CN110757798B - 一种多材料3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多材料3D打印机，包括机架、底板、Z轴平移机构、打印平台、斜拔机构、安装板和至少两个盛料机构；所述底板固定安装于机架上；所述Z轴平移机构支撑于底板上，并能相对于底板移动；所述Z轴平移机构上安装有一光机，光机能随Z轴平移机构移动至任一盛料机构底部；所述打印平台安装于Z轴平移机构上，其能上下升降和水平移动；所述斜拔机构的底端安装于底板上，顶端连接安装板，其能驱动安装板翻转；所述盛料机构并排设置于安装板上；所述打印平台能沿盛料机构排布方向平移至各盛料机构的上方，以利用各盛料机构中不同打印材料实现多材料打印。本发明能实现多种材料打印，且打印脱模快速，并能有效解决打印材料打印不上的问题。

Description

一种多材料3D打印机

【技术领域】

本发明涉及一种打印机，具体涉及一种多材料3D打印机，属于3D打印技术领域。

【背景技术】

3D打印机又称三维打印机，是一种采用累积制造技术(即快速成形技术)的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。

现有技术的3D打印机如中华人民共和国实用新型专利第201720190250.5号所示。然而，上述打印机在实际使用过程中往往存在以下缺陷：

1、其只能打印一种材料，不能支持多材料打印，存在打印材料单一的问题，不能满足一个打印件能打印多种材料的需求。

2、盛放打印溶液的盛液槽高度无法调节，进而无法调整打印材料液面和打印平台的距离，存在打印材料打印不上的问题。

3、当打印材料粘稠度较高时，打印平台脱模慢且困难，脱模效率低进而影响打印速度。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的多材料3D打印机，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本发明的目的在于一种多材料3D打印机，其能实现多种材料打印，且打印脱模快速，并能有效解决打印材料打印不上的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多材料3D打印机，其包括机架、底板、Z轴平移机构、打印平台、斜拔机构、安装板以及至少两个盛料机构；其中，所述底板固定安装于机架上；所述Z轴平移机构支撑于底板上，并能相对于底板移动；所述Z轴平移机构上安装有一光机，光机能随Z轴平移机构移动至任一盛料机构底部；所述打印平台安装于Z轴平移机构上，其能上下升降，并能随Z轴平移机构移动；所述斜拔机构的底端安装于底板上，顶端连接安装板，其能驱动安装板翻转；所述盛料机构并排设置于安装板上；所述打印平台能沿盛料机构排布方向平移至各盛料机构的上方，以利用各盛料机构中不同打印材料实现多材料打印。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述Z轴平移机构包括Z轴固定板、同步带电机、同步带、滑块以及导轨；所述Z轴固定板上安装有打印平台升降机构和光机，并随Z轴固定板移动；所述同步带电机安装于底板上，其连接并驱动同步带；所述同步带上固定有一固定块；所述固定块固定于Z轴固定板的底部，使同步带带动Z轴固定板平移；所述滑块安装于Z轴固定板的底部；所述导轨安装于底板上，滑块和导轨相配合，并能沿导轨移动。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述导轨设置有两条，其布置于同步带电机的两侧；所述导轨的底部垫有一水平条。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述水平条具体为大理石条。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述固定块夹持所述同步带，使同步带和固定块相固结。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述斜拔机构包括支撑板、转轴、斜拔杆组、铰接座以及斜拔驱动模组；其中，所述支撑板水平安装于机架上；所述转轴通过轴承座枢接于支撑板上；所述安装板和转轴相枢接，使安装板能绕转轴转动；所述斜拔杆组的顶端和安装板的底部相铰接，底端和铰接座相铰接；所述斜拔驱动模组连接并驱动铰接座，使铰接座移动。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述支撑板上开设有若干让位孔，所述光机及斜拔杆组穿过让位孔；所述支撑板一端还固定有光电传感器I，该光电传感器I确定Z轴平移机构的起点和/或复位。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述斜拔杆组具体为两根交叉设置的斜拔杆。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述斜拔驱动模组具体采用正反丝杠驱动模组，使两铰接座能同步相向或相背移动。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述斜拔驱动模组的一侧设有两个光电传感器II；所述铰接座上设有一挡杆，所述挡杆能插入光电传感器II，以检测铰接座的位置。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述盛料机构包括轴承固定座、转盘轴承、驱动电机、转盘以及盛料槽；其中，所述轴承固定座固持于安装板上；所述转盘轴承枢接于轴承固定座上；所述转盘轴承内侧的下端设有一圈齿圈，上端设有内螺纹；所述驱动电机安装于安装板上，其连接并驱动一驱动齿轮；所述驱动齿轮和齿圈啮合，使驱动齿轮依次驱动齿圈、转盘轴承转动；所述转盘的外侧设有外螺纹；所述外螺纹和转盘轴承的内螺纹螺接，通过转动转盘来调整转盘高度；所述盛料槽和转盘相固接，其随转盘转动。

本发明的多材料3D打印机进一步设置为：所述盛料机构设置有并排设置的3个；各盛料机构配置有一套刮刀机构，该刮刀机构安装于安装板上，其延伸入盛料槽。

本发明的多材料3D打印机还设置为：所述转盘的外螺纹上螺接有一锁紧圈，所述锁紧圈能抵接于转盘轴承上，其上开设有螺孔；所述螺孔内螺接有锁紧螺钉，锁紧螺钉能抵接于外螺纹上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的多材料3D打印机通过设置多个盛料机构以及能带动打印平台移动的Z轴平移机构，从而能够实现一个打印件能打印多种材料。

2.本发明的多材料3D打印机的Z轴平移机构通过电机驱动，同步带传动，光电传感器实现Z轴平移机构定位准确；打印平台与光机相对固定设置，保证打印过程中不会出现错位现象。

3.本发明的多材料3D打印机的斜拔机构可以使打印平台快速脱模，提高打印速率，尤其适用于打印材料粘稠度较高的打印材料。

4.本发明的多材料3D打印机的斜拔机构配套交叉结构的斜拔杆和光电传感器，使斜拔机构的承重性能好，定位准确。

5.本发明的多材料3D打印机的每个盛料槽高度能够单独调节，从而调整打印成型面的高度，保证打印材料能够打印得上。

【附图说明】

图1是本发明的多材料3D打印机的立体图，

图2是本发明的多材料3D打印机另一视角的立体图。

图3是本发明的多材料3D打印机的剖面图。

图4是图3中A处的局部放大图。

图5是本发明的多材料3D打印机在斜拔机构倾斜时的状态图。

图6是图5中B处的局部放大图。

图7是本发明的多材料3D打印机的局部立体图。

图8是本发明的多材料3D打印机的盛料机构的局部立体分解图。

图9是本发明的多材料3D打印机的盛料机构的局部剖面图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图9所示，本发明为一种多材料3D打印机，其能将多种打印材料打印至一个打印件上，其由机架1、底板2、Z轴平移机构3、打印平台4、斜拔机构5、安装板6以及至少两个盛料机构7等几部分装配而成。

其中，所述底板2固定安装于机架1上。

所述Z轴平移机构3支撑于底板2上，并能相对于底板2移动，所述Z轴平移机构3上安装有一光机8，光机8能随Z轴平移机构3移动至任一盛料机构7底部，其能对打印材料进行固化，且仅需设置一套光机8，从而大大降低打印机的成本。

所述Z轴平移机构3由Z轴固定板31、同步带电机32、同步带33、滑块34以及导轨35等几部分组成。所述Z轴固定板31上安装有打印平台升降机构9和光机8，打印平台升降机构9和光机8能随Z轴固定板31移动，使Z轴固定板31到达相应的盛料机构7下方。

所述同步带电机32安装于底板2上，其连接并驱动同步带33。所述同步带33上固定有一固定块36，通过同步带33带动固定块36往复移动。在本实施方式中，所述固定块36系夹持所述同步带33，使同步带33和固定块36相固结。进一步的，所述固定块36固定于Z轴固定板31的底部，使固定块36能带动Z轴固定板31平移，再通过Z轴固定板31联动打印平台升降机构9和光机8。

所述滑块34安装于Z轴固定板31的底部。所述导轨35安装于底板2上，滑块34和导轨35相配合，并能沿导轨35移动。在本实施方式中，所述导轨35设置有两条，其布置于同步带电机32的两侧，从而能够平稳支撑Z轴固定板31，避免Z轴固定板31倾覆。进一步的，所述导轨35的底部垫有一水平条37，在本实施方式中，所述水平条37具体为大理石条，大理石条便于加工，且平面度好，从而保证打印平台能够水平、顺畅的移动。

所述打印平台4安装于Z轴平移机构3的打印平台升降机构9上，其能由打印平台升降机构9驱动而上下升降，使打印平台4浸入盛料机构7的打印材料中。同时，该打印平台4还能随Z轴平移机构3沿盛料机构7排布方向平移至各盛料机构7的上方，以利用各盛料机构7中不同打印材料，实现一个打印机多材料打印。本实施方式的打印平台升降机构9和打印平台4均为现有技术，故，在此不再赘述。

所述Z轴平移机构3的工作过程如下：同步带电机32转动，带动同步带33运动，同步带33带动其上的固定块36移动，固定块36联动Z轴固定板31移动，通过Z轴固定板31带动打印平台升降机构9、打印平台4及光机8平移，使打印平台4和光机8能够到达任一盛料机构7的上方，从而能够实现一个打印件能打印多种材料，并保证打印过程中不会出现错位现象。

进一步的，所述斜拔机构5的底端安装于底板2上，顶端连接安装板6，其能驱动安装板6翻转，安装板6联动盛料机构7，使打印平台快速脱模，从而提高打印速率。具体的说，所述斜拔机构5由支撑板51、转轴52、斜拔杆组53、铰接座54以及斜拔驱动模组55等几部分组成。

其中，所述支撑板51水平安装于机架1上。所述支撑板51上开设有若干让位孔56，所述光机8及斜拔杆组53穿过让位孔56，光机8投射出的光经让位孔56投射至盛料机构7的底部。

所述支撑板51一端还固定有若干光电传感器I39，该光电传感器I39不仅用于精准确定Z轴平移机构3的移动起点，并以此起点为基准，由软件控制Z轴平移机构3的移动距离(本实施方式中，移动距离设置为227mm)；另外，光电传感器I39还能对Z轴平移机构3在多次往复移动时产生的误差起到清零复位作用。

所述转轴52通过轴承座59枢接于支撑板51上。所述安装板6和转轴52相枢接，使安装板6能绕转轴52转动，使安装板6倾斜，安装板6联动盛料机构7，以实现打印平台4和打印材料之间脱模。

所述斜拔杆组53的顶端和安装板6的底部相铰接，底端和铰接座54相铰接。在本实施方式中，所述斜拔杆组53具体为两根交叉设置的斜拔杆，从而使斜拔机构5的承重性能好，并使安装板6升降平稳。

所述斜拔驱动模组55连接并驱动铰接座54，使铰接座54移动。所述斜拔驱动模组55具体采用正反丝杠驱动模组，使两铰接座54能同步相向或相背移动，从而使两根斜拔杆升降的同步性好。

所述斜拔驱动模组55的一侧设有两个光电传感器II57。其中一铰接座54上设有一挡杆58，所述挡杆58能插入光电传感器II57，以检测铰接座54和安装板6的位置。即当挡杆58插入其中一光电传感器II57，挡杆58切断光电传感器II57，此时安装板6处于水平状态；当打印平台4需要脱模时，斜拔驱动模组55启动，并驱动铰接座54相背运动，当挡杆58插入另一光电传感器II57，挡杆58切断该光电传感器II57，此时安装板6呈倾斜状态以实现脱模(如图5所示)。

所述斜拔机构5的工作过程如下：当打印平台4需要脱模时，斜拔驱动模组55启动，使铰接座54相背移动而相互远离，此时，铰接座54带动斜拔杆组53下降，斜拔杆组53降低后使安装板6的一端降低，另一端绕转轴52转动，从而使安装板6倾斜；安装板6倾斜后使其上的盛料机构7倾斜，而打印平台4保持不动，从而实现打印平台4的脱模。

再进一步的，所述盛料机构7并排设置于安装板6上，并随安装板6活动。在本实施方式中，所述盛料机构3设置有并排设置的3个，当然也可以根据实际打印材料的数量进行增减。各盛料机构7由轴承固定座71、转盘轴承72、驱动电机73、转盘74以及盛料槽75等几部分装配而成。

其中，所述轴承固定座71固持于安装板6上。所述转盘轴承72枢接于轴承固定座71上，其能相当于轴承固定座71转动。所述转盘轴承72内侧的下端设有一圈齿圈76，上端设有内螺纹77。

所述驱动电机73安装于安装板6的底部，其连接并驱动一驱动齿轮78。所述驱动齿轮78和齿圈76啮合，使驱动齿轮78依次驱动齿圈76、转盘轴承72转动。

所述转盘74的外侧设有外螺纹79；所述外螺纹79和转盘轴承72的内螺纹77螺接。

所述盛料槽75和转盘74相固接，通过转盘74带动盛料槽75转动。由于转盘74和转盘轴承72采用螺纹连接，当需要调节盛料槽75的高度时，只需要转动转盘74，即可实现转盘74和盛料槽75的升降，从而调整盛料槽75底面和打印平台4之间的间距，即打印成型面的高度，保证打印材料能够打印得上。

所述转盘74的外螺纹79上进一步螺接有一锁紧圈741，于锁紧圈741上开设有螺孔742，所述螺孔742内螺接有锁紧螺钉743。当调节转盘74和盛料槽75的高度时，需要先将锁紧螺钉743拧松，再将锁紧圈741向上转动，之后转动转盘74，使转盘74升降而调节高度。当转盘74高度调整到位后，转动锁紧圈741，使锁紧圈741抵接在转盘74的上表面，最后将锁紧螺钉743拧紧，锁紧螺钉743抵接于外螺纹79上，使转盘74和转盘轴承72相固持，使转盘轴承72能够传动转盘74。

各盛料机构7配置有一套刮刀机构10，该刮刀机构10安装于安装板6上，其延伸入盛料槽75，并能将打印材料刮平。所述刮刀机构10为现有技术，故，在此亦不再赘述。

所述盛料机构7的设计原理如下：当需要调节盛料槽75的高度时，只需要转动转盘74，在外螺纹79和内螺纹77的共同配合下使转盘74和盛料槽75顶升，进而调整盛料槽75的打印成型面的高度，避免在换打印材料过程中不会出现打不上的现象。

当盛料机构7工作时，驱动电机73驱动驱动齿轮78转动，驱动齿轮78联动齿圈76，齿圈76带动转盘轴承72，转盘轴承72驱动转盘74转动，最后转盘74联动盛料槽75转动。

采用上述多材料3D打印机的打印方法包括如下步骤：

1)，Z轴平移机构3带动光机8和打印平台4平移，使光机8移动至待使用的盛料槽75底部，打印平台4移动至盛料槽75顶部；

2)，驱动电机73驱动盛料槽75转动，通过刮刀机构10将盛料槽75的打印材料刮成一个平整的打印层，之后盛料槽75停止转动；

3)，打印平台4下降，使打印平台4下表面和盛料槽75底部的间距为切片设定的打印厚度(打印一次的厚度)；光机8投影图像范围，使投影范围内的打印材料固化在打印平台4上；

4)，斜拔机构5启动，使安装板6倾斜，使打印平台4上的固化层和盛料槽75分离；之后打印平台4和斜拔机构5复位；

5)，Z轴平移机构3继续带动光机8和打印平台4平移至下一个待使用的盛料槽75相应位置，然后重复步骤2)～4)进行逐层打印，直到打印完成。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多材料3D打印机，其特征在于：包括机架、底板、Z轴平移机构、打印平台、斜拔机构、安装板以及至少两个盛料机构；其中，所述底板固定安装于机架上；所述Z轴平移机构支撑于底板上，并能相对于底板移动；所述Z轴平移机构上安装有一光机，光机能随Z轴平移机构移动至任一盛料机构底部；所述打印平台安装于Z轴平移机构上，其能上下升降，并能随Z轴平移机构移动；所述斜拔机构的底端安装于底板上，顶端连接安装板，其能驱动安装板翻转；所述盛料机构并排设置于安装板上；所述打印平台能沿盛料机构排布方向平移至各盛料机构的上方，以利用各盛料机构中不同打印材料，实现一个打印件多种材料打印；

所述斜拔机构包括支撑板、转轴、斜拔杆组、铰接座以及斜拔驱动模组；其中，所述支撑板水平安装于机架上；所述转轴通过轴承座枢接于支撑板上；所述安装板和转轴相枢接，使安装板能绕转轴转动；所述斜拔杆组的顶端和安装板的底部相铰接，底端和铰接座相铰接；所述斜拔驱动模组连接并驱动铰接座，使铰接座移动；

所述盛料机构包括轴承固定座、转盘轴承、驱动电机、转盘以及盛料槽；其中，所述轴承固定座固持于安装板上；所述转盘轴承枢接于轴承固定座上；所述转盘轴承内侧的下端设有一圈齿圈，上端设有内螺纹；所述驱动电机安装于安装板上，其连接并驱动一驱动齿轮；所述驱动齿轮和齿圈啮合，使驱动齿轮依次驱动齿圈、转盘轴承转动；所述转盘的外侧设有外螺纹；所述外螺纹和转盘轴承的内螺纹螺接，通过转动转盘来调整转盘高度；所述盛料槽和转盘相固接，其随转盘转动；所述转盘的外螺纹上螺接有一锁紧圈，所述锁紧圈能抵接于转盘轴承上，其上开设有螺孔；所述螺孔内螺接有锁紧螺钉，锁紧螺钉能抵接于外螺纹上；

所述Z轴平移机构包括Z轴固定板、同步带电机、同步带、滑块以及导轨；所述Z轴固定板上安装有打印平台升降机构和光机，并随Z轴固定板移动；所述同步带电机安装于底板上，其连接并驱动同步带；所述同步带上固定有一固定块；所述固定块固定于Z轴固定板的底部，使同步带带动Z轴固定板平移；所述滑块安装于Z轴固定板的底部；所述导轨安装于底板上，滑块和导轨相配合，并能沿导轨移动；

所述支撑板一端还固定有光电传感器I，该光电传感器I确定Z轴平移机构的起点和/或复位；

所述斜拔杆组具体为两根交叉设置的斜拔杆；

所述斜拔驱动模组具体采用正反丝杠驱动模组，使两铰接座能同步相向或相背移动；

所述斜拔驱动模组的一侧设有两个光电传感器II；所述铰接座上设有一挡杆，所述挡杆能插入光电传感器II，以检测铰接座的位置。

2.如权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于：所述导轨设置有两条，其布置于同步带电机的两侧；所述导轨的底部垫有一水平条。

3.如权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于：所述水平条具体为大理石条。

4.如权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于：所述固定块夹持所述同步带，使同步带和固定块相固结。

5.如权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于：所述支撑板上开设有若干让位孔，所述光机及斜拔杆组穿过让位孔。

6.如权利要求1所述的多材料3D打印机，其特征在于：所述盛料机构设置有并排设置的3个；各盛料机构配置有一套刮刀机构，该刮刀机构安装于安装板上，其延伸入盛料槽。

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