CN110712364A - 多喷头3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多喷头3D打印机，解决当前FDM型3D打印机打印效率低、速度慢以及大尺寸打印机设计制造难度大的问题。包括多个喷头组件，每个喷头组件中包含多个可独立控制送丝的喷头，每个喷头组件均可在对应的XY轴运动机构的驱动下独立做XY方向运动。多个喷头组件均支持多材料打印，可以在支撑材料与模型材料之间自动切换，通过多个喷头组件并行打印，提升了打印机的打印效率，同时本发明采用固定式打印平台结构降低了大尺寸打印机设计加工难度。

Description

多喷头3D打印机
技术领域
本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种多喷头3D打印机。
背景技术
3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。目前基于熔融沉积成型（FDM：Fused Deposition Modeling）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。
FDM打印机是通过将打印耗材熔融后挤成丝状，由点到线再到面慢慢堆叠沉积成型，因此和面成型工艺的3D打印技术相比，其打印效率较低，特别是打印较大尺寸的模型时，时常需要数十小时才能完成，因此这就限制了该项技术应用于大尺寸打印机上。目前常见的提高打印效率的方法是增加单层层厚，而增加层厚后会导致打印精度变低，使得模型表面变得粗糙。因此通过简单增加层厚来提高效率并不是理想选择。
目前已有专利提出了利用多打印头并行打印以提高打印效率的打印机结构，如申请号为201520670412.6的实用新型专利《一种多喷头3D打印机》，其提供了一种可实现并行打印的3D打印机，该打印机采用多个可独立运动的喷头来实现多喷头并行打印功能，但其方案存在以下不足，一是其每个喷头组件上仅有一个喷头和一个送丝机构，这种方式虽然结构简单，但因为只有一个喷头，模型与支撑只能使用同一种材料来打印，从而导致打印完成后去支撑的工作变得非常麻烦，这一缺陷在大尺寸复杂件打印时尤为明显，如果去支撑时一不小心伤到的模型本身，整个打印件就报废掉了。
其第二个不足之处在于，其采用喷头只实现水平运动，由打印平台来实现垂直运动，这一结构应用在大尺寸打印机上并不是特别理想，原因在于当打印尺寸加大后，打印件的极限重量会呈指数级增长，例如当打印机尺寸在400×400×400mm时，按材料密度为1.0g/cm3计算，其极限重量为64Kg；而当尺寸增加到1000×1000×1000mm时，其极限重量会增加到1000Kg。这就导致对平台的承载要求、平面度要求和加工精度要求均变得非常严苛，也由于此原因，如龙门铣床、落地躺铣床等大型机床几乎没有让工作台做Z向运动的。而多喷头并行打印方案在大尺寸打印方面才更有优势，其这一结构却增加了大尺寸打印机的设计制造难度。
申请号为201410445613.6的发明专利《多打印头的3D打印机的打印头、打印机构及3D打印机》专利中给出了另一种结构的多喷头并行打印的机构。该方案要求各喷头的运动平面不重叠，其通过能够实现伸缩的喷头让不在同一平面运动的喷头最终可以在同一高度进行打印，该方案的优势在于多个打印头不在同一平面运动，且喷头可伸缩，因此各喷头均可在全打印区域范围内独立运动。但当喷头数量较多时，该方案需要上层的喷头能够满足伸出时与最下层喷头处于同一平面，收缩后要能完全进入基座内，以使其能够跨过相邻层喷头，要实现这种喷头结构会非常复杂且精度难以保证。
如上分析，可以看出现有技术中多喷头并行打印的方案并不是非常理想。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多喷头3D打印机，通过采用支持多材料的喷头组件以及固定式打印平台结构，较好地实现了多打印头并行打印功能。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
提出一种多喷头3D打印机，包括运动机构、喷头组件及打印平台，所述打印机上设有N个喷头组件，所述N≥2且N为整数，所述喷头组件中包含K个可独立控制送丝的喷头，所述K≥2且K为整数，每个喷头组件均可在对应的XY轴运动机构的驱动下独立做XY方向运动。
优选的，所述喷头组件中包含喷头切换结构，用于实现打印过程中多个喷头之间的切换。
优选的，所述喷头组件中包含2个可独立控制送丝的喷头。
优选的，所述3D打印机中还包括运动支架，所述N个喷头组件及对应的XY轴运动机构安装在所述运动支架上，所述运动支架可在Z轴运动机构的驱动下做Z向运动，所述打印平台固定于运动支架下方。打印时打印平台固定不动，通过运动支架带动喷头组件进行Z向运动。
优选的，所述3D打印机还包括保温腔体，所述打印平台安装于保温腔体内部。
优选的，所述运动机构安装于保温腔体外部，所述喷头组件中各喷头的喷嘴伸入到保温腔体内部，喷头组件中挤丝机构安装于保温腔体外部。
本发明与现有技术相比，通过采用可独立送丝的多喷嘴喷头组件，使得每一个喷头组件均能打印多种不同材料，有效解决了复杂打印件不易去支撑以及多材料打印的问题，并通过采用固定式打印平台结构，解决了采用移动式平台方案的大尺寸打印机设计加工难度大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的三维结构示意图。
图2为本发明实施例的前视图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明多喷头3D打印机以及多喷头并行打印的方法做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思想。
如图1-2所示的多喷头3D打印机中包含3个喷头组件11，3个喷头组件11用于实现在打印平台12上并行打印。所述喷头组件11中包含两个独立的喷头，分别是模型喷头111和支撑喷头112。两个喷头分别用于打印模型材料和支撑材料，两个喷头可通过喷头组件11中的切换结构实现高低切换，打印时将工作喷头的喷嘴高度调整到低于非工作喷头喷嘴高度2mm左右的高度，防止非工作喷头会刮到打印模型导致打印失败。
运动支架15安装在Z轴运动机构14上，可在Z轴运动机构14的驱动下做Z向运动。运动支架15的前后两侧安装有两条X轴直线导轨151，3个横梁13安装在X轴直线导轨151上，并且可在其上做X轴运动。横梁13上设有两条Y轴直线导轨131，喷头组件11安装在直线导轨131上，并可在其上做Y轴运动。3个横梁13及各自的X轴驱动机构、3个横梁13上的Y轴直线导轨131和其上的Y轴驱动机构分别构成了3个所述喷头组件11对应的XY轴运动机构，3个XY轴运动机构共用X轴直线导轨151。从以上描述可以看出，3个喷头组件11可在上述机构驱动下独立做XY方向运动。
保温腔体16将打印平台12包裹在内部，所述XY轴运动机构及Z轴运动机构14均置于保温腔体16的外部。每个喷头组件11中两个喷头的喷嘴穿过保温腔体16顶部的保温层伸入其内部，而挤丝机等其余部件均置于保温腔体16外部。因为本实施例采用固定式打印平台结构，传统的保温腔体无法满足上述要求，因此该实施例中所采用的保温腔体为可变空间的保温腔体，本申请人在申请号为201810599282X的发明专利申请《可变空间的保温腔体结构及应用该结构的3D打印机》中对该腔体结构有详细阐述。
本实施例的核心技术点在于包含多个独立的喷头组件11，且单个喷头组件11中包含两个可切换高度的喷头，分别用于打印模型与支撑材料，解决了现有技术一次只能打印单种材料的缺陷，同时本实施例中的打印平台为固定式平台，通过将喷头组件11及对应的XY轴运动机构安装在运动支架15上，并由Z轴运动机构14驱动其做Z轴运动，从而实现了喷头组件可在XYZ三个方向运动。此结构解决了现有技术采用平台升降运动结构导致在大尺寸、重载打印时设计制造难度大，精度不易保证的缺陷。
本实施例展示的是本发明思路的典型应用，当模型包含两种以上模型材料时，只需要增加喷头组件中的喷头数量即可实现，对于更大尺寸的打印机，可进一步设置更多的喷头组件数量，以进一步提高打印效率。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.多喷头3D打印机，包括运动机构、喷头组件及打印平台，其特征在于，所述打印机上设有N个喷头组件，所述N≥2且N为整数，所述喷头组件中包含K个可独立控制送丝的喷头，所述K≥2且K为整数，每个喷头组件均可在对应的XY轴运动机构的驱动下独立做XY方向运动。
2.如权利要求1所述的多喷头3D打印机，其特征在于，所述喷头组件中包含喷头切换结构。
3.如权利要求1或2所述的多喷头3D打印机，其特征在于，所述喷头组件中包含2个可独立控制送丝的喷头。
4.如权利要求1所述的多喷头3D打印机，其特征在于，还包括运动支架，所述N个喷头组件及对应的XY轴运动机构安装在所述运动支架上，所述运动支架可在Z轴运动机构的驱动下做Z向运动，所述打印平台固定于运动支架下方。
5.如权利要求1所述的多喷头3D打印机，其特征在于，还包括保温腔体，所述打印平台安装于保温腔体内部。
6.如权利要求5所述的多喷头3D打印机，其特征在于，所述运动机构安装于保温腔体外部，所述喷头组件中各喷头的喷嘴伸入到保温腔体内部，喷头组件中挤丝机构安装于保温腔体外部。
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