CN109624305B - 一种可多打印头同时打印的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D打印机，包括有多个打印机头、行走轨道以及打印机架；行走轨道上设有环形轨道；环形轨道内设有中空结构；行走轨道通过行走轨道基座固定设置于打印机架顶部；打印机架顶部设有漏空结构；中空结构穿过行走轨道基座和漏空结构与打印机架内部连通，以形成打印空腔；多个打印机头设置于环形轨道上，并可沿环形轨道移动，以对打印空腔内的物料进行打印；采用本发明提供的方案，可以大幅度降低打印构件所需时间，提高设备打印构件的生产效率，进而达到节能环保、绿色高效的目的。

Description

一种可多打印头同时打印的3D打印机

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种3D打印机。

背景技术

近年来3D打印技术已经成为了人们研究的热点，正逐步进入人们的日常生活之中；但是现有打印机普遍存在打印速度慢的情况，其主要是因为对于模型的切片处理过程中切片厚度的控制问题；切片厚度过大则影响打印制品表面形貌；切片厚度过低则会大幅度延长制品打印所需时间。

基于上述3D打印中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种3D打印机，旨在提高现有3D打印效率慢的问题。

本发明提供一种3D打印机，包括有多个打印机头、行走轨道以及打印机架；行走轨道上设有环形轨道；环形轨道内设有中空结构；行走轨道通过行走轨道基座固定设置于打印机架顶部；打印机架顶部设有漏空结构；中空结构穿过行走轨道基座和漏空结构与打印机架内部连通，以形成打印空腔；多个打印机头设置于环形轨道上，并可沿环形轨道移动，以对打印空腔内的物料进行打印。

进一步地，行走轨道基座包括X轴移动基板、Y轴移动基板以及基座底板；Y轴移动基板设置于基座底板上端面；X轴移动基板设置于Y轴移动基板上。

进一步地，打印机架内设有打印基板、打印基板固定轴、Z轴位移控制伺服电机以及打印基板Z轴位移控制丝杆；打印基板固定轴沿竖直方向设置于打印机架内的两侧；Z轴位移控制伺服电机设置于打印机架底部，并和打印基板Z轴位移控制丝杆传动连接，用于驱动打印基板Z轴位移控制丝杆；打印基板沿水平方向分别设置于打印机架内两侧的打印基板固定轴和打印基板Z轴位移控制丝杆上；打印基板Z轴位移控制丝杆沿竖直方向设置于打印机架内的一侧，并可带动所述打印基板上下移动。

进一步地，打印机头包括有物料仓、行走轮架、主机机体以及打印导头；物料仓设置于主机机体顶部，并与主机机体连通；打印导头设置于主机机体底部，并与主机机体连通；行走轮架套设于主机机体上，并将主机机体设置于环形轨道上。

进一步地，行走轮架包括上头行走轮架和下头行走轮架；上头行走轮架套设于主机机体顶部，并设置于环形轨道上层；下头行走轮架套设于主机机体底部，并设置于环形轨道下层。

进一步地，行走轮架包括行走滚轮、滚轮固定板、滚轮驱动电机以及机体固定环；行走滚轮通过滚轮固定板设置于滚轮驱动电机上，并与滚轮驱动电机传动连接；机体固定环固定设置于滚轮固定板一侧。

进一步地，主机机体包括主机机芯、外固定筒体以及主机机芯驱动电机；主机机芯侧边设有传动齿结构；外固定筒体套设于主机机芯上；主机机芯驱动电机设置于外固定筒体外或设置于主机机芯内，用于和传动齿结构传动连接，以使主机机芯和外固定筒体相对移动。

进一步地，打印导头包括导向性喷头组件和导头驱动电机；导头驱动电机与导向性喷头组件传动连接，用于驱动导向性喷头组件。

进一步地，导向性喷头组件包括机筒连接件、喷头转接头、喷头转接头套件、喷头传动组件以及喷头；喷头倾斜设置于喷头转接头套件底部侧边；喷头传动组件呈环状设置于喷头转接头套件周向上，用于和导头驱动电机传动连接；喷头转接头套件内设有腔体，喷头转接头设置于腔体内；机筒连接件一端通过喷头转接头与喷头转接头套件连接，其另一端与主机机体连接。

采用本发明提供的方案，最大的优点在于打印机头行走轨道为环形轨道，可以设置两个或者多个打印机头，同时展开打印工作；多个打印机头之间的工作分工可以是打印标的物切片层面的同一层面的不同部位，可以是各自打印不同的层级；该打印机不同打印机头可以打印同种材料，也可以打印不同材料；多个打印机头同时工作的功能可以大幅度降低打印构件所需时间，提高设备打印构件的生产效率，进而达到节能环保、绿色高效的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图 1 为本发明一种3D打印机整体结构示意图；

图2 为本发明一种3D打印机爆炸图；

图3 为本发明打印机头爆炸图；

图4 为本发明行走轨道结构示意图；

图5 为本发明行走轨道基座爆炸图；

图6 为本发明机架结构示意图；

图7 为本发明机头行走轮架结构示意图；

图8 为本发明主机机体结构示意图；

图9 为本发明打印导向头结构示意图；

图10 为本发明导向喷头结构示意图；

图11 为本发明打印构件示意图一；

图12 为本发明打印构件示意图二。

图中：1、打印机头；2、行走轨道；3、行走轨道基座；4、打印机架；5、物料仓；6、上机头行走轮架；7、主机机体；8、下机头行走轮架；9、打印导头；10、上轨道板；11、左连接板；12、右连接板；13、下轨道板；14、X轴移动基板；15、Y轴移动基板；16、基座底板；17、行走轨道基座连接板；18、左支撑板；19、右支撑板；20、打印基板；21、打印基板固定轴；22、打印基板Z轴位移控制丝杆；23、Z轴位移控制伺服电机；24、机架底板；25、机架支腿；26、行走滚轮；27、滚轮固定板；28、滚轮驱动电机；29、机体固定环；30、主机机芯；31、外固定筒体；32、主机机芯驱动电机；33、导向性喷头组件；34、导头驱动电机；35、机筒连接件；36、喷头转接头；37、喷头转接头套件；38、喷头传动组件；39、喷头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图 1至图12所示，本发明提供一种3D打印机，包括有打印机头1、行走轨道2以及打印机架4；行走轨道2上设有环形轨道，环形轨道形状可以但不限于是圆形、椭圆形、圆角矩形等，轨道可以但不限于是齿轮传动模式；环形轨道内设有中空结构；行走轨道2通过行走轨道基座3固定设置于打印机架4顶部；打印机架4顶部设有漏空结构；中空结构穿过行走轨道基座3和漏空结构与打印机架4内部连通，以形成打印空腔；打印机头1包括多个；多个打印机头1分别设置于环形轨道上，并可沿环形轨道移动，以对打印空腔内的物料进行打印；采用上述方案可以大幅度降低打印构件所需时间，提高设备打印构件的生产效率。

优选地，结合上述方案，如图 1至图12所示，本实施例中，行走轨道基座3包括X轴移动基板14、Y轴移动基板15以及基座底板16；Y轴移动基板15设置于基座底板16上端面；X轴移动基板14设置于Y轴移动基板15上；具体地，行走轨道基座3的Y轴移动基板上设有X轴轨道槽，完成组装后的打印机，可以在驱动电机的带动下，使X轴移动基板带动打印机头及其行走轨道沿X轴方向位移；行走轨道基座3的Y轴移动基板上设有Y轴轨道槽，完成组装后的打印机，可以在驱动电机的带动下，使Y轴移动基板带动打印机头及其行走轨道沿Y轴方向位移；进一步地，行走轨道2包括上轨道板和下轨道板，上轨道板和下轨道板互为对称结构，由中心开口的钢板与闭合轨道构成，钢板开口尺寸与轨道轮廓匹配。

优选地，结合上述方案，如图 1至图12所示，本实施例中，打印机架4内设有打印基板20、打印基板固定轴21、Z轴位移控制伺服电机23以及打印基板Z轴位移控制丝杆22；打印基板固定轴21沿竖直方向设置于打印机架4内的两侧；Z轴位移控制伺服电机23设置于打印机架4底部，并和打印基板Z轴位移控制丝杆22传动连接，用于驱动打印基板Z轴位移控制丝杆22；打印基板20沿水平方向分别设置于打印机架4内两侧的打印基板固定轴21和打印基板Z轴位移控制丝杆22上；打印基板20用于承接打印物品，即打印头打印的物料将落在打印基板20上；打印基板Z轴位移控制丝杆22沿竖直方向设置于打印机架4内的一侧，并可带动打印基板上下移动，以此调节打印基板承接距离，即打印过程中打印基本需要根据需要往下移动，将通过伺服电机控制丝杆的转动完成打印基板的上下移动；具体地，打印机架4包括行走轨道基座连接板17、左支撑板18、右支撑板19以及机架底板24；走轨道基座连接板17固定设置于打印机架4的顶部，用于固定连接行走轨道基座3；左支撑板18和右支撑板19分别设置于打印机架4的两侧；机架底板24固定设置于打印机架4的底部；打印基板固定轴21和打印基板Z轴位移控制丝杆22上下两端分别设置于行走轨道基座连接板17和机架底板24上；Z轴位移控制伺服电机23固定设置于机架底板24底部；机架底板24底部还设有机架支腿25。

优选地，结合上述方案，如图 1至图12所示，本实施例中，打印机头1包括有物料仓5、行走轮架、主机机体7以及打印导头9；物料仓5设置于主机机体7顶部，并与主机机体7连通；打印导头9设置于主机机体7底部，并与主机机体7连通；行走轮架套设于主机机体7上，并将主机机体7设置于环形轨道上；具体地，行走轮架包括上头行走轮架6和下头行走轮架8；上头行走轮架6套设于主机机体7顶部，并设置于环形轨道上层；下头行走轮架8套设于主机机体7底部，并设置于环形轨道下层；具体地，物料仓为打印机头提供打印物料，行走轮架实现打印机头的移动，主机机体完成对打印导头的物料供给，打印导头完成物料打印的精准定位。当打印材料为热塑性塑料的时候，打印导头还需要完成物料的加热熔融工序。

优选地，结合上述方案，如图 1至图12所示，本实施例中，行走轮架包括行走滚轮26、滚轮固定板27、滚轮驱动电机28以及机体固定环29；行走滚轮26通过滚轮固定板27设置于滚轮驱动电机28上，并与滚轮驱动电机28传动连接；机体固定环29固定设置于滚轮固定板27一侧。

优选地，结合上述方案，如图 1至图12所示，本实施例中，主机机体7包括主机机芯30、外固定筒体31以及主机机芯驱动电机32；主机机芯30侧边设有传动齿结构；外固定筒体31套设于主机机芯30上；主机机芯驱动电机32设置于外固定筒体31外或设置于主机机芯30内，用于和传动齿结构传动连接，以使主机机芯30和外固定筒体31相对移动。

优选地，结合上述方案，如图 1至图12所示，本实施例中，打印导头包括导向性喷头组件33和导头驱动电机34；导头驱动电机34与导向性喷头组件33传动连接，用于驱动导向性喷头组件33；具体地，导向性喷头组件33包括机筒连接件35、喷头转接头36、喷头转接头套件37、喷头传动组件38以及喷头39；其中，喷头39倾斜设置于喷头转接头套件37底部侧边，倾斜角度可根据常用打印构件尺寸及特点选配；喷头传动组件38呈环状设置于喷头转接头套件37周向上，用于和导头驱动电机34传动连接；喷头转接头套件37内设有腔体，喷头转接头36设置于腔体内；机筒连接件35一端通过喷头转接头36与喷头转接头套件37连接，其另一端与主机机体7连接。

结合上述方案，以下具体说明该3D打印机具体工作过程：

第一、 校准设备，完成设备物料配置工作，将打印基板调整至原始位置；

第二、第一个打印头在电机带动下沿轨道路线开始打印工作，执行物料打印第一层（或者第一层的一部分）的打印工作；根据打印物料性能需要（两层物料打印时间间隔要求），第二个打印头跟随在第一个打印头后面开始执行第二层的打印工作（或者执行第一层打印工作的部分工作）；直至第N个打印头开始工作；

第三、打印过程中打印机头通过沿轨道的移动和导向性喷头组件的转动完成X轴Y轴坐标定位；

第四、在打印过程中导向性喷头组件不能到达的位置可以通过行走轨道基座的移动完成；

第五、行走轨道基座移动过程中涉及打印头工作协调通过轨道移动速度或者暂定打印工作完成；

第六、当第一个打印头完成打印工作后通过机筒位移系统移动到第N+1层进行打印工作；待机筒位移至限程后等待其他打印机头完成工作，调整打印基板和打印头Z周轴坐标，然后重新开始打印工作。

优选地，结合上述方案，作为本发明3D打印的实施例一，以下为具体操作过程：

第一、使用热塑性聚合物粉料作为打印原材料，如图11所示，打印具有图11造型的混凝土装饰板材塑料模板；

第二、 将切片文件导入控制电脑，执行打印任务；

第三、第一号打印头开始第一层物料，首先沿模型外轮廓路线打印再打印内部支撑；在模型打印路线直线部分，喷头保持需要角度即可，无需导头电机运作；在打印模型曲线或者内部支撑折线部分时则需要启动导头电机，带动喷头转动配合打印机头轨道运动，完成曲线部分打印路线的打印工作；

第四、根据物料固化时间需要启动后续打印机头协调运作；根据具体需要通过主机机芯电机驱动，以及Z轴驱动电机带到打印基板完成打印机头与打印层面的协调运作；必要时可以暂停某些打印机头，等所有打印机头完成当前任务后统一重新开始协作。

优选地，结合上述方案，作为本发明3D打印的实施例二，以下为具体操作过程：

第一、完成设备准备工作后，启动两个打印机头展开打印工作，打印图10所示塑料模板构件；

第二、第一号打印头打印轮廓路线中直线部分，第二号打印头打印轮廓路线中曲线部分；

第三、 内部支撑折线部分根据模板强度需要对两个打印头进行区域分配；

第四、根据路径长短协调两个打印机打印速度，使两个打印机同时完成同一层面打印工作，进而展开下一层面打印工作。

优选地、结合上述方案，作为本发明3D打印的实施例三，以下为具体操作过程：

第一、 使用专用混凝土物料作为打印材料，打印图12构造房屋构件；

第二、 使用第一号打印头打印房屋构件外轮廓路线；

第三、 使用第二号打印头打印内轮廓路线；

第四、 使用第三号打印头打印内部支撑路；

第五、根据内部支撑需要工作量，可增加第四号打印头打印与第三号打印头分别打印部分内部支撑打印路线打印任务。

本发明提供的3D打印机可以使用多个打印头同时进行打印工作，该打印机包含专用打印机头、打印机头行走轨道、行走轨道基座以及打印机架等部分；通过打印头在行走轨道上的环形运动配合打印机头下端旋转导头的旋转运动完成物料打印。

采用本发明提供的方案，最大的优点在于打印机头行走轨道为环形轨道，可以设置两个或者多个打印机头，同时展开打印工作；多个打印机头之间的工作分工可以是打印标的物切片层面的同一层面的不同部位，可以是各自打印不同的层级；该打印机不同打印机头可以打印同种材料，也可以打印不同材料；多个打印机头同时工作的功能可以大幅度降低打印构件所需时间，提高设备打印构件的生产效率，进而达到节能环保、绿色高效的目的。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种3D打印机，其特征在于，包括有多个打印机头、行走轨道以及打印机架；所述行走轨道上设有环形轨道；所述环形轨道内设有中空结构；所述行走轨道通过行走轨道基座固定设置于所述打印机架顶部；所述打印机架顶部设有漏空结构；所述中空结构穿过所述行走轨道基座和所述漏空结构与所述打印机架内部连通，以形成打印空腔；多个所述打印机头设置于所述环形轨道上，并可沿所述环形轨道移动，以对所述打印空腔内的物料进行打印；所述行走轨道基座包括X轴移动基板、Y轴移动基板以及基座底板；所述Y轴移动基板设置于所述基座底板上端面；所述X轴移动基板设置于所述Y轴移动基板上。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述行走轨道包括上轨道板、下轨道板、左连接板以及右连接板；所述上轨道板设置于所述行走轨道的上端面；所述下轨道板设置于所述行走轨道的下端面；所述左连接板设置所述行走轨道的左侧，并位于所述上轨道板和所述下轨道板之间；所述右连接板设置所述行走轨道的右侧，并位于所述上轨道板和所述下轨道板之间；所述环形轨道设置于所述行走轨道的中心位置。

3.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述打印机架内设有打印基板、打印基板固定轴、Z轴位移控制伺服电机以及打印基板Z轴位移控制丝杆；所述打印基板固定轴沿竖直方向设置于所述打印机架内的两侧；所述Z轴位移控制伺服电机设置于所述打印机架底部，并和所述打印基板Z轴位移控制丝杆传动连接，用于驱动所述打印基板Z轴位移控制丝杆；所述打印基板沿水平方向分别设置于所述打印机架内两侧的所述打印基板固定轴和所述打印基板Z轴位移控制丝杆上；所述打印基板Z轴位移控制丝杆沿竖直方向设置于所述打印机架内的一侧，并可带动所述打印基板上下移动。

4.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述打印机头包括有物料仓、行走轮架、主机机体以及打印导头；所述物料仓设置于所述主机机体顶部，并与所述主机机体连通；所述打印导头设置于所述主机机体底部，并与所述主机机体连通；所述行走轮架套设于所述主机机体上，并将所述主机机体设置于所述环形轨道上。

5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述行走轮架包括上头行走轮架和下头行走轮架；所述上头行走轮架套设于所述主机机体顶部，并设置于所述环形轨道上层；所述下头行走轮架套设于所述主机机体底部，并设置于所述环形轨道下层。

6.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述行走轮架包括行走滚轮、滚轮固定板、滚轮驱动电机以及机体固定环；所述行走滚轮通过所述滚轮固定板设置于所述滚轮驱动电机上，并与所述滚轮驱动电机传动连接；所述机体固定环固定设置于所述滚轮固定板一侧。

7.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述主机机体包括主机机芯、外固定筒体以及主机机芯驱动电机；所述主机机芯侧边设有传动齿结构；所述外固定筒体套设于所述主机机芯上；所述主机机芯驱动电机设置于所述外固定筒体外或设置于所述主机机芯内，用于和所述传动齿结构传动连接，以使所述主机机芯和所述外固定筒体相对移动。

8.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述打印导头包括导向性喷头组件和导头驱动电机；所述导头驱动电机与所述导向性喷头组件传动连接，用于驱动所述导向性喷头组件。

9.根据权利要求8所述的3D打印机，其特征在于，所述导向性喷头组件包括机筒连接件、喷头转接头、喷头转接头套件、喷头传动组件以及喷头；所述喷头倾斜设置于所述喷头转接头套件底部侧边；所述喷头传动组件呈环状设置于所述喷头转接头套件周向上，用于和所述导头驱动电机传动连接；所述喷头转接头套件内设有腔体，所述喷头转接头设置于所述腔体内；所述机筒连接件一端通过所述喷头转接头与所述喷头转接头套件连接，其另一端与所述主机机体连接。

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