠丝杠传动方式，Z向丝杠8安装在打印机外壳6和打印平台7上面，Z向运动螺母14安装在Z向丝杠8上面，由Z向驱动电机3通过Z向丝杠8带动Z向运动螺母14实现Z向的直线运动，从而带动阵列式平面成型机构1实现Z轴的运动，进而驱动可拆卸喷头1的三维打印运动。

所述的挤丝机构2包括供料驱动电机21、主动齿轮22、分流轮系23、从动供料轮24、从动供料轮支撑座25、分流轮系支撑座26和供料驱动电机支撑座27。其中，从动供料轮支撑座24、分流轮系支撑座25和供料驱动电机支撑座26安装在打印机外壳6上面，供料轮驱动电机21安装在驱动电机支撑座26上面，主动齿轮22安装在供料轮驱动电机21的输出轴上面并带动其转动；分流轮系23安装在分流轮系支撑座25上面，分流轮系包括从动齿轮231和主动机挤丝轮232，从动齿轮231和主动挤丝轮232共轴，可同时转动，主动齿轮22通过和从动齿轮23的啮合，带动分流轮系23转动，从而带动主动挤丝轮232的转动，主动挤丝轮232和从动挤丝轮24共同完成送料的任务，丝料通过供料导管3送至可拆卸喷头11，实现其三维打印运动。如图4所示，本实例含有两个供料驱动电机21、两个分流轮系23。每个分流轮系23中含有三个主动挤丝轮232，每个主动挤丝轮232对应着一个从动挤丝轮24。本实例共安装有六个从动挤丝轮24，每一个从动挤丝轮24为相应的喷嘴111提供丝料，实现其打印运动。所以，本实例中是采用两个供料驱动电机21为六个喷嘴111提供丝料。与于单喷头打印机相比，在打印六件产品的时候，效率提升了六倍，消耗的能源为单喷头打印机的三分之一，提高效率的同时节约了能源。

所述的挤丝机构包括供料驱动电机21，与供料驱动电机主轴相联接主动齿轮22，和主动齿轮啮合并且由主动齿轮带动的分流轮系23，以及和分流轮系共同输送丝料的从动挤丝轮24。其中分流轮系23是由一个从动齿轮231和多个与之共轴的主动挤丝轮232构成，可同时转动，从动机挤丝轮24是单独转动，彼此之间没有联系，实现一个电机给多个喷嘴111提供丝料。

所述的打印机外壳6上端安装有Z向驱动电机3，其下端安装有打印平台固定座5，打印平台7固定在打印平台固定座7上面，打印平台7固定不动，打印的产品盛放在打印平台7上面。

一种阵列式成型的3D打印系统工作原理：

本发明专利中安装有两套供料机构，如图4所示。阵列式平面成型机构中安装有三个可拆卸喷头，每个可拆卸喷头可安装两个喷嘴如图2和图3所示，两套供料机构可以分别给同一个可拆卸喷头中的两个喷嘴供料。图5为一种阵列式成型的3D打印系统的供料示意图，可以看出在该发明专利的本文实例中，安装有两套供料机构，六根供料导管，每根供料导管对应于一个喷嘴，每套供料机构为阵列式平面成型机构中同一侧的喷嘴供料，实现少电机为多个喷嘴供料。图6为一种阵列式成型的3D打印系统在打印小尺寸、大批量产品，通过挤丝机构和供料导管，可拆卸喷头中所有的喷嘴都进行打印，提高了产品的生产效率；图7为一种阵列式成型的3D打印机系统在打印大尺寸的产品，只保留了一个可拆卸喷头，并且指定相应的供料电机工作，为可拆卸喷头中的一个喷嘴提供丝材，就可以完成大尺寸产品的打印工作。

在具体的实施过程中，若打印的小尺寸、大批量的产品，可以增加可拆卸喷头11的数量来增加喷头的数量，进行批量的生产，与单喷头3D打印机相比，在一次相同的打印过程中，单喷头3D打印机只能打印一件产品，在该实例的3D打印机中可打印六件产品，生产效率可提升6倍，图5为该3D打印机一次同时打印六件圆柱形产品。当产品的尺寸较大的时候，如图6所示，需要3D打印机提供较大的打印空间，可以只安装一个可拆卸喷头11，并且只需可拆卸喷头11中的一个喷嘴111工作；在挤丝机构2中，相应的供料驱动电机21转动，带动分流轮系23的转动，因为从动挤丝轮24之间是相互独立的，分流轮系23通过与丝料之间的挤压和摩擦即可带动相应的从动供料轮24转动，实现给工作中的喷嘴111提供丝料，这样可实现尺寸较大的产品的打印。

上述实例仅表明了本发明专利的一种实现形式，其描述较为具体和详细，但是并不能因此理解为对本发明专利专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些改进都属于本发明专利的保护范围。因此，本发明专利专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

本发明一种阵列式成型的3D打印系统，是一种3D打印快速成型系统，与传统3D打印成型系统不同的是，该3D打印系统采用可拆卸阵列式打印头和少电机多通道的供料机构，本发明专利的益处在于可以根据产品的尺寸和批量确定喷头的数量，进行产品的阵列式打印成形或者单喷头打印成型。本发明专利成本低、效率高、节约能源、实用性强、适合批量生产，值得推广。

Claims (4)

1.一种阵列式成型的3D打印系统，其特征在于：包括阵列式平面成型机构、挤丝机构、供料导管、Z向传动机构、打印平台、打印机外壳和打印平台固定座；

所述的阵列式平面成型机构中的喷头是由多个可拆卸喷头组成的，不同的可拆卸喷头之间通过螺栓固定连接，组成阵列式喷头，各个可拆卸喷头之间没有相对运动；每一个可拆卸喷头都有中间喷嘴底座、可拆卸固定块一、可拆卸固定块二和喷嘴四部分构成，可拆卸固定块一、可拆卸固定块二和中间喷嘴底座上方都有螺纹孔，通过螺纹联接实现可拆卸喷头的安装和卸载，同时与X向丝杠构成滚珠丝杠传动方式；喷嘴通过螺纹联接安装在中间喷嘴底座上；

X向和Y向的传动方式都选择为滚珠丝杠传动方式，包括X向丝杠、X向驱动电机、Y向丝杠、Y向运动螺母以及Y向驱动电机；其中X向丝杠和喷嘴底座之间构成滚珠丝杠的传动方式，X向滚珠丝杠固定在Y向运动螺母上，在Y向运动螺母上安装有X向驱动电机；其中Y向丝杠安装在Z向运动螺母上，Z向运动螺母上安装有Y向驱动电机；

所述的Z向传动机构采用滚珠丝杠传动方式实现，Z向传动机构包括Z向丝杠、Z向运动螺母和Z向驱动电机，Z向丝杠上端安装在打印机外壳上面，下端安装在打印平台上；

所述的挤丝机构包括供料驱动电机、主动齿轮、分流轮系、从动供料轮、从动供料轮支撑座、分流轮系支撑座和供料驱动电机支撑座；其中，从动供料轮支撑座、分流轮系支撑座和供料驱动电机支撑座安装在打印机外壳上面，供料轮驱动电机安装在驱动电机支撑座上面，主动齿轮安装在供料轮驱动电机的输出轴上面并带动其转动；分流轮系安装在分流轮系支撑座上面，分流轮系包括从动齿轮和主动机挤丝轮，从动齿轮和主动挤丝轮共轴，可同时转动，主动齿轮通过和从动齿轮的啮合，带动分流轮系转动，从而带动主动挤丝轮的转动，主动挤丝轮和从动挤丝轮共同完成送料的任务，丝料通过供料导管送至可拆卸喷头，实现其三维打印运动；

所述的打印机外壳上有固定打印平台的打印平台固定座；打印平台上有安装Z向丝杠的丝杠安装座；在打印机外壳的顶部有从动供料轮、分流轮系和供料电机的安装座。

2.根据权利用要求1所述的一种阵列式成型的3D打印系统，其特征在于：每一个可拆卸喷头中，喷嘴的数量可根据中间喷嘴底座的尺寸确定，喷嘴的排列形式可以是多种形式，为矩形、圆形或者线性排列。

3.根据权利用要求1所述的一种阵列式成型的3D打印系统，其特征在于：挤丝机构中的分流轮系是由一个从动齿轮和多个与之共轴的主动挤丝轮构成，可同时转动，从动机挤丝轮是单独转动，彼此之间没有联系，实现一个电机给多个喷嘴提供丝料。

4.根据权利用要求1所述的一种阵列式成型的3D打印系统，其特征在于：

所述的一种阵列式成型的3D打印系统根据产品进行一次性多件产品的成型；也可以只保留一个可拆卸打印头，从而增大打印空间，可打印尺寸较大的产品。