CN105904735B - 用于3d打印机的着色装置和3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于3D打印机的着色装置和3D打印机，用于3D打印机的着色装置包括：着色块，着色块具有贯通其轴向的线材通孔；多个墨盒组，在垂直于着色块的轴向的平面内，多个墨盒组的投影沿着色块的周向均匀间隔布置，且多个墨盒组沿着色块的轴向均匀间隔布置，每个墨盒组包括相对于着色块对称布置的两个墨盒；驱动组件，驱动组件用于选择性地驱动多个墨盒组中的一个在远离线材通孔的初始位置和靠近所述线材通孔的着色位置间可切换。根据本发明实施例的用于3D打印机的着色装置，驱动组件用于选择性地驱动多个墨盒中的一个在远离着色块的初始位置和靠近着色块的着色位置间可切换，可以实现对线材的多色着色，进而最终实现多色或彩色3D打印。

Description

用于3D打印机的着色装置和3D打印机

技术领域

本发明涉及一种用于3D打印机的着色装置以及具有该用于3D打印机的着色装置的3D打印机。

背景技术

目前，市场上极少有多彩/全彩3D打印机，其价格极度昂贵，动辄百万。而价格低廉、普及度最高的FMD技术的3D打印技机，打印件的颜色只能取决于使用材料的颜色。如果需要实现有多彩/全彩的打印，技术上很难实现。

FMD技术的3D打印技机采用熔融沉积增材制造技术，使用丝状可融材料作为耗材。用送料机通过送料管将耗材送入打印喷头。丝状材料在喷头中加热熔化然后挤出在打印台上层叠成型。使用什么颜色的耗材，打印出来的物品也是什么样的单一颜色。如果想实现同一打印件的颜色变化，现有的技术和方法主要有以下两种：

1、人工中断更换耗材法：该方法在打印过程中，中断打印机工作。手工退出原有打印耗材，然后手工换入其他颜色丝状耗材，继续打印。该方法基本没有实际应用价值，原因其一是：整个过程中需要松开送料机构，从送料管中抽出耗材，然后重新插入新耗材，恢复送料机构。换料过程繁琐，时间较长，容易出错导致整个打印失败。其二是：在换料的过程中喷嘴内残留的耗材会滴入打印件导致打印件破坏甚至失败。另外中断过程中，高温喷头长时间停留在打印件的某一固定位置，极容易导致打印件被融化造成打印缺陷甚至打印失败。其三是：FMD打印速度较慢，一般物件打印需要几小时甚至几十小时。人工换料基本不可能几十小时固守在打印机旁。

2、双耗材或多耗材法：该方法采用两个或2个以上的送料机和喷头，同时装载两种或两种以上颜色的耗材。在打印过程中，由程序控制当前使用哪一套送料机和喷头，以挤出某一种颜色的耗材，实现换色打印。该方法实现了自动换色，但是实际应用过程中，存在以下问题：一、打印过程采用两个或两个以上的送料机和喷嘴，这些机构并不能并行运行，而是在使用过程按需进行切换。而送料机和喷嘴是目前FMD打印机中故障点最高的部分。在长达几小时甚至几十小时的打印过程中，越多的送料和喷嘴机构将极大的降低打印稳定性提高打印失败分险。二、两个及以上的喷嘴在打印过程中需要反复的对各个喷嘴进行定位，任何一次的定位失败，都会导致整个打印失败。三、暂时不使用的各个喷嘴在运动过程当中，极易将各自的耗材滴漏至打印件上，轻则会导致打印件颜色混乱显脏，重则会导致打印失败。四、由于各个送料机和喷嘴是轮换工作，一种颜色直接换到另外一种颜色，所以只能实现不同的颜色分层。不能实现颜色过渡和真正的多彩/真彩打印。五、多个送料机和喷嘴增大了机器的负载同时很大程度上提高了机器成本。六、不易控制，难以推广升级，该方案只能在机器出厂时成型，对于一些原有的机器无法升级改造。所以在实际应用中，一般的FMD机器最多只采用两套送料机和喷嘴机构，并且被用来作为可溶性支撑打印。并不用来实现两种颜色的切换。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种可以实现多色着色的用于3D打印机的着色装置。

本发明的另一目的在于提出一种具有上述用于3D打印机的着色装置的3D打印机。

根据本发明实施例的用于3D打印机的着色装置，包括：着色块，所述着色块具有贯通其轴向的线材通孔；多个墨盒组，在垂直于所述着色块的轴向的平面内，多个所述墨盒组的投影沿所述着色块的周向均匀间隔布置，且多个所述墨盒组沿所述着色块的轴向均匀间隔布置，每个所述墨盒组包括相对于所述着色块对称布置的两个墨盒；驱动组件，所述驱动组件用于选择性地驱动多个所述墨盒组中的一个在远离所述线材通孔的初始位置和靠近所述线材通孔的着色位置间可切换。

根据本发明的一个示例，所述着色块包括依次相连第一着色块、第二着色块、第三着色块和第四着色块，多个所述墨盒组包括与所述第一着色块对应的第一墨盒组、与所述第二着色块对应的第二墨盒组、与所述第三着色块对应的第三墨盒组以及与所述第四着色块对应的第四墨盒组。

根据本发明的一个示例，每个所述墨盒均包括盒体和弹性件，所述弹性件的第一端与所述着色块相连且所述弹性件的第二端与所述盒体相连，所述弹性件用于推动所述盒体处于所述初始位置。

根据本发明的一个示例，所述弹性件均为弹簧。

根据本发明的一个示例，所述驱动组件包括：齿轮盘，所述齿轮盘设置为绕所述着色块的轴线可转动；两个立柱，两个所述立柱设在所述齿轮盘上且两个所述立柱相对于所述齿轮盘对称设置；与多个所述墨盒组一一对应的多个突触组，多个所述突触组对称地设在两个所述立柱的内壁上；驱动器，所述驱动器用于驱动所述齿轮盘转动；当多个所述突触组中的一个与对应的多个所述墨盒组中的一个接触时，该所述墨盒组处于所述着色位置，当多个所述突触组中的一个与对应的多个所述墨盒组中的一个脱开时，该所述墨盒组处于所述初始位置。

根据本发明的一个示例，所述驱动器为驱动电机。

根据本发明的一个示例，所述驱动电机为步进电机或舵机。

根据本发明的一个示例，每个所述墨盒还包括固定卡，所述固定卡与所述着色块相连用于限定所述盒体沿着所述着色块的径向移动。

根据本发明的一个示例，所述的用于3D打印机的着色装置还包括限位传感器，所述限位传感器设在所述齿轮盘上。

根据本发明实施例的3D打印机，包括上述任一项所述的用于3D打印机的着色装置。

根据本发明实施例的用于3D打印机的着色装置，驱动组件用于选择性地驱动多个墨盒中的一个在远离着色块的初始位置和靠近着色块的着色位置间可切换，可以实现对线材的多色着色，进而最终实现多色或彩色3D打印。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于3D打印机的着色装置的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的用于3D打印机的着色装置的墨盒组与着色块的示意图，其中，墨盒组处于初始位置；

图3是根据本发明一个实施例的用于3D打印机的着色装置的墨盒组与着色块的示意图，其中，墨盒组处于着色位置；

图4是根据本发明一个实施例的用于3D打印机的着色装置的齿轮盘、立柱与突触的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的用于3D打印机的着色装置。

如图1至图4所述，根据本发明实施例的用于3D打印机的着色装置，包括：着色块100，多个墨盒组210，220，230，240，驱动组件(图中未示出)。

具体地说，着色块100具有贯通其轴向的线材通孔110。有利地，着色块100构造成圆柱状，在圆柱状着色块上具有贯通其轴向的线材通孔110，以供打印线材通过。

在垂直于着色块100的轴向的平面内，多个墨盒组的投影沿着色块100的周向均匀间隔布置，且多个墨盒组沿着色块100的轴向均匀间隔布置，每个墨盒组包括相对于着色块100对称布置的两个墨盒。

有利地，着色块100包括依次相连第一着色块(未示出)、第二着色块(未示出)、第三着色块(未示出)和第四着色块(未示出)，多个墨盒组包括与所述第一着色块对应的第一墨盒组210、与所述第二着色块对应的第二墨盒组220、与所述第三着色块对应的第三墨盒组230以及与所述第四着色块对应的第四墨盒组240。

所述驱动组件用于选择性地驱动多个墨盒组210，220，230，240中的一个在远离线材通孔110的初始位置和靠近线材通孔110的着色位置间可切换。

换言之，每个墨盒组可以对应一种颜色，例如，不同的墨盒组对应红色、绿色、黄色或黑色。在一般状态上，多个墨盒组210，220，230，240均处于上述初始位置。而当需要对线材进行着色时，例如，需要对线材的一部分着红色，则所述驱动装置驱动红色的墨盒组处于着色位置，以对打印线材进行着色。

这里需要说明的是，着色块100上设有沿其径向贯通的多个通道，每个通道对应一个墨盒组，以供墨盒组靠近或远离线材通孔100，这对于本领域技术人员来说，可以理解的。

根据本发明的一个示例，如图2和图3所示，每个墨盒均包括盒体211和弹性件212，弹性件212的第一端与着色块100相连且弹性件212的第二端与盒体211相连，弹性件212用于推动盒体211处于所述初始位置。弹性件212均为弹簧。也就是说，当驱动组件与墨盒组脱开后，墨盒会在弹簧的回复力的作用下，从着色位置切换到初始位置。有利地，每个墨盒还包括固定卡213，固定卡213与着色块100相连用于限定盒体211沿着着色块100的径向移动。

如图4所示，根据本发明的一个示例，所述驱动组件包括：齿轮盘410，两个立柱421，422，多个突触组431，432，驱动器(未示出)。

齿轮盘410设置为绕着色块100的轴线可转动。即，齿轮盘410上具有中心通孔，以供着色块100穿过。

两个立柱421，422设在齿轮盘410上且两个立柱421，422相对于齿轮盘410对称设置。有利地，多个墨盒组置于两个立柱421，422之间。

多个突触组与多个墨盒组一一对应，多个突触组431，432对称地设在两个立柱421，422的内壁上。

所述驱动器用于驱动齿轮盘410转动，当多个突触组中的一个与对应的多个墨盒组中的一个接触时，该墨盒组处于着色位置，当多个突触组中的一个与对应的多个墨盒组中的一个脱开时，该墨盒组处于初始位置。

有利地，所述的用于3D打印机的着色装置还包括限位传感器(未示出)，所述限位传感器设在齿轮盘410上。由此，可以更精确地驱动多个墨盒组中的一个在初始位置和着色位置间切换。

有利地，所述驱动器为驱动电机。进一步地，所述驱动电机为步进电机或舵机。

下面简单介绍根据本发明实施例的用于3D打印机的着色装置的工作过程。

1.初始化：在开始正式打印前，计算机对驱动器发出旋转指令，驱动器带动齿轮盘转动，直至计算机检测到齿轮盘上的限位传感器处于初始位置，此时，多个墨盒组全部处于初始位置，不对线材进行任何颜色的着色处理。装置初始化完成。

2.驱动器根据计算机指令，进行转动。驱动器的转动通过齿轮带动机构内部的齿轮盘旋转一定角度，使得齿轮盘立柱上的突触部分推动某一色墨盒组，使得墨盒完全包裹线材并给与一定的压力对线材进行着色，同时计算机控制送丝机构推送或回抽耗材，当耗材着色长度达到要求长度时，驱动器接受计算机指令驱动齿轮盘旋转至另一个墨盒位置进行其他颜色着色。重复上述过程，实现实时对线材进行彩色着色达到彩色打印目的。

3.计算机会根据本着色机构到喷嘴间的线材长度进行预着色，以确保实际打印时色彩的准确控制。

4.着色块100的尺寸限定了墨盒的尺寸，更小的墨盒着色体的厚度将有着更高的着色控制精度。

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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，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”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。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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于3D打印机的着色装置，其特征在于，包括：

着色块，所述着色块具有贯通其轴向的线材通孔；

多个墨盒组，在垂直于所述着色块的轴向的平面内，多个所述墨盒组的投影沿所述着色块的周向均匀间隔布置，且多个所述墨盒组沿所述着色块的轴向均匀间隔布置，每个所述墨盒组包括相对于所述着色块对称布置的两个墨盒；

驱动组件，所述驱动组件用于选择性地驱动多个所述墨盒组中的一个在远离所述线材通孔的初始位置和靠近所述线材通孔的着色位置间可切换。

2.根据权利要求1所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，所述着色块包括依次相连第一着色块、第二着色块、第三着色块和第四着色块，多个所述墨盒组包括与所述第一着色块对应的第一墨盒组、与所述第二着色块对应的第二墨盒组、与所述第三着色块对应的第三墨盒组以及与所述第四着色块对应的第四墨盒组。

3.根据权利要求2所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，每个所述墨盒均包括盒体和弹性件，所述弹性件的第一端与所述着色块相连且所述弹性件的第二端与所述盒体相连，所述弹性件用于推动所述盒体处于所述初始位置。

4.根据权利要求3所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，所述弹性件均为弹簧。

5.根据权利要求3所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，所述驱动组件包括：

齿轮盘，所述齿轮盘设置为绕所述着色块的轴线可转动；

两个立柱，两个所述立柱设在所述齿轮盘上且两个所述立柱相对于所述齿轮盘对称设置；

与多个所述墨盒组一一对应的多个突触组，多个所述突触组对称地设在两个所述立柱的内壁上；

驱动器，所述驱动器用于驱动所述齿轮盘转动；

当多个所述突触组中的一个与对应的多个所述墨盒组中的一个接触时，该所述墨盒组处于所述着色位置，当多个所述突触组中的一个与对应的多个所述墨盒组中的一个脱开时，该所述墨盒组处于所述初始位置。

6.根据权利要求5所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，所述驱动器为驱动电机。

7.根据权利要求6所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，所述驱动电机为步进电机或舵机。

8.根据权利要求5所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，每个所述墨盒还包括固定卡，所述固定卡与所述着色块相连用于限定所述盒体沿着所述着色块的径向移动。

9.根据权利要求5所述的用于3D打印机的着色装置，其特征在于，还包括限位传感器，所述限位传感器设在所述齿轮盘上。

10.一种3D打印机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的用于3D打印机的着色装置。