CN109435241A - 一种3d打印装置 - Google Patents

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刘佳兴
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Abstract

本发明属于增材制造技术领域，公开了一种3D打印装置。该3D打印装置包括：丝盘，其包括多种材质和/或色彩的丝材；打印机构，其包括多个可旋转的喷头，喷头与丝材连接；进给机构，其分别与丝盘和喷头连接。本发明通过多个喷头与多种材质和/或色彩的丝材连接，实现了打印装置能够打印多材质和/或多色彩的成品，从而解决了现有打印装置打印成品材质和/或色彩单一的问题。

Description

一种3D打印装置
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种3D打印装置。
背景技术
3D打印技术是一种新兴的成型方法，其核心是将所需成形工件的三维模型切片处理转化为二维截面轮廓的组合，通过二维层面上的制造完成工件制造。3D打印有多种工艺实现方式，如挤出堆积成型、激光光固化成型、薄板层压成型等。
现有的基于挤出成型的3D打印机多采用熔融挤出成型(FDM)，这类技术的基本原理是：在两个(或多个)由电机驱动的摩擦轮提供驱动力的作用下，丝材被送入塑化熔融装置，先送进去的丝材逐渐软化并熔融，而未熔融丝材对已融化丝材进行活塞挤压，将已融化的丝材以一定的速度从喷嘴挤出，喷头沿着扫描规划路径运动，形成材料堆积路径，实现熔融挤出成形。这种喷头装置结构简单，进料稳定，定量挤出熔融丝材，但是由于采用丝状材料导致材料成本高，可供使用材料的广度和深度受到限制，且成形速度慢，存在喷嘴出丝滞后和流涎现象。此外，现有的FDM设备多是单喷头，只能处理单一种类材料，采用单喷头装置仅能实现单材料工件制造，难以完成多材料/多颜色工件制造。
因此，亟待需要提供一种新型3D打印装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印装置，以解决现有打印装置打印成品材质和/或色彩单一的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种3D打印装置，包括：
丝盘，其包括多种材质和/或色彩的丝材；
打印机构，其包括多个可旋转的喷头，喷头与丝材连接；
进给机构，其分别与丝盘和喷头连接。
作为优选，多个喷头均布于一载盘上，载盘连接有旋转电机，喷头的下方设有打印平台，载盘的轴线与打印平台倾斜设置，通过旋转电机驱动载盘的旋转，以使其中一个喷头距离打印平台最近。
作为优选，每个喷头沿丝材进给的方向依次包括气动插头、隔热环、喉管、加热块和喷嘴，载盘固设于气动插头和隔热环之间，加热块连接有热电阻和热电偶，喷嘴与打印平台垂直。
作为优选，旋转电机均通过一连接板可滑动地设于X向导轨上，X向导轨垂直连接有Y向导轨，并通过一连接件沿Y向导轨滑动，打印平台连接有Z向螺杆，打印平台能沿Z向螺杆上下移动。
作为优选，进给机构包括进给齿轮和与进给齿轮连接的进给电机，进给齿轮下方设有一线槽，线槽上设有多个供丝材穿入的进口和多个供丝材穿出的出口，线槽内部设有用于容纳丝材的腔体，进给齿轮的末端与腔体中的丝材抵接，通过进给电机驱动进给齿轮转动使丝材由进口向出口移动。
作为优选，进口向外延伸有第一插头，丝材通过第一插头进入进口中；出口向外延伸有第二插头，第二插头与喷头之间连接有耐温管。
作为优选，腔体上下贯通，且腔体的下方设有轮筒，轮筒连接有轮筒电机，轮筒沿周身螺旋地设有多个安装座，每个安装座内均安装有可转动的轴承，每个轴承分别与每条丝材相对；当轮筒电机驱动轮筒转动时，其中一个轴承与腔体内的其中一条丝材抵接。
作为优选，轴承的外圆周面设有环形凹槽，环形凹槽能容纳丝材，环形凹槽与进给齿轮共同转动以带动丝材由进口向出口移动。
作为优选，环形凹槽内壁的最低点至进给齿轮末端的距离小于丝材的直径。
作为优选，还包括分别与喷头和轮筒连接的控制机构，当控制机构控制喷头旋转一个工位时，控制机构同时控制轮筒旋转一个工位。
本发明的有益效果：
本发明通过多个喷头与多种材质和/或色彩的丝材连接，实现了打印装置能够打印多材质和/或多色彩的成品，从而解决了现有打印装置打印成品材质和/或色彩单一的问题。
附图说明
图1是本发明提供的3D打印装置的结构示意图；
图2是图1中打印机构的结构示意图；
图3是图1中进给机构的结构示意图；
图4是图3中线槽和轮筒的结构示意图。
图中：
1、丝盘；11、丝材；
2、打印机构；21、喷头；22、载盘；23、旋转电机；211、气动插头；212、隔热环；213、喉管；214、加热块；215、喷嘴；
3、打印平台；31、X向导轨；32、Y向导轨；33、Z向螺杆；
4、进给机构；41、进给齿轮；42、进给电机；
5、线槽；51、进口；52、出口；53、第一插头；54、第二插头；55、耐温管；
61、轮筒；62、轮筒电机；63、安装座；64、轴承；65、环形凹槽。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，其为本发明提供的一种3D打印装置的结构示意图。该3D打印装置包括丝盘1、打印机构2和进给机构4，其中：
丝盘1包括多种材质和/或色彩的丝材11，打印机构2包括多个可旋转的喷头21，喷头21与丝材11连接，进给机构4分别与丝盘1和喷头21连接，通过多个喷头21与多种材质和/或色彩的丝材11连接，实现了打印装置能够打印多材质和/或多色彩的成品，从而解决了现有打印装置打印成品材质和/或色彩单一的问题。
进一步地，如图1和图2所示，多个喷头21均布于一载盘22上，载盘22连接有旋转电机23，喷头21的下方设有打印平台3，载盘22的轴线与打印平台3倾斜设置，通过旋转电机23驱动载盘22的旋转，以使其中一个喷头21距离打印平台3最近。工作时，距离打印平台3最近的喷头21处于工作状态，且其喷嘴215垂直于打印平台3，而载盘22的轴线与打印平台3成一定角度倾斜，则是为了保证固定在载盘22上的喷头21之间存在高度差，从而可确保当某一个喷头21处于工作状态时，其它喷头21都不会对该喷头21和在打印平台3上的打印件产生干涉，进而确保打印的精度和便捷性。此外，载盘22的轴线与打印平台3之间的夹角和每个喷头21的喷嘴215的出料方向与载盘22的夹角相同，如此可使得喷嘴215的出料方向与打印平台3垂直。
进一步地，每个喷头21沿丝材11进给的方向依次包括气动插头211、隔热环212、喉管213、加热块214和喷嘴215，载盘22固设于气动插头211和隔热环212之间，加热块214连接有热电阻和热电偶(图中未示出)，喷嘴215与打印平台3垂直。气动插头211与耐温管55连接，起到固定耐温管55的作用，耐温管55优选采用内壁光滑且耐高温的聚四氟乙烯管。隔热环212用于避免加热块214的热量传递到载盘22和气动插头211，从而影响3D打印效果，隔热环212优选采用陶瓷材料制成。喉管213用于将由加热块214加热形成的熔融态或半熔融态的丝材导流至喷嘴215，起到更好的导向作用。喷嘴215的出口直径优选为0.1mm-1mm，设置不同精度的喷嘴215，便于实现高精度和快速打印。
进一步地，旋转电机23均通过一连接板30可滑动地设于X向导轨31上，X向导轨31垂直连接有Y向导轨32，并通过一连接件沿Y向导轨32滑动，打印平台3连接有Z向螺杆33，打印平台3能沿Z向螺杆33上下移动。通过设置X向导轨31和Y向导轨32，使得打印机构2能沿水平面来回移动；通过设置Z向螺杆33，使得打印平台3能沿竖直方向上下移动，如此使打印件成型。
进一步地，如图3所示，进给机构4包括进给齿轮41和与进给齿轮41连接的进给电机42，进给齿轮41下方设有一线槽5，线槽5上设有多个供丝材11穿入的进口51和多个供丝材11穿出的出口52，线槽5内部设有用于容纳丝材11的腔体，进给齿轮41的末端与腔体中的丝材11抵接，通过进给电机42驱动进给齿轮41转动使丝材11由进口51向出口52移动。进给齿轮41的齿廓可以为三角形、渐开线形、抛物线形或其它形状，通过进给齿轮41与线槽5内的丝材11的相互接触，并利用进给齿轮41的转动实现了丝材11的进给。
进一步地，进口51向外延伸有第一插头53，丝材11通过第一插头53进入进口51中；出口52向外延伸有第二插头54，第二插头54与喷头21之间连接有耐温管55。通过设置第一插头53和第二插头54，使得丝材11进出线槽5更加方便。
进一步地，腔体上下贯通，且腔体的下方设有轮筒61，轮筒61连接有轮筒电机62，轮筒61沿周身螺旋地设有多个安装座63，每个安装座63内均安装有可转动的轴承64，每个轴承64分别与每条丝材11相对；当轮筒电机62驱动轮筒61转动时，其中一个轴承64与腔体内的其中一条丝材11抵接，如此可实现所需的一条丝材11被进给齿轮41进给到耐温管55中，继而向喷头21内推进，如此在喷头21的内部形成活塞效应，从而将熔融或半熔融的丝材11由喷嘴215挤出；而此时其他丝材11并没有实现轴承64与进给齿轮41的咬合，因而不存在进给。
进一步地，如图3和图4所示，轴承64的外圆周面设有环形凹槽65，环形凹槽65能容纳丝材11，环形凹槽65与进给齿轮41共同转动以带动丝材11由进口51向出口52移动。在本实施方式中，环形凹槽65的具体形状可随丝材11的截面形状做具体调整，例如可以是圆形或方形。在丝材11的进给过程中，环形凹槽65对丝材11实现了半包裹的作用，从而使丝材11不会出现相对移动，方便丝材11的进给，进而实现进给的稳定性。具体地，环形凹槽65内还设由多个导向块，每两个相邻的导向块之间穿过丝材11，通过设置抵挡块也能进一步实现丝材11的进给稳定性。
进一步地，环形凹槽65内壁的最低点至进给齿轮41末端的距离小于丝材11的直径，如此可使得丝材11在进给的过程中受到弹性挤压而输送地更加顺畅，不会发生相对滑动，避免丝材11进给不连续的情况发生。
进一步地，上述3D打印装置还包括分别与喷头21和轮筒61连接的控制机构，当控制机构控制喷头21旋转一个工位时，控制机构同时控制轮筒61旋转一个工位。在切换丝材11时，由控制机构控制轮筒电机62和旋转电机23同时旋转，可保证在线槽5内能将所需丝材11咬合，并且与该丝材11连接的喷头21旋转至工作位置，从而实现了多材质和/或多色彩的丝材11的进给。本发明提供的打印机构2适应于不同材质和不同色彩的丝材11，优选地，可实现PLA、ABS、低熔点金属等多种颜色和/或材质的3D打印。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印装置，其特征在于，包括：
丝盘(1)，其包括多种材质和/或色彩的丝材(11)；
打印机构(2)，其包括多个可旋转的喷头(21)，所述喷头(21)与所述丝材(11)连接；
进给机构(4)，其分别与所述丝盘(1)和所述喷头(21)连接。
2.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，多个所述喷头(21)均布于一载盘(22)上，所述载盘(22)连接有旋转电机(23)，所述喷头(21)的下方设有打印平台(3)，所述载盘(22)的轴线与所述打印平台(3)倾斜设置，通过所述旋转电机(23)驱动所述载盘(22)的旋转，以使其中一个所述喷头(21)距离所述打印平台(3)最近。
3.根据权利要求2所述的3D打印装置，其特征在于，每个所述喷头(21)沿丝材(11)进给的方向依次包括气动插头(211)、隔热环(212)、喉管(213)、加热块(214)和喷嘴(215)，所述载盘(22)固设于所述气动插头(211)和所述隔热环(212)之间，所述加热块(214)连接有热电阻和热电偶，所述喷嘴(215)与所述打印平台(3)垂直。
4.根据权利要求2所述的3D打印装置，其特征在于，所述旋转电机(23)均通过一连接板(30)可滑动地设于X向导轨(31)上，所述X向导轨(31)垂直连接有Y向导轨(32)，并通过一连接件沿所述Y向导轨(32)滑动，所述打印平台(3)连接有Z向螺杆(33)，所述打印平台(3)能沿所述Z向螺杆(33)上下移动。
5.根据权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述进给机构(4)包括进给齿轮(41)和与所述进给齿轮(41)连接的进给电机(42)，所述进给齿轮(41)下方设有一线槽(5)，所述线槽(5)上设有多个供所述丝材(11)穿入的进口(51)和多个供所述丝材(11)穿出的出口(52)，所述线槽(5)内部设有用于容纳所述丝材(11)的腔体，所述进给齿轮(41)的末端与所述腔体中的所述丝材(11)抵接，通过所述进给电机(42)驱动所述进给齿轮(41)转动使所述丝材(11)由所述进口(51)向所述出口(52)移动。
6.根据权利要求5所述的3D打印装置，其特征在于，所述进口(51)向外延伸有第一插头(53)，所述丝材(11)通过所述第一插头(53)进入所述进口(51)中；所述出口(52)向外延伸有第二插头(54)，所述第二插头(54)与所述喷头(21)之间连接有耐温管(55)。
7.根据权利要求5所述的3D打印装置，其特征在于，所述腔体上下贯通，且所述腔体的下方设有轮筒(61)，所述轮筒(61)连接有轮筒电机(62)，所述轮筒(61)沿周身螺旋地设有多个安装座(63)，每个所述安装座(63)内均安装有可转动的轴承(64)，每个所述轴承(64)分别与每条所述丝材(11)相对；当所述轮筒电机(62)驱动所述轮筒(61)转动时，其中一个所述轴承(64)与所述腔体内的其中一条所述丝材(11)抵接。
8.根据权利要求7所述的3D打印装置，其特征在于，所述轴承(64)的外圆周面设有环形凹槽(65)，所述环形凹槽(65)能容纳所述丝材(11)，所述环形凹槽(65)与所述进给齿轮(41)共同转动以带动所述丝材(11)由所述进口(51)向所述出口(52)移动。
9.根据权利要求8所述的3D打印装置，其特征在于，所述环形凹槽(65)内壁的最低点至所述进给齿轮(41)末端的距离小于所述丝材(11)的直径。
10.根据权利要求8所述的3D打印装置，其特征在于，还包括分别与所述喷头(21)和所述轮筒(61)连接的控制机构，当所述控制机构控制所述喷头(21)旋转一个工位时，所述控制机构同时控制所述轮筒(61)旋转一个工位。
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