CN105881914A - 一种多喷头3d打印机及打印方法 - Google Patents

一种多喷头3d打印机及打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多喷头3D打印机及打印方法，包括：可升降旋转托盘、在X、Y方向移动打印喷头组件，以及六个沿支撑臂径向同步伸缩打印喷头，各打印喷头与托盘形成相对旋转，所述多喷头3D打印机特别适合于打印大件回转体；通过滚珠丝杆驱动旋转托盘上下移动，实现产品高度上的堆积；第五驱动电机带动一个大齿轮旋转，六个小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮通过同步同步带、滑块沿径向往复运动，带动各打印喷头同步工作，可同时打印至多六件产品，大大提高了小件产品打印工作效率，或者是利用六个打印喷头同时打印一个大件产品，六个打印喷头同时工作，提高了单件产品的打印速度，实现一机多用，灵活方便。

Description

一种多喷头3D打印机及打印方法
技术领域
本发明涉及一种多喷头3D打印机及打印方法，属3D打印机技术领域。
背景技术
3D打印机是一种将金属、塑料等材料通过机械结构设计在空间中堆积成型的设备。利用3D打印机可以满足大部分立体打印需求，其应用非常广泛，涉及精密制造业、模具加工、医疗、电子、食品等多个行业。目前3D打印机主要是采用“熔积成型”技术，打印过程是在喷头内将塑料、金属等可熔性材料通过高温融化，再通过沉积的方式才形成薄层，逐层堆砌形成产品。市场上既有的“熔积成型”式3D打印机存在主要问题有：单、双喷头打印机仅对于小件产品的打印具良好适用性，对于大件产品打印时间较长，加工速度慢；其次是对于结构、尺寸不相同的产品，需匹配合适的打印机，限制了打印机使用的普适性。
中国发明专利《一种多喷头3D打印机及其协同打印方法》（201510706198.X）、《一种多喷头3D打印机》（201510556924.4）等所公开的多喷头打印机，均存在结构形式单一，功能上不够全面，功能上只对特定的大件产品或者多件产品进行针对性操作，不能既可同时打印单个大件产品，又能同时打印结构相同的多个产品。
综上，现有3D打印机存在打印时间长、打印机的灵活性欠缺、功能单一等不足，制约了目前市场上3D打印走向工业化。因此提高打印速度，打印效率，让打印机变得灵活多变是当务之急。
发明内容
本发明目的是针对背景技术所述问题，设计一种多喷头3D打印机及打印方法，是一种在打印结构上可交互使用的方案，在大件产品打印时，采用多喷头共同完成一件产品的打印工作，提高了打印速度；对于小件产品根据产品尺寸决定打印喷头的个数，一次可完成最多六件结构相同的产品打印，单位时间内完成更多的打印元素。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多喷头3D打印机，包括：机架1、托盘2、打印喷头组件、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴升降机构、第一～第五驱动电机、控制器4；所述控制器4用于控制各驱动电机旋转以及，控制打印喷头组件中各打印喷头按设定程序在设定坐标点挤出或停止挤出打印材料；
所述X轴运动机构包括：固连在所述机架1上的第一横向滑杆15和第二横向滑杆16、两端分别套装在所述横向滑杆上的桥架11，还有驱动所述桥架11沿X轴直线运动的第三驱动电机D3；
所述Y轴运动机构包括：固连在所述桥架11上的第一纵向滑杆17和第二纵向滑杆18、套装在纵向滑杆上的云台12，还有驱动所述云台12沿Y轴直线运动的第四驱动电机D4；所述云台12通过四根套杆13悬吊并固连所述打印喷头组件；
所述Z轴升降机构包括：托盘2、支撑托盘的平台7、滚珠丝杠3、导向杆8，还有驱动滚珠丝杠3旋转的第二驱动电机D2；所述导向杆8分列在平台7两侧，所述滚珠丝杠3旋转时带动平台7及平台7上的托盘2沿Z轴上下运动；
所述平台7通过圆环状滚珠轴承承载托盘2，平台7的下方，有驱动托盘2旋转的第一驱动电机D1；其特征在于：
所述打印喷头组件包括：第五驱动电机D5、驱动轮系、平面上均分的至少六个支撑臂，各支撑臂上悬挂有滑块，所述滑块下固连有打印喷头；
所述驱动轮系包括第五驱动电机D5输出轴主动齿轮和六个从动齿轮，各从动齿轮分别通过同步带轮和同步带，驱动滑块沿支撑臂径向运动，且各打印喷头是同步往复运动。
如上所述一种多喷头3D打印机的打印方法，包括：同时打印N件结构相同且外形尺寸相对较小产品方法、打印单件尺寸相对较大产品方法；其特征在于：
当打印N件结构相同且外形尺寸相对较小产品时：设定N=1～6，按N值选定打印喷头使用个数，启动第二驱动电机D2，驱动托盘2移动到初始位置，打印时通过第三、第四驱动电机正反转驱动打印喷头组件X、Y方向往复运动，各打印喷头分别沿X、Y方向同步往复运动，结合托盘2的升降运动，完成N个结构相同产品的同时打印；
当打印单件尺寸较大产品时，首先启动第一至第五驱动电机复位至初始位置，此时打印喷头组件几何中心与托盘2圆心对正、托盘2上表面与各打印喷头接触、各打印喷头移动至直径最大位置；打印开始后，设定六个打印喷头全部工作，各打印喷头同时在旋转的托盘2上挤出打印材料，开始第一层第一圈打印，托盘2旋转60度即完成第一层第一圈打印，再启动第五驱动电机D5，通过同步带分别牵引六个打印喷头向内收缩一个打印宽度距离，进行第一层第二圈打印，循环往复，自外向内遂圈打印，直至各打印喷头收缩并打印至直径最小位置，到达打印盲区，此时通过控制器4设定任意一个打印喷头为主打印喷头进行第一层盲区打印，其余五个打印喷头停止工作，再启动第三、第四驱动电机，移动所述主打印喷头完成第一层盲区打印；启动第二驱动电机D2，驱动托盘2下降一个打印层高，再利用主打印喷头打印第二层盲区；超过盲区后，启动第五驱动电机D5和第一驱动电机D1，自内向外逐圈完成第二层打印；周而复始，最终完成单件尺寸较大产品的整体打印。
本发明有益效果是：本发明一种多喷头3D打印机包括可升降旋转托盘、在X、Y方向移动打印喷头组件，以及六个沿支撑臂径向同步伸缩打印喷头，各打印喷头与托盘形成相对旋转，特别适合于打印大件回转体；通过滚珠丝杆驱动旋转托盘上下移动，实现产品高度上的堆积；第五驱动电机带动一个大齿轮旋转，六个小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮通过同步同步带、滑块沿径向往复运动，带动各打印喷头同步工作，可同时打印至多六件产品，大大提高了小件产品打印工作效率，或者是六个喷头同时打印一个大件产品，六个打印喷头同时工作，提高了单件产品的打印速度，实现一机多用，灵活方便。
附图说明
图1是本发明实施例“一种多喷头3D打印机”轴侧示意图；
图2是图1另一方向轴侧示意图；
图3是图2左视图；
图4是图1右视图；
图5是图1俯视图；
图6是打印喷头组件轴侧图；
图7是图6主视图；
图8是图6中各打印喷头移动至最小直径时示意图。
附图中的标记说明：
1—机架，2—托盘，3—滚珠丝杠，4—控制器，7—平台，8—导向杆，11—桥架，12—云台，13—套杆，15—第一横向滑杆，16—第二横向滑杆，17—第一纵向滑杆，18—第二纵向滑杆，B1—第一同步同，B6—第六同步带，D1—第一驱动电机，D2—第二驱动电机，D3—第三驱动电机，D4—第四驱动电机，D5—第五驱动电机，H1—第一滑块，H6—第六滑块，T1—第一打印喷头，T6—第六打印喷头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。
参见图1～图8，本发明一种多喷头3D打印机及打印方法，所述多喷头3D打印机包括：机架1、托盘2、打印喷头组件、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴升降机构、第一～第五驱动电机（D1～D5）、控制器4；所述控制器4用于控制各驱动电机旋转以及打印喷头组件进行打印动作。
如图1、图2所示，X轴运动机构包括：固连在所述机架1上的第一横向滑杆15和第二横向滑杆16、桥架11，桥架11的两端分别套装在所述二根横向滑杆上，第三驱动电机D3用于驱动所述桥架11在横向滑杆上沿X轴直线往复运动；Y轴运动机构包括：固连在所述桥架11上的第一纵向滑杆17和第二纵向滑杆18、套装在二根纵向滑杆上的云台12，第四驱动电机D4用于驱动所述云台12沿Y轴直线往复运动。如图6，所述云台12通过四根套杆13悬吊并固连所述打印喷头组件。
如图1～图4所示，所述Z轴升降机构包括：托盘2、支撑托盘的平台7、滚珠丝杠3、导向杆8，第二驱动电机D2用于驱动滚珠丝杠3旋转；所述导向杆8分列在平台7两侧，导向杆8上端固定在机架1上部，导向杆8下端连接在机架1下部，所述滚珠丝杠3旋转时带动平台7及平台7上的托盘2沿Z轴上下运动。
所述平台7通过圆环状滚珠轴承承载托盘2，平台7的下方，第一驱动电机D1用于驱动托盘2旋转。
如图6～图8所示，所述打印喷头组件包括：第五驱动电机D5、驱动轮系、平面上均分的至少六个支撑臂，各支撑臂上悬挂有滑块，所述滑块下固连有打印喷头，图6中仅标示第一滑块H1和第六滑块H6，第一打印喷头T1和第六打印喷头T6。所述驱动轮系包括第五驱动电机D5输出轴主动齿轮和六个从动齿轮，各从动齿轮分别通过同步带轮和同步带，驱动滑块沿支撑臂径向运动，且各打印喷头是同步往复运动。图6中仅标示了第一同步带B1和第六同步带B6，各从动齿轮与各主动同步带轮同轴。
如上所述一种多喷头3D打印机的打印方法，包括：同时打印N件结构相同且外形尺寸相对较小产品方法、打印单件尺寸相对较大产品方法，分别描述如下：
一、当打印N件结构相同且外形尺寸相对较小产品时：设定N=1～6，按N值选定打印喷头使用个数，启动第二驱动电机D2，驱动托盘2移动到初始位置，打印时通过第三、第四驱动电机正反转驱动打印喷头组件X、Y方向往复运动，各打印喷头分别沿X、Y方向同步往复运动，结合托盘2的升降运动，完成N个结构相同产品的同时打印。
二、当打印单件尺寸较大产品时，首先启动第一至第五驱动电机复位至初始位置，此时打印喷头组件几何中心与托盘2圆心对正、托盘2上表面与各打印喷头接触、各打印喷头移动至直径最大位置；打印开始后，设定六个打印喷头全部工作，各打印喷头同时在旋转的托盘2上挤出打印材料，开始第一层第一圈打印，托盘2旋转60度即完成第一层第一圈打印，再启动第五驱动电机D5，通过同步带分别牵引六个打印喷头向内收缩一个打印宽度距离，进行第一层第二圈打印，循环往复，自外向内遂圈打印，直至各打印喷头收缩并打印至直径最小位置，到达打印盲区，此时通过控制器4设定任意一个打印喷头为主打印喷头进行第一层盲区打印，其余五个打印喷头停止工作，再启动第三、第四驱动电机，移动所述主打印喷头完成第一层盲区打印；启动第二驱动电机D2，驱动托盘2下降一个打印层高，再利用主打印喷头打印第二层盲区；超过盲区后，启动第五驱动电机D5和第一驱动电机D1，自内向外逐圈完成第二层打印；周而复始，最终完成单件尺寸较大产品的整体打印。
本发明一种多喷头3D打印机包括可升降旋转托盘、在X、Y方向移动打印喷头组件，以及六个沿支撑臂径向同步伸缩打印喷头，各打印喷头与托盘形成相对旋转，特别适合于打印大件回转体；通过滚珠丝杆驱动旋转托盘上下移动，实现产品高度上的堆积；第五驱动电机带动一个大齿轮旋转，六个小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮通过同步同步带、滑块沿径向往复运动，带动各打印喷头同步工作，可同时打印至多六件产品，大大提高了小件产品打印工作效率，当打印大件产品时，六个打印喷头同时工作，亦提高了单件产品的打印速度，实现一机多用，灵活方便。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (2)

1.一种多喷头3D打印机，包括：机架(1)、托盘(2)、打印喷头组件、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴升降机构、第一～第五驱动电机(D1～D5)、控制器(4)；所述控制器(4)用于控制各驱动电机旋转以及，控制打印喷头组件中各打印喷头按设定程序在设定坐标点挤出或停止挤出打印材料；
所述X轴运动机构包括：固连在所述机架(1)上的第一横向滑杆(15)和第二横向滑杆(16)、两端分别套装在所述横向滑杆上的桥架(11)，还有驱动所述桥架(11)沿X轴直线运动的第三驱动电机(D3)；
所述Y轴运动机构包括：固连在所述桥架(11)上的第一纵向滑杆(17)和第二纵向滑杆(18)、套装在纵向滑杆上的云台(12)，还有驱动所述云台(12)沿Y轴直线运动的第四驱动电机(D4)；所述云台(12)通过四根套杆(13)悬吊并固连所述打印喷头组件；
所述Z轴升降机构包括：托盘(2)、支撑托盘的平台(7)、滚珠丝杠(3)、导向杆(8)，还有驱动滚珠丝杠(3)旋转的第二驱动电机(D2)；所述导向杆(8)分列在平台(7)两侧，所述滚珠丝杠(3)旋转时带动平台(7)及平台(7)上的托盘(2)沿Z轴上下运动；
所述平台(7)通过圆环状滚珠轴承承载托盘(2)，平台(7)的下方，有驱动托盘(2)旋转的第一驱动电机(D1)；其特征在于：
所述打印喷头组件包括：第五驱动电机(D5)、驱动轮系、平面上均分的至少六个支撑臂，各支撑臂上悬挂有滑块，所述滑块下固连有打印喷头；
所述驱动轮系包括第五驱动电机(D5)输出轴主动齿轮和六个从动齿轮，各从动齿轮分别通过同步带轮和同步带，驱动滑块沿支撑臂径向运动，且各打印喷头是同步往复直线运动。
2.一种多喷头3D打印机的打印方法，包括：同时打印N件结构相同且外形尺寸相对较小产品方法、打印单件尺寸相对较大产品方法；其特征在于：
当打印N件结构相同且外形尺寸相对较小产品时：设定N＝1～6，按N值选定打印喷头使用个数，启动第二驱动电机(D2)，驱动托盘(2)移动到初始位置，打印时通过第三、第四驱动电机正反转驱动打印喷头组件X、Y方向往复运动，各打印喷头分别沿X、Y方向同步往复运动，结合托盘(2)的升降运动，完成N个结构相同产品的同时打印；
当打印单件尺寸较大产品时，首先启动第一至第五驱动电机复位至初始位置，此时打印喷头组件几何中心与托盘(2)圆心对正、托盘(2)上表面与各打印喷头接触、各打印喷头移动至直径最大位置；打印开始后，设定六个打印喷头全部工作，各打印喷头同时在旋转的托盘(2)上挤出打印材料，开始第一层第一圈打印，托盘(2)旋转60度即完成第一层第一圈打印，再启动第五驱动电机(D5)，通过同步带分别牵引六个打印喷头向内收缩一个打印宽度距离，进行第一层第二圈打印，循环往复，自外向内遂圈打印，直至各打印喷头收缩并打印至直径最小位置，到达打印盲区，此时通过控制器(4)设定任意一个打印喷头为主打印喷头进行第一层盲区打印，其余五个打印喷头停止工作，再启动第三、第四驱动电机，移动所述主打印喷头完成第一层盲区打印；启动第二驱动电机(D2)，驱动托盘(2)下降一个打印层高，再利用主打印喷头打印第二层盲区；超过盲区后，启动第五驱动电机(D5)和第一驱动电机(D1)，自内向外逐圈完成第二层打印；周而复始，最终完成单件尺寸较大产品的整体打印。
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