CN105856561A - 一种单喷头多色3d打印机及其多色打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了单喷头多色3D打印机及其多色打印方法，包括一单喷头多色打印机构，打印机构包括打印喷头以及一多路进料器；所述多路进料器的上端设有多个进料孔，每一所述进料孔与一挤出机构相配合，以容置相应挤出机构挤出的打印材料；所述多路进料器的下端设有与所述打印喷头相配合的一出料孔，所述出料孔分别与每一所述进料孔连通，并与每一所述进料孔均适配，以供一打印材料从相应进料孔进入所述出料孔，进而进入所述打印喷头。本发明在现有机型3D打印机单喷头的情况下实现打印多色模型，极大的扩展了3D打印机的应用范围；且对现有机型3D打印机改动较小，利于推广。

Description

一种单喷头多色 3D 打印机及其多色打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印快速成形技术领域，尤其涉及一种采用单喷头实现多色彩3D打印的3D打印机及其多色打印方法。

背景技术

3D打印也称快速成型，即把数据和原料放进3D打印机中，通过计算机程序控制将产品一层一层的打印出来，最终形成成品。现有的3D打印机包括单喷头3D打印机和多喷头3D打印机。单喷头3D打印机，即支持单一颜色耗材的打印，从而使得打印成型的产品为纯色；如果要进行多色打印，只能在需要进行颜色更换时，手动更换打印材料。手动更换材料则需要使用者的主动干预，对使用者依赖较大，且打印的过程繁琐，容易产生瑕疵或间隔，对打印件的质量有很大的影响。

多喷头3D打印机，增加额外的打印喷头，由于采用多个喷头，因此会有同时加热两个喷头的问题，造成能量的损失。且其多个喷头各自独立，在进行颜色更换时，需要将前边的喷头移开，再将另外一个喷头移来继续打印，但是在两个喷头接替的过程中，其位置不能做到完全重合，使该处的前后衔接出现问题，因而影响产品的精美程度，而对于多色彩打印中，频繁更换颜色时，其影响更加严重。

因此，需要提供一种3D打印机，能够在单喷头的情况下打印多色模型，有效的解决现有3D打印机进行多色打印存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有3D打印机进行多色打印存在的问题，提供一种单喷头多色3D打印机及其多色打印方法，能够在单喷头的情况下打印多色模型。

为实现上述目的，本发明提供了单喷头多色打印机构，包括一打印喷头以及一多路进料器；所述多路进料器的上端设有多个进料孔，每一所述进料孔与一挤出机构相配合，以容置相应挤出机构挤出的打印材料；所述多路进料器的下端设有与所述打印喷头相配合的一出料孔，所述出料孔分别与每一所述进料孔连通，并与每一所述进料孔均适配，以供一打印材料从相应进料孔进入所述出料孔，进而进入所述打印喷头。

为实现上述目的，本发明还提供了一种单喷头多色3D打印机，包括一本发明所述的单喷头多色打印机构、多个挤出机构以及一控制器；所述单喷头多色打印机构的多路进料器上的进料孔的数量与所述多个挤出机构的数量相适配，且每一所述进料孔与一所述挤出机构相配合，以容置相应挤出机构挤出的打印材料；所述控制器分别与每一所述挤出机构的驱动电机相连，用于根据控制信号驱动相应驱动电机，控制相应挤出机构挤出的打印材料通过所述多路进料器上的出料孔进入所述单喷头多色打印机构的打印喷头，或控制相应挤出机构挤出的打印材料依次退出所述打印喷头以及所述出料孔。

为实现上述目的，本发明还提供了一种多色打印方法，采用本发明所述的单喷头多色3D打印机，包括以下步骤：（1）启动单喷头多色3D打印机并导入打印文件，其中，所述打印文件中每一颜色材料的打印程序对应调用一挤出机构；（2）控制器根据打印文件控制打印所需当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将当前颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印；（3）接收打印材料颜色切换控制信号；（4）控制器控制当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，依次将当前颜色材料退出打印喷头和多路进料器的出料孔；（5）控制器控制待打印颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将待打印颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印。

本发明的优点在于：采用单喷头，不存在同时加热两个喷头的问题，减少能量的损失；无需更换打印喷头，不会出现衔接问题；打印过程通过程序控制实现自动化打印、切换颜色，无需人为干预手动换料，有效保证打印件的质量；在现有机型3D打印机单喷头的情况下实现打印多色模型，极大的扩展了3D打印机的应用范围；且对现有机型3D打印机改动较小，利于推广。

附图说明

图1A，本发明所述的单喷头多色打印机构的结构拆分示意图；

图1B，本发明所述的多路进料器的剖视图；

图2，本发明所述的单喷头多色3D打印机的架构示意图；

图3，本发明所述的单喷头多色3D打印机的多色打印方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的单喷头多色3D打印机及其多色打印方法做详细说明。

参考图1A-1B，其中，图1A为本发明所述的单喷头多色打印机构的结构拆分示意图；图1B为本发明所述的多路进料器的剖视图。所述打印机构10包括一打印喷头12和多路进料器14。

所述多路进料器14的上端设有多个进料孔142，每一进料孔142与一挤出机构（图1A中未示出）相配合，以容置相应挤出机构挤出的打印材料。多路进料器14的下端设有与打印喷头12相配合的一出料孔144，出料孔144分别与每一进料孔142连通并与每一进料孔142均适配，以供一打印材料从相应进料孔142进入所述出料孔144，进而进入所述打印喷头12，由打印喷头12加热热熔性打印材料并喷出进行打印。其中，所述打印喷头12可以采用现有的打印喷头，也即所述多路进料器14可以适配现有的打印喷头，从而仅增加一多路进料器14就可以实现装载不同颜色打印材料的多个挤出机构共用一打印喷头。

由于出料孔144分别与每一进料孔142连通并与每一进料孔142均适配，因此，至挤出机构挤出的打印材料伸入多路进料器14的相应进料孔142，进而进入出料孔144；同一时间出料孔144仅允许一进料孔142中的打印材料通过，并由打印喷头12加热并喷出进行打印。

在正常单色打印时，控制一挤出机构挤出的打印材料通过多路进料器14上的出料孔144进入打印喷头12，由打印喷头12加热并喷出进行打印，无需切换，也即始终使用一种颜色的打印材料进行打印。在多色打印需要切换颜色时，通过程序控制发出控制信号，使得当前进料孔142中的颜色材料依次退出打印喷头和出料孔144，待打印颜色材料经相应进料孔142进入出料孔144，并由打印喷头12加热并喷出进行打印。采用单喷头，不存在同时加热两个喷头的问题，减少能量的损失；无需更换打印喷头，不会出现衔接问题；也无需手动换料，有效保证打印件的质量。

所述多路进料器14上端的可以设置两个或以上进料孔142，多个进料孔142的内径尺寸以及出料孔144的内径尺寸可以相同。作为优选的实施方式，所述多路进料器14为上端设有四个进料孔的Y型多路进料器。Y型多路进料器上均匀分布四个进料孔，结构简单、便于制作，同时结构紧凑、占用空间较小便于整机的安装。所述多路进料器14可以为一体成型。

参考图2，本发明所述的单喷头多色3D打印机的结构示意图；所述打印机包括一单喷头多色打印机构10、多个挤出机构22以及一控制器24。

所述打印机构10的结构参考图1所示，此处不再赘述。所述打印机构10的多路进料器14上的进料孔142的数量与所述多个挤出机构22的数量相适配，且每一进料孔142与一挤出机构22相配合，以容置相应挤出机构22挤出的打印材料。初始安放打印材料时，可以将打印所需各颜色的打印材料通过相应挤出机构22对应安放到相应的进料孔142中，并距出料孔144有一定距离，以方便当前打印所需颜色材料进入出料孔144；退出的打印材料无需完全退出多路进料器14，仅退入进料孔142中，并距出料孔144有一定距离，以方便待打印所需颜色材料进入出料孔144；以节省物料运行时间。其它实施方式中，初始安放打印材料时，可以仅将打印所需各颜色的打印材料安装到相应挤出机构22，打印时再进入相应的进料孔142中，进而进入出料孔144；退出的打印材料完全退出多路进料器14。

所述多路进料器14上端的可以设置两个或以上进料孔142，多个进料孔142的内径尺寸以及出料孔144的内径尺寸可以相同，因此，同一时间出料孔144仅允许一进料孔142中的打印材料通过，并由打印喷头12加热并喷出进行打印。作为优选的实施方式，所述多路进料器14为上端设有四个进料孔的Y型多路进料器。Y型多路进料器上均匀分布四个进料孔，结构简单、便于制作，同时结构紧凑、占用空间较小便于整机的安装。所述多路进料器14可以为一体成型。

每一挤出机构22均采用3D打印机型（例如FDM/FFF类型3D打印机）现有的挤出机构，仅是数量上的增加，对现有3D打印机型改动较小，利于推广。作为优选的实施方式，所述多个挤出机构22固定在所述3D打印机机框（图2中未示出）的一侧，从而所有打印材料仅从机框一侧引出，利于机框整体布局的简洁以及材料输送的顺畅。

所述控制器24分别与每一挤出机构22的驱动电机222相连，用于根据控制信号驱动相应驱动电机222，控制相应挤出机构22挤出的打印材料通过多路进料器14上的出料孔144进入单喷头多色打印机构10的打印喷头12，或控制相应挤出机构22挤出的打印材料依次退出打印喷头12以及出料孔144。

也即，所述控制器24根据控制信号驱动相应驱动电机222，控制相应挤出机构22进料或退料。在正常单色打印时，所述控制器24控制相应挤出机构22挤出的打印材料通过多路进料器14上的出料孔144进入单喷头多色打印机构10的打印喷头12，由打印喷头12加热并喷出进行打印。在多色打印需要切换颜色时，通过程序控制发出控制信号，从而控制器24控制当前打印所使用的挤出机构22的驱动电机222，使得其挤出的打印材料依次退出打印喷头12以及出料孔144，然后控制待打印颜色材料对应的挤出机构22的驱动电机开始工作，使得其挤出的打印材料通过多路进料器14上的出料孔144进入打印喷头12，由打印喷头12加热并喷出进行打印。

通过控制器利用多路进料器14，将多路打印材料利用相应挤出机构22分别单独进行打印。在打印一种颜色材料时，其它颜色材料退出等待；切换时，其它颜色材料退出等候，需打印颜色材料进入打印喷头12后打印；循环往复，直至打印结束。采用单喷头，不存在同时加热两个喷头的问题，减少能量的损失；无需更换打印喷头，不会出现衔接问题；打印过程通过程序控制实现自动化打印、切换颜色，无需人为干预手动换料，有效保证打印件的质量；在现有机型3D打印机单喷头的情况下实现打印多色模型，极大的扩展了3D打印机的应用范围；且对现有机型3D打印机改动较小，利于推广。

参考图3，本发明所述的单喷头多色3D打印机的多色打印方法的的流程图，包括如下步骤：S31：启动单喷头多色3D打印机并导入打印文件；S32：控制器根据打印文件控制打印所需当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将当前颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印；S33：接收打印材料颜色切换控制信号；S34：控制器控制当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，依次将当前颜色材料退出打印喷头和多路进料器的出料孔；S35：控制器控制待打印颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将待打印颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印。以下给出上述步骤的详细解释。

S31：启动单喷头多色3D打印机并导入打印文件。

所述打印文件中每一颜色材料的打印程序对应调用一挤出机构。例如需打印的多色模型的第1层为红色，第2-10层为蓝色，第11-20层为红色，第21-50层为黄色；则编程实现在打印第1层时，调用红色材料所在的挤出机构A；打印第2-10层时，调用蓝色材料所在的挤出机构B；打印第11-20层时，调用红色材料所在的挤出机构A；打印第21-50层时，调用黄色材料所在的挤出机构C。作为优选的实施方式，所述打印文件中预先设置有打印材料颜色切换控制指令，以在需要进行打印材料颜色切换时发送切换控制信号至控制器。切换控制信号也可以有外部设备发送，或预先设置控制指令并存储在3D打印机中，以3D打印机运行时调用并发出相应切换控制信号。

S32：控制器根据打印文件控制打印所需当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将当前颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印。

具体而言，所述控制器24控制相应挤出机构22挤出的打印材料从多路进料器14上进料孔142进入多路进料器14上的出料孔144，进而由打印喷头12加热热熔性打印材料并喷出进行打印，打印进行时与常规单色打印程序相同。

S33：接收打印材料颜色切换控制信号。

切换控制信号可以通过在打印文件中预先设置有打印材料颜色切换控制指令，以在需要进行打印材料颜色切换时发送切换控制信号至控制器；也可以有外部设备发送，或预先设置控制指令并存储在3D打印机中，以3D打印机运行时调用并发出相应切换控制信号。

S34：控制器控制当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，依次将当前颜色材料退出打印喷头和多路进料器的出料孔。

S35：控制器控制待打印颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将待打印颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印。

也即，在切换颜色时，根据控制信号，控制器驱动相应驱动电机，当前颜色材料依次退出打印喷头和多路进料器的出料孔；待打印颜色材料依次进入多路进料器的出料孔和打印喷头，由打印喷头加热并喷出进行打印；重复执行步骤S33-S35，直至打印完成，从而实现多色打印。该过程通过程序控制实现自动化打印、切换颜色，不需要人为干预。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种单喷头多色打印机构，包括一打印喷头，其特征在于，还包括一多路进料器；

所述多路进料器的上端设有多个进料孔，每一所述进料孔与一挤出机构相配合，以容置相应挤出机构挤出的打印材料；

所述多路进料器的下端设有与所述打印喷头相配合的一出料孔，所述出料孔分别与每一所述进料孔连通，并与每一所述进料孔均适配，以供一打印材料从相应进料孔进入所述出料孔，进而进入所述打印喷头。

2.根据权利要求1所述的单喷头多色打印机构，其特征在于，所述多路进料器为上端设有四个进料孔的Y型多路进料器。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于，所述多路进料器为一体成型。

4.一种单喷头多色3D打印机，其特征在于，包括一权利要求1所述的单喷头多色打印机构、多个挤出机构以及一控制器； 所述单喷头多色打印机构的多路进料器上的进料孔的数量与所述多个挤出机构的数量相适配，且每一所述进料孔与一所述挤出机构相配合，以容置相应挤出机构挤出的打印材料； 所述控制器分别与每一所述挤出机构的驱动电机相连，用于根据控制信号驱动相应驱动电机，控制相应挤出机构挤出的打印材料通过所述多路进料器上的出料孔进入所述单喷头多色打印机构的打印喷头，或控制相应挤出机构挤出的打印材料依次退出所述打印喷头以及所述出料孔。

5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述多路进料器为上端设有四个进料孔的Y型多路进料器。

6.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述多个挤出机构固定在所述3D打印机机框的一侧。

7.一种多色打印方法，采用权利要求4所述的单喷头多色3D打印机，其特征在于，包括以下步骤： （1）启动所述单喷头多色3D打印机并导入打印文件，其中，所述打印文件中每一颜色材料的打印程序对应调用一挤出机构； （2）控制器根据打印文件控制打印所需当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将当前颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印； （3）接收打印材料颜色切换控制信号； （4）控制器控制当前颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，依次将当前颜色材料退出打印喷头和多路进料器的出料孔； （5）控制器控制待打印颜色材料对应的挤出机构的驱动电机工作，将待打印颜色材料送入多路进料器的出料孔，并由打印喷头加热并喷出进行打印。

8.根据权利要求7所述的多色打印方法，其特征在于，所述打印文件中预先设置有打印材料颜色切换控制指令，以在需要进行打印材料颜色切换时发送切换控制信号至控制器。