CN106945275A - 一种用于3d打印机的多功能喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于3D打印机的多功能喷头，包括支架及设于支架上的喷嘴组件、加热组件、送料组件、散热组件及检测组件；其中，喷嘴组件包括喷嘴和喉管，加热组件设于喷嘴和喉管之间，用于加热喷嘴融腔；送料组件包括打印丝导管、挤出机齿轮、与挤出机齿轮相匹配的转轮及用于驱动挤出机齿轮的驱动电机，打印丝导管、喉管和喷嘴的轴线在同一直线上，挤出机齿轮和转轮设于打印丝导管和喉管之间，用于将打印丝从打印丝导管送入喉管；散热组件用于冷却所述喉管，检测组件用于检测打印丝导管内有无打印丝穿过以及转轮是否旋转。该喷头集合了进丝、卡丝/断丝检测、自动测高及调平功能，且具有体积小、重量轻、进丝力度大、打印材质适应性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印设备领域，具体涉及一种用于3D打印机的多功能喷头。
背景技术
3D 打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y 平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、FDM 熔融层积成型技术、SLA 立体平版印刷技术、SLS 选区激光烧结等。
FDM 熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。
目前基于 FDM 原理的3D 打印机在使用中经常会碰到以下问题：①打印过程中因送丝轮打滑造成喷头不出丝或出丝断断续续；②料盘打印丝断丝或打印丝供应不足导致的打印失败；③进丝电机扭矩不足导致的卡丝；④喷头体积大、过重导致的整机不稳，模型打印质量不好等问题；⑤维修不便；⑥测高及调平模块过于复杂且结构存在缺陷。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种用于 3D 打印机的多功能喷头，集合了进丝、打印丝卡丝检测、打印丝断丝检测、自动测高及调平功能，且具有体积小、重量轻、进丝力度大、打印材质适应性强等优点。
为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
一种用于3D打印机的多功能喷头，包括支架及设于支架上的喷嘴组件、加热组件、送料组件、散热组件及检测组件；其中，所述喷嘴组件包括喷嘴和喉管，所述加热组件设于喷嘴和喉管之间，用于加热喷嘴融腔；所述送料组件包括打印丝导管、挤出机齿轮、与挤出机齿轮相匹配的转轮及用于驱动挤出机齿轮的驱动电机，所述打印丝导管、喉管和喷嘴的轴线在同一直线上，所述挤出机齿轮和转轮设于打印丝导管和喉管之间，用于将打印丝从打印丝导管送入喉管；所述散热组件用于冷却所述喉管，所述检测组件用于检测打印丝导管内有无打印丝穿过以及所述转轮是否旋转。
进一步的，所述驱动电机通过齿轮组连接所述挤出机齿轮，所述齿轮组包括小直齿轮和大直齿轮，所述小直齿轮与电机输出轴紧配合，并按照一定传动比与大直齿轮啮合，所述大直齿轮与所述挤出机齿轮紧配合。
优选的，所述小直齿轮与大直齿轮的传动比为3:1。
进一步的，所述检测组件包括固定于支架上的电路板及设于电路板上的打印丝检测单元和转轮检测单元，其中，所述打印丝检测单元为设于电路板上的限位开关，所述打印丝导管的侧壁上开有缺口，所述限位开关通过该缺口进入打印丝导管，以检测打印丝导管内有无打印丝穿过。
进一步的，所述转轮检测单元为设于电路板上与转轮端面相对应的光学传感器，所述转轮端面设有易于检测的条纹或图案。
进一步的，所述转轮通过位置调节机构安装于所述支架上，所述转轮通过位置调节机构安装于所述支架上，所述位置调节机构用于调节转轮与挤出机齿轮之间的径向距离，包括转轮压杆、调节螺母、调节螺钉及弹簧；其中，所述转轮通过轴承固定安装于转轮压杆的一端，所述转轮压杆间隙活动安装于电机输出轴上，所述弹簧设于转轮压杆的另一端和调节螺母之间；所述调节螺母和调节螺钉与设于支架上的内槽配合，使调节螺母在调节螺钉的自旋转带动下沿轴向滑动，调节弹簧的压紧程度，实现转轮对打印丝径向压力的调节。
进一步的，还包括测高调节机构，所述测高调节机构包括设有压力传感器的测压块，所述喉管固定于测压块的一端，所述测压块的另一端固定于支架上。
进一步的，所述加热组件包括设于喷嘴和喉管之间的加热块及设于加热块侧面的加热装置和测温装置。
进一步的，所述散热组件包括设于喉管外侧的散热片和用于冷却所述散热片的风扇。
进一步的，所述散热组件还包括风道件，所述风道件固定于风扇出风口处，用于对风扇出风口的风向进行分流变向，一部分吹向散热件，另一部分吹向喷嘴下方
本发明的有益效果为：本发明的喷头集进丝检测、卡丝检测、自动测高及调平等功能于一体，且与平常的喷头比较具有体积小、重量轻、功能多、材料适应性强、拆装方便等优点，可及时检测出打印过程中出现卡丝、滑丝、断丝等突发情况，以便及时进行维护。同时，其进丝结构较普通喷头而言进丝力度大，可有效避免由于电机扭矩小而造成的卡丝现象，且进丝过程由风扇及时对散热片降温，以免热量传至喉管处，有效避免了进丝过程出现的由于进丝阻力大而造成的卡丝、滑丝现象，从而有效解决了打印过程由于喷头因素而导致打印失败的问题。
附图说明
图1为本发明的多功能喷头较佳实施例的结构示意图。
图2为图1中实施例另一侧的结构示意图。
图3为图1实施例中部分组件的结构示意图。
图4为图1中实施例的整体爆炸图。
附图标记说明：1-喷嘴；2-加热块；3-电机；4-打印丝；5-喉管；6-散热片；7-小直齿轮；8-大直齿轮；9-检测丝转轮；10-轴承；11-保持架；12-电路板；13 -端盖；14-转轮压杆；15-螺钉；16-螺母；17-风扇；18-螺钉；19-轴承；20-打印丝导管；21-连接架；22-风道；23-螺钉；24-挤出机齿轮；25-压簧；26-螺钉；27-测压块；28-加热装置；29-垫柱；30-螺钉；31,32-螺钉；33-测温装置；34,35-螺钉；36-缺口。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
如图1-4为本发明的用于 3D 打印机的多功能喷头较佳实施例的结构示意图。如图所示，其包括电机3、小直齿轮7、大直齿轮8、挤出机齿轮24、保持架11、电路板12、端盖13、转轮9、转轮压杆14、压簧25、打印丝导管20、测压块27、喉管5、散热片6、加热块2、喷嘴1、风扇17、风道22、连接架21等零件，保持架11、端盖13和连接架21组成支架，电路板12安装于支架内。
其中，电机 3 与小直齿轮7 依靠平面紧配合，小直齿轮7 与大直齿轮8 按照一定传动比进行啮合，优选传动比为3:1；大直齿轮8 与挤出机齿轮24 紧配合。挤出机齿轮24两侧装配有轴承10，一侧轴承与保持架11 紧配合，另一侧与端盖13 紧配合，螺钉30 可穿过端盖13、挤出机齿轮24、保持架11 等零件固定在电机3 上，在电机3 的驱动下实现挤出机齿轮24 转动以驱动打印丝4 进丝的目的。由于打印丝4 进丝速度与电机3 最大扭矩的转速存在一定的速度差，进行一定传动比的传动结构设计使电机3 驱动过程处在最优曲线内，实现最大扭矩进丝的目的。
转轮 9 与轴承19 紧配合，通过螺钉18 使轴承19 固定在转轮压杆14上，转轮压杆14 可与电机3 输出轴间隙配合，转轮压杆14 一端与小直齿轮7 端面接触，另一端与端盖13 上伸出的套管接触，限制了转轮压杆14 的轴向滑动，从而实现了其可绕电机3 输出轴进行转动。转轮压杆14 另一端使压簧25 压在其凸点处，调节螺母16、调节螺钉15 与保持架11 内槽配合，可使调节螺母16 滑动而不可进行旋转，调节螺钉15 转动而不可进行滑动，通过保持架11 端面的过孔调节压簧25 的压紧程度，从而实现转轮9 对打印丝4 的径向压力，可针对不同材质的打印丝4 进行压力调节，增加打印丝4 材质适应性。
转轮9 端面贴有黑白相间的纸带，其正对面焊接在电路板12 上的检测装置如光学传感器可对转轮9 进行实时检测。工作时，在电机3 的驱动下打印丝4 进丝，其从动的转轮9 也会相应的随之转动，检测装置接收到相应的信号。当机器卡丝时，打印丝4会被迫停止向下进丝，此时转轮9 也会停止转动，检测装置也会收到相应的信号，从而实现进丝卡丝检测功能。优选的，转轮9 外边缘面为半圆形凹槽设计，对打印丝4 可起到导向作用，使进丝更顺畅，降低进丝失败概率。
打印丝导管20镶嵌至保持架 11 另一卡槽内，打印丝4 可通过保持架11 上面的过孔进入打印丝导管20。导管侧壁开有缺口36，此缺口36可使焊接在电路板12 上的限位开关透过此缺口36进行打印丝断丝检测，当打印丝4 通过打印丝导管20 时会按压限位开关，当没有打印丝4 或者打印丝4 折断时，此限位开关会恢复至原始状态，起到断丝检测功能。
打印丝 4 通过打印丝导管20 按压断丝检测限位开关，送至挤出机齿轮24 与转轮9 之间，在电机3 的驱动下打印丝4 进入喉管5。喉管5 侧壁有温度保护结构，喉管5 外侧有散热片6，可对喉管5 及喉管5 以上进行温度控制，使打印丝4 保持一定的韧性以进入下面的喷嘴1 融腔处。喉管5 与喷嘴1 中间采用加热块2 进行连接，加热块2 侧面有加热装置28、测温装置33，可对加热块2温度进行精确控制，准确将温度传递至喷嘴1 融腔处。
喉管5 使用螺钉34 固定在测压块27的一端，测压块27的另一端通过螺钉35 固定在保持架11 上，在测高过程中喷嘴1 与打印平台接触会产生一定的压力，此时会激活测压块27上的压力传感器，从而达到平台面调节功能。具体的，测压块27为中间开通孔的铝块且上下两侧面贴有压力应变片，铝块的一端在受到压力的作用下会产生一定的形变，而主要形变在相对薄弱的开通孔处，通孔上下两侧面会产生相应的形变，致使附着在铝块上的压力应变片阻值产生相应的变化，此变化的阻值反馈到电路上面，从而达到检测压力的目的。采用此种结构，设计紧凑、体积小，且检测精度高，保持了整个喷头的紧凑性。
连接架 21 通过侧面螺钉23 和正面螺钉26 进行禁锢，连接架21 可与打印机进行连接，风扇17 通过螺钉32 与垫柱29 固定在连接架21 上，风道22 固定在风扇17 出风口处，风道22 内部对风扇17 的风向进行变向，一部分可对散热片6 进行散热，另一部分可对模型进行快速冷却。采用此种设计，使风扇的数量减少到一个，提高了散热效率，且保持了整个喷头的紧凑性。
电路板 12 一面贴紧保持架11 卡槽内，另一面贴紧端盖13，四颗螺钉30 穿过端盖13、保持架11 固定于电机3 上。
上述实施例中的喷头结构紧凑，拆装方便、重量轻，可实现稳定的进丝功能、打印丝卡丝检测功能、打印丝断丝检测功能、自动测高及调平功能等。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：包括支架及设于支架上的喷嘴组件、加热组件、送料组件、散热组件及检测组件；其中，所述喷嘴组件包括喷嘴和喉管，所述加热组件设于喷嘴和喉管之间，用于加热喷嘴融腔；所述送料组件包括打印丝导管、挤出机齿轮、与挤出机齿轮相匹配的转轮及用于驱动挤出机齿轮的驱动电机，所述打印丝导管、喉管和喷嘴的轴线在同一直线上，所述挤出机齿轮和转轮设于打印丝导管和喉管之间，用于将打印丝从打印丝导管送入喉管；所述散热组件用于冷却所述喉管，所述检测组件用于检测打印丝导管内有无打印丝穿过以及所述转轮是否旋转。
2.如权利要求1所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述驱动电机通过齿轮组连接所述挤出机齿轮，所述齿轮组包括小直齿轮和大直齿轮，所述小直齿轮与电机输出轴紧配合，并按照一定传动比与大直齿轮啮合，所述大直齿轮与所述挤出机齿轮紧配合。
3.如权利要求2所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述小直齿轮与大直齿轮的传动比为3:1。
4.如权利要求1所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述检测组件包括固定于支架上的电路板及设于电路板上的打印丝检测单元和转轮检测单元，其中，所述打印丝检测单元为设于电路板上的限位开关，所述打印丝导管的侧壁上开有缺口，所述限位开关通过该缺口进入打印丝导管，以检测打印丝导管内有无打印丝穿过。
5.如权利要求4所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述转轮检测单元为设于电路板上与转轮端面相对应的光学传感器，所述转轮端面设有易于检测的条纹或图案。
6.如权利要求1所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述转轮通过位置调节机构安装于所述支架上，所述位置调节机构用于调节转轮与挤出机齿轮之间的径向距离，包括转轮压杆、调节螺母、调节螺钉及弹簧；其中，所述转轮通过轴承固定安装于转轮压杆的一端，所述转轮压杆间隙活动安装于电机输出轴上，所述弹簧设于转轮压杆的另一端和调节螺母之间；所述调节螺母和调节螺钉与设于支架上的内槽配合，使调节螺母在调节螺钉的自旋转带动下沿轴向滑动，调节弹簧的压紧程度，实现转轮对打印丝径向压力的调节。
7.如权利要求1所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：还包括测高调节机构，所述测高调节机构包括设有压力传感器的测压块，所述喉管固定于测压块的一端，所述测压块的另一端固定于支架上。
8.如权利要求1-7任一项所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述加热组件包括设于喷嘴和喉管之间的加热块及设于加热块侧面的加热装置和测温装置。
9.如权利要求8所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述散热组件包括设于喉管外侧的散热片和用于冷却所述散热片的风扇。
10.如权利要求9所述的用于3D打印机的多功能喷头，其特征在于：所述散热组件还包括风道件，所述风道件固定于风扇出风口处，用于对风扇出风口的风向进行分流变向，一部分吹向散热件，另一部分吹向喷嘴下方。
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