CN106926459B - 多喷头自动切换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了多喷头自动切换系统，其包括支撑体、活动安装于支撑体并且可绕自身轴线转动的喷头切换机构、支撑体上还设置有用于驱动喷头切换机构旋转的电机；喷头切换机构包括旋转座，旋转座的上端面与支撑体活动连接并且可绕自身轴线转动，旋转座的下端面上安装有若干个沿其圆周方向均匀间隔排列的喷头，旋转座的上端面还设置有若干个沿其圆周方向均匀间隔排列的导料孔，导料孔的数目与喷头的数目相同并且导料孔的内腔与喷头的内腔以一一对应的方式进行接通；喷头的中心轴线与旋转座的中心轴线所在的平面为分隔面，相邻的分隔面之间的夹角相同，旋转座每次旋转的角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍。

Description

多喷头自动切换系统

技术领域

本发明涉及多喷头自动切换系统，可应用于3D打印机、挤塑机等喷头自动切换。

背景技术

以3D打印机为例，现有的3D打印机采用单喷头结构，喷头的喷料口的截面形状以及尺寸限定了熔化后的耗材轮廓、截面尺寸，用于在更换喷头时，需要进行退丝操作，并且待喷头冷却后才可以进行喷头的卸载操作。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多喷头式自动切换系统，并在3D打印机中的应用，可实现在切换喷头过程中无须进行退丝操作，并且在整个更换喷头过程中，无须人工操作。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

多喷头自动切换系统，其包括支撑体、活动安装于支撑体并且可绕自身轴线转动的喷头切换机构、支撑体上还设置有用于驱动喷头切换机构旋转的电机；

喷头切换机构包括旋转座，旋转座的上端面与支撑体活动连接并且可绕自身轴线转动，旋转座的下端面上安装有若干个沿其圆周方向均匀间隔排列的喷头，旋转座的上端面还设置有若干个沿其圆周方向均匀间隔排列的导料孔，导料孔的数目与喷头的数目相同并且导料孔的内腔与喷头的内腔以一一对应的方式进行接通；

支撑体上安装有引料管，设置于引料管内的引料腔底部的出料端始终与其中一个导料孔顶部的进料端接通；

旋转座与电机之间还设置有传动机构，电机提供的动力经过传动机构的传动可实现旋转座绕自身轴线转动，

喷头的中心轴线与旋转座的中心轴线所在的平面为分隔面，相邻的分隔面之间的夹角相同，旋转座每次旋转的角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍。

上述的多喷头自动切换系统可以应用于3D打印领域的多喷头自动切换，多喷头自动切换系统还包括用于耗材熔化的加热体。

进一步的，加热体安装于支撑体并且用于将处于引料腔内的耗材熔化。

旋转座倾斜安装于支撑体，旋转座的中心轴线与竖直平面之间的夹角为α，喷头以倾斜的方式安装于旋转座，喷头中心轴线与旋转座中心轴线之间的夹角为β，夹角α等于夹角β，并且与引料管接通的喷头的中心轴线呈竖直方向布置；当夹角α等于夹角β时，可实现工作状态下的喷头处于竖直方向布置，避免因为喷头倾斜放置影响3D打印效果，避免耗材的堆积不匀称。

上述的传动机构为空间槽轮机构，空间槽轮机构的主动件与电机输出端连接，空间槽轮机构的从动件与旋转座连接，电机提供动力并经过空间槽轮机构的传动可实现旋转座绕自身轴线转动；空间槽轮机构的主动件为主动旋转体，空间槽轮机构的从动件为球面槽轮，球面槽轮每次旋转的角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍。

球面槽轮的形状为中空的半球体，球面槽轮开口端部的壁部上设置有若干个沿其圆周方向均匀交错间隔分布并且数目相同的槽口、拨动槽，槽口的中心平分线与球面槽轮中心轴线所在的平面为基面a，拨动槽的中心平分线与球面槽轮中心轴线所在的平面为基面b，相邻的基面a之间的夹角、相邻的基面b之间的夹角、相邻的分隔面之间的夹角均相同，主动旋转体包括销轮、通过销臂与销轮连接的销轴，销轮为扇形结构并且其圆弧表面与槽口相匹配，销轮与电机输出端连接并且可绕传动轴的中心轴线转动，销轴与拨动槽相匹配并且销轴绕电机输出端的中心轴线转动过程中可拨动球面槽轮绕其中心轴线转动，当销轴拨动球面槽轮绕其中心轴线转动时，销轮的圆弧表面与槽口相脱离；空间槽轮机构的优越性在于，销轮的圆弧表面与槽口相匹配时，销轮可对球面槽轮起到锁止的作用，避免喷头的晃动，并且还具备传动的单向性优点。

支撑体底部设置有旋转导向凸起，引料腔沿旋转导向凸起的中心轴线方向穿设于其壁部，旋转导向凸起的中心处设置有型腔，旋转座的顶面设置有与旋转导向凸起相匹配的旋转槽，旋转座的顶面位于旋转槽外部的环状体为外环体，旋转座的顶面位于旋转槽内部的环状体为连接体，设置于旋转座顶面中心处的连接体位于型腔内；旋转导向凸起的底壁部与旋转槽槽底壁紧密贴合并且引料腔的卸料端与导料孔相接通。

进一步改进，旋转导向凸起的壁部还开设有与其共轴线布置的内槽，旋转槽内还设置有与旋转座共轴线布置并且与内槽相匹配的环状分隔板。

进一步的改进，引料管的顶部连接于进料管的出口处，进料管的外部设置有散热装置a，所述的散热装置a优选为间隔分布的散热片；电机的外部还套接有与支撑体连接的包裹体，包裹体的外部设置有散热装置b，所述的散热装置b优选为间隔分布的散热片。

进一步的改进，旋转座的底部设置有四个沿其圆周方向均匀间隔布置的连接座，喷头以可拆卸的方式安装于连接座，连接座的中心轴线与旋转座的中心轴线所在的平面为分隔面，相邻的分隔面之间的夹角为90度，四个喷头的喷料口的截面形状和/或尺寸不同。

本发明的优越性在于，可实现喷头的快速、自动切换，以适应不同打印对象的要求，并且根据打印对象的实际形状，可显著缩短打印的时间；本发明还提供了多喷头倾斜布局的设计方案，利用倾斜式分布，可避免非工作状态下的喷头与打印对象发生干涉。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为包裹体与电机相连接的结构示意图。

图3为支撑体与喷头切换机构、加热体相连接的结构示意图。

图4为支撑体的结构示意图。

图5为电机与喷头切换机构相连接的结构示意图。

图6为安装板的结构示意图。

图7为空间槽轮机构的结构示意图。

图8为旋转座的结构示意图。

图9为旋转座的结构示意图。

图10为旋转座的结构示意图。

图中标示为：

10、支撑体；110、引料管；120、型腔；130、旋转导向凸起；140、内槽；

20、进料管；

30、包裹体；

40、加热体；

50、喷头切换机构；510、旋转座；510a、轴孔；510b、旋转槽；510c、分隔板；510d、卡槽；510e、连接座；510f、导料孔；510g、喷头；

60、电机；610、传动轴；

70、安装板；710、夹板a；720、夹板b；730、夹持口a；740、夹持口b；

80、空间槽轮机构；810、主动旋转体；810a、销轮；810b、销轴；820、球面槽轮；820a、槽口；820b、拨动槽。

具体实施方式

本实施例以在3D打印机中的应用进行描述，本发明的多喷头自动切换系统在挤塑机、塑料挤出设备、食品加工设备等领域中的应用，其基本原理与在3D打印机中的应用相同，故不再赘述。

参见附图1-5，多喷头自动切换系统，其包括支撑体10、用于耗材熔化的加热体、活动安装于支撑体10并且可绕自身轴线转动的喷头切换机构50、支撑体10上还设置有用于驱动喷头切换机构50旋转的电机60。

参见附图4，支撑体10上安装有引料管110，支撑体10底部设置有旋转导向凸起130，引料管110内设置有引料腔并且引料腔的底部穿设于旋转导向凸起130的壁部，旋转导向凸起130的中心处设置有型腔120；优选地，引料腔沿旋转导向凸起130的中心轴线方向穿设于其壁部。

参加附图3、4，引料管110的顶部连接于进料管20的出口处，加热体40安装于支撑体10并且用于将处于引料腔内的耗材熔化；耗材经过进料管20的引导并延伸至引料管110内，在加热体40的作用下，对位于引料腔内的耗材进行熔化处理并从引料管110的底部出口处排出；为降低加热体40产生的热能对进料管20内的耗材产生影响，即为了避免位于进料管20的耗材发生熔化或者改变物理状态，进料管20的外部设置有散热装置a，所述的散热装置a优选为间隔分布的散热片。

参见附图1、2，电机60的外部还套接有与支撑体10连接的包裹体30，包裹体30的外部设置有散热装置b，所述的散热装置b优选为间隔分布的散热片；降低加热体40散发的热能对电机的影响。

参见附图3-5、8，喷头切换机构50包括旋转座510，旋转座510的顶面设置有与旋转导向凸起130相匹配的旋转槽510b，旋转座510的顶面位于旋转槽510b外部的环状体为外环体，旋转座510的顶面位于旋转槽510b内部的环状体为连接体，设置于旋转座510顶面中心处的连接体位于型腔120内；利用外环体与旋转导向凸起130圆环形外壁的滑动配合，可实现旋转座510绕旋转导向凸起130的中心轴线转动，旋转导向凸起的底壁部与旋转槽槽底壁紧密贴合，利用紧密贴合可防止处于熔融状态下的耗材溅射于旋转槽内，影响机构的运行；如图4、8、9所示，旋转导向凸起130的壁部还开设有与其共轴线布置的内槽140，旋转槽510b内还设置有与旋转座510共轴线布置并且与内槽140相匹配的环状分隔板510c；利用分隔板510c与内槽140的配合，可以提高旋转座510与旋转导向凸起130的同心度，并且增强结构的稳定性。

参见附图8-10，旋转座510的底部设置有若干个沿其圆周方向均匀间隔布置的连接座510e，连接座510e上安装有喷头510g，旋转槽510b内底面处还开设有与连接座510e内腔、喷头510g内腔相接通的导料孔510f；优选地，导料孔510f与连接座510e、喷头510g均共轴线布置；如图3、4、8-10所示，旋转座510的底部设置有四个沿其圆周方向均匀间隔布置的连接座510e，连接座510e的中心轴线与旋转座510的中心轴线所在的平面为分隔面，相邻的分隔面之间的夹角相同，即相邻的分隔面之间的夹角为90度。

上述的连接座510e与喷头510g之间优选采用可拆卸方式进行连接，例如采用螺纹配合的方式进行连接。

参见附图3-6，旋转座510通过安装板70与支撑体10连接，外环体的外壁部设置有与其共轴线布置的圆环状定位环，安装板由夹板a710、夹板b720组成，夹板a710上设置有一端开口的弧状夹持口a730，夹板b720上设置有一端开口的弧状夹持口b740，弧状夹持口a730与弧状夹持口b740开口相向设置围合成圆环状夹持孔，圆环状夹持孔套接于外环体的外部并且位于定位环的下方，安装板70通过螺钉等紧固件与支撑体10连接，并将定位环安装于旋转导向凸起130外部的槽孔内，实现对旋转座510与支撑体10的定位。

旋转座510上还设置有与电机输出轴连接的传动机构，旋转座510中心处的连接体连接于传动机构的从动件，电机输出轴连接于传动机构的主动件，由电机提供动力，并经过传动机构的传动，旋转座每次旋转的角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍，并且引料管110底部的出口处始终与其中一个导料孔510f接通。

经过熔化后的耗材在引料管110底部的出口处排出并从与之接通的导料孔流入喷头内，并从喷头的出料口喷出，当需要更换喷头时，由电机提供动能并经过传动机构的传动，使得旋转座510旋转特定角度，所述的特定角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍，旋转座510旋转后，引料管110底部的出口处与设置于更换后的喷头顶部并且与更换后的喷头相接通的导料孔接通，达到快速更换喷头目的。

参见附图5、7、8，上述的传动机构为平面槽轮机构或者空间槽轮机构80，优选地，上述的传动机构为空间槽轮机构80，具体地，空间槽轮机构80的主动件与电机60之间还连接有传动轴610，空间槽轮机构80的从动件与旋转座的连接体连接，空间槽轮机构80为间歇式传动机构，可实现偏转角度的定量化控制，空间槽轮机构80的主动件为主动旋转体810，空间槽轮机构80的从动件为球面槽轮820，球面槽轮820的形状为中空的半球体，球面槽轮820开口端部的壁部上设置有若干个沿其圆周方向均匀交错间隔分布并且数目相同的槽口820a、拨动槽820b，槽口820a的中心平分线与球面槽轮820中心轴线所在的平面为基面a，拨动槽820b的中心平分线与球面槽轮820中心轴线所在的平面为基面b，相邻的基面a之间的夹角、相邻的基面b之间的夹角、相邻的分隔面之间的夹角均相同，主动旋转体810包括销轮810a、通过销臂与销轮810a连接的销轴810b，销轮810a为扇形结构并且其圆弧表面与槽口820a相匹配，销轮810a与传动轴610的输出端连接并且可绕传动轴610的中心轴线转动，销轴810b与拨动槽820b相匹配并且销轴810b绕传动轴610的中心轴线转动过程中可拨动球面槽轮820绕其中心轴线转动，当销轴810b拨动球面槽轮820绕其中心轴线转动时，销轮810a的圆弧表面与槽口820a相脱离；空间槽轮机构80的优越性在于，销轮810a的圆弧表面与槽口820a相匹配时，销轮810a可对球面槽轮820起到锁止的作用，避免喷头的晃动，并且还具备传动的单向性。

参见附图10，四个喷头的喷料口的截面形状或者尺寸均不相同，可针对加工件的要求进行自由切换，例如，当采用喷料口的截面为矩形的喷头时，采用刷式进行打印，可显著缩短对厚壁部分的打印时间。

在3D打印领域，由于工件在竖直方向上存在高度的要求，多喷头采用平面式布局存在较大的弊端，容易与部分高度参差不齐的工件产生干涉，为此，本发明采用倾斜式布局方式，工作状态下的喷头与非工作状态下的喷头进行高度上的分隔，解决干涉问题。

具体地，参见附图1、3、5、8，旋转座510倾斜安装于支撑体10，旋转座510的中心轴线与竖直平面之间的夹角为α，优选地，10度≤α≤70度，喷头510g以倾斜的方式安装于旋转座510，喷头510g中心轴线与旋转座510中心轴线之间的夹角为β，优选地，夹角α等于夹角β，并且与引料管110接通的喷头的中心轴线呈竖直方向布置；当夹角α等于夹角β时，可实现工作状态下的喷头处于竖直方向布置，避免因为喷头倾斜放置影响3D打印效果，避免耗材的堆积不匀称。

Claims (3)

1.多喷头自动切换系统，其特征在于，其包括支撑体、活动安装于支撑体并且可绕自身轴线转动的喷头切换机构、支撑体上还设置有用于驱动喷头切换机构旋转的电机；

喷头切换机构包括旋转座，旋转座的上端面与支撑体活动连接并且可绕自身轴线转动，旋转座的下端面上安装有若干个沿其圆周方向均匀间隔排列的喷头，旋转座的上端面还设置有若干个沿其圆周方向均匀间隔排列的导料孔，导料孔的数目与喷头的数目相同并且导料孔的内腔与喷头的内腔以一一对应的方式进行接通；

支撑体上安装有引料管，设置于引料管内的引料腔底部的出料端始终与其中一个导料孔顶部的进料端接通；

旋转座与电机之间还设置有传动机构，电机提供的动力经过传动机构的传动可实现旋转座绕自身轴线转动，

喷头的中心轴线与旋转座的中心轴线所在的平面为分隔面，相邻的分隔面之间的夹角相同，旋转座每次旋转的角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍；

多喷头自动切换系统还包括用于耗材熔化的加热体，加热体安装于支撑体并且用于将处于引料腔内的耗材熔化；

旋转座倾斜安装于支撑体，旋转座的中心轴线与竖直平面之间的夹角为α，喷头以倾斜的方式安装于旋转座，喷头中心轴线与旋转座中心轴线之间的夹角为β，夹角α等于夹角β；与引料管接通的喷头的中心轴线呈竖直方向布置；

上述的传动机构为空间槽轮机构，空间槽轮机构的主动件与电机输出端连接，空间槽轮机构的从动件与旋转座连接，电机提供动力并经过空间槽轮机构的传动可实现旋转座绕自身轴线转动；空间槽轮机构的主动件为主动旋转体，空间槽轮机构的从动件为球面槽轮，球面槽轮每次旋转的角度为相邻的分隔面之间的夹角的整数倍；

球面槽轮的形状为中空的半球体，球面槽轮开口端部的壁部上设置有若干个沿其圆周方向均匀交错间隔分布并且数目相同的槽口、拨动槽，槽口的中心平分线与球面槽轮中心轴线所在的平面为基面a，拨动槽的中心平分线与球面槽轮中心轴线所在的平面为基面b，相邻的基面a之间的夹角、相邻的基面b之间的夹角、相邻的分隔面之间的夹角均相同，主动旋转体包括销轮、通过销臂与销轮连接的销轴，销轮为扇形结构并且其圆弧表面与槽口相匹配，销轮与电机输出端连接并且可绕传动轴的中心轴线转动，销轴与拨动槽相匹配并且销轴绕电机输出端的中心轴线转动过程中可拨动球面槽轮绕其中心轴线转动，当销轴拨动球面槽轮绕其中心轴线转动时，销轮的圆弧表面与槽口相脱离；

支撑体底部设置有旋转导向凸起，引料腔沿旋转导向凸起的中心轴线方向穿设于其壁部，旋转导向凸起的中心处设置有型腔，旋转座的顶面设置有与旋转导向凸起相匹配的旋转槽，旋转座的顶面位于旋转槽外部的环状体为外环体，旋转座的顶面位于旋转槽内部的环状体为连接体，设置于旋转座顶面中心处的连接体位于型腔内；旋转导向凸起的底壁部与旋转槽槽底壁紧密贴合并且引料腔的卸料端与导料孔相接通。

2.根据权利要求1所述的多喷头自动切换系统，其特征在于，引料管的顶部连接于进料管的出口处，进料管的外部设置有散热装置a，所述的散热装置a为间隔分布的散热片；电机的外部还套接有与支撑体连接的包裹体，包裹体的外部设置有散热装置b，所述的散热装置b为间隔分布的散热片。

3.根据权利要求1所述的多喷头自动切换系统，其特征在于，旋转座的底部设置有四个沿其圆周方向均匀间隔布置的连接座，喷头以可拆卸的方式安装于连接座，连接座的中心轴线与旋转座的中心轴线所在的平面为分隔面，相邻的分隔面之间的夹角为90度，四个喷头的喷料口的截面形状和/或尺寸不同。