CN110789121A - 彩色3d打印机 - Google Patents

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Abstract

一种彩色3D打印机，属于3D打印技术领域，用于解决彩色打印色彩不丰富、混色、配色难度大的问题，包括打印头，其特征在于，所述打印头设有储料仓、打印气缸、切割气缸、载料台、粘结剂通道，所述储料仓连接在所述打印头顶板的一端，所述打印头顶板的另一端设有支柱，所述支柱远离所述打印头顶板的一端设有定位板，所述定位板上设有所述打印气缸和所述切割气缸，所述载料台设置在所述打印气缸下方，用于承接切割下来的用于打印的色料块，在所述载料台上设有粘结剂池。本发明通过设置可自转的带有若干料盘的储料仓，实现了多种色料的选择供给；通过设置切割气缸和打印气缸，实现了不同颜色色料的打印，从而实现了产品的彩色打印。

Description

彩色3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种彩色3D打印设备。
背景技术
3D打印技术被认为是推动传统制造产业转型升级的关键技术，也被越来越多的领域所关注。目前传统的3D打印技术，如SLA(光固化成型)、SLS(选择性激光烧结)、LOM(分层实体制造)、FDM(熔融沉积成型)、3DP(三维粉末黏接)等，都不能实现彩色3D打印。彩色3D打印技术的研究主要集中在将传统FDM在增加挤出头的数量和挤出前进行混色两方面的研究。通过改进FDM设备实现彩色3D打印，如果每种颜色用独立的挤出机构，难免会在色彩的丰富性与挤出头的复杂程度之间折中考虑，目前基本实现的是双色打印。挤出前进行混色的方案在色彩控制方面技术难度较大，不易实现。而随着彩色3D打印需求的不断增加，研发一种色彩丰富且结构简单的彩色3D打印机显得尤为必要。
发明内容
本发明克服了现有3D打印色彩不够丰富、混色、配色难度大的问题，提出了一种彩色3D打印机，所述打印机可以随时更换所需的颜色，使得可打印的产品色彩更丰富、随机。
一种彩色3D打印机，包括机身和设置在机身上的打印头，所述机身设有基础框架、X向轴结构、Y向轴结构和Z向轴结构，所述Y向轴结构设置在所述基础框架顶部，所述X向轴结构设置在所述Y向轴结构上，所述Z向轴向结构设置在所述X向轴结构上，所述Z向轴结构下方还设有打印平台；所述打印头设置在所述Z向轴结构上；所述打印头设有储料仓、打印气缸、切割气缸、载料台、粘结剂通道，所述储料仓连接在所述打印头顶板的一端，所述打印头顶板的另一端设有支柱，所述支柱远离所述打印头顶板的一端设有定位板，所述定位板上设有所述打印气缸和所述切割气缸，所述载料台设置在所述打印气缸下方，用于承接切割下来的用于打印的色料块，在所述载料台上还粘结剂池，所述粘结剂通道的一端连接于粘结剂液料桶、另一端连接于所述粘结剂池。
优选地，所述机身通过所述基础框架与地面接触，所述基础框架顶部设有横梁，所述Y向轴结构设置在所述横梁上；所述X向轴结构可以沿所述Y向轴结构做往复运动；所述Z向轴结构可沿X向轴结构做往复运动，且Z向轴结构可在Z方向上往复运动。所述打印头设置在Z向轴结构上，通过所述X向轴结构、Y向轴结构和Z向轴结构实现了所述打印头在所述打印平台上方的三维运动。
优选地，所述储料仓为设有中轴的轴桶结构，所述储料仓可绕中轴自转，所述中轴由伺服电机一驱动；在所述中轴的沿周设有若干料盘，所述料盘设置在所述储料仓的上部，在所述储料仓的下部还设有色料带的夹持机构，所述夹持机构用于夹持来自料盘的色料带，同时也具有拉动色料带的作用，也即将色料带从料盘上抽出。
更优地，所述储料仓通过所述伺服电机一连接于所述打印头顶板上，从而实现所述储料仓沿中轴的自转，以实现不同颜色料盘间的切换。
更优地，所述料盘至少设有两个，从而实现至少两色产品的打印。
更优地，所述夹持机构设有送料轮、导向轮和伺服电机二，所述送料轮由伺服电机二驱动，所述夹持机构与所述料盘一一对应，也即一个所述料盘对应一个所述夹持机构。
优选地，所述打印气缸通过滑轨设置在所述定位板上，从而实现打印气缸在取料位置与打印位置间移动，所述取料位置设置在载料台上方，所述打印位置设置在所述储料仓外壳之外，以方便打印，避免储料仓与打印平台间的干涉。
优选地，所述切割气缸设置在所述定位板边缘处、且位于打印气缸取料位置的外侧，也即所述切割气缸设置在靠近所述储料仓方向的所述定位板的边缘处。
优选地，所述色料带的横截面为正方形、长方形或者圆形等基本几何形状。
本发明技术方案的有益效果：通过设置可自转的带有若干料盘的储料仓，实现了多种色料的选择供给；通过设置切割气缸和打印气缸，实现了不同颜色色料的打印，从而实现了产品的彩色打印。
附图说明
图1是一种彩色3D打印机示意图；
图2是打印头结构示意图；
图3是储料仓内部结构示意图；
图4是储料仓俯视示意图；
图中，1-基础框架；2-Y向轴结构；3-X向轴结构；4-Z向轴结构；5-打印头；51-储料仓；511-中轴；512-外壳；513-料盘；514-色料带；515-伺服电机一；516-夹持机构；52-切割气缸；53-打印气缸；54-载料台；56-打印头顶板；57-支柱；58-定位板；6-打印平台。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，将按照附图实施例进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1至图4所示的一种彩色3D打印机及其打印头，具体结构及其运行情况详述如下。
一种彩色3D打印机，包括基础框架1、Y向轴结构2、X向轴结构3、Z向轴结构4、打印头5及打印平台6。所述基础框架1设立与地面上，远离地面的另一端设有H型横梁，所述Y向轴结构2对称的设置在所述H型横梁的两个边上，所述X向轴结构3设置在所述H型横梁的横段上，且H型横梁的横段设置在所述Y向轴结构2上，从而实现了X向轴结构3沿所述Y向轴结构2做往复运动；所述Z向轴结构4设置在所述X向轴结构3上，从而实现所述Z向轴结构4实现沿水平方向和竖直方向的往复运动；所述打印头5设置在所述Z向轴结构4的下端，从而实现了所述打印头5在所述打印平台6上方的三维方向上的运动，从而实现所述彩色3D打印机的打印功能。所述打印平台6用于承接打印产品，也即所述打印头5在既定程序的指令下，在所述打印平台6上进行产品的打印。
所述打印头5设有储料仓51、切割气缸52、打印气缸53、载料台54、粘结剂通道、打印头顶板56、支柱57和定位板58。所述打印头5通过所述打印头顶板56连接于所述Z向轴结构4的末端；所述打印头顶板56相对于所述Z向轴结构4的另一侧面，设有所述储料仓51和支柱57，所述储料仓51和所述支柱57分别位于所述打印头顶板56的两端，所述储料仓51通过伺服电机一515连接于所述打印头顶板56上，且所述伺服电机一515与中轴511连接，也即所述伺服电机一515驱动所述中轴511旋转；所述支柱57的一端连接于所述打印头顶板56上，所述支柱57的另一端设有所述定位板58，所述定位板58上还设有滑轨，所述打印气缸53通过固定端竖直的连接于所述滑轨上，所述打印气缸53的活动端用于将切割后的色块从所述载料台54上移动到程序指定的打印平台6的相应位置上，完成一次打印工作；在靠近所述储料仓51的方向上，所述定位板58上还设有切割气缸52，所述切割气缸52用来切割色料带514，也即所述切割气缸52按照程序指定将定量的或者说一定长度的色料带514切断，形成适用于打印所需大小的色料块；即将被切割的一定体积的色料带514被置于所述载料台54上，且其上方由打印气缸53的活动端的末端压持，当所述色料带514被切断后，所述被切割下来的色料块在所述打印气缸53压力的作用下进入所述载料台54上的粘结剂池，从而使得所述色料块一个端面沾有粘结剂，在被所述打印气缸53移动到打印平台6的指定位置时，可以与前一次的色料块粘结，从而形成完整的产品结构；与所述载料台54相对的所述打印气缸53所在位置为取料位置，而滑轨的另一端为所述打印气缸53的打印位置，所述打印位置位于储料仓51的外壳512之外，从而避免了储料仓51与打印气缸53之间的干涉，实现了良好的打印作业。所述储料仓51设有中轴511、外壳512、料盘513、色料带514、伺服电机一515、夹持机构516，所述外壳512分为上下两部分，上半部分为U型结构，通过所述中轴511的一端对称设置，在所述壳体512的上半部分的顶部设有若干支架，所述支架用于装设所述料盘513，所述外壳512的下半部分为一平板结构，同样通过所述中轴511的另一端对称设置；所述夹持机构516设置在所述外壳512的下半部分上，且所述夹持机构516与所述料盘513一一对应，也即在每个料盘513下方均设有一个所述夹持机构516，所述夹持机构516包括送料轮、导向轮和伺服电机二，所述伺服电机二用于驱动所述送料轮，所述导向轮用于将所述色料带514疏导至所述载料台54上，具体地，为了能有效的控制色料带的走向，所述送料轮和所述导向轮均成对设置，以将所述色料带控制在所述送料轮和所述导向轮之间，所述伺服电机二在程序指令的控制下，可以将指定长度的所述色料带514输送至所述载料台54上，由所述切割气缸52将所述色料带514切断为所需要的长度或者大小。
作为本实施例的一种补充，所述彩色3D打印机还设有控制系统，所述控制系统以工控机的形式安置在所述彩色3D打印机上。所述控制系统用于接收来自上位机的数据，如待打印产品的三维模型切片数据；所述控制系统将所述三维模型切片数据转换为相对应的动作指令发出给所述彩色3D打印机，从而实现待打印产品的打印。
更优地，所述控制系统还连接有显示器，所述显示器用来显示所述控制系统发出的各类动作指令的完成情况。
所述彩色3D打印机的运行过程为：
1)上位机将三维模型切片数据传输至控制系统；
2)所述控制系统发出打印头向起始位置行进的指令，所述打印头开动到打印起始位置；
3)设有8个不同颜色料盘的储料仓依据控制系统的指令将当前打印所需的颜色切换到与载料台对应的位置上；
4)夹持机构在相应的指令下由伺服电机二驱动输送指定长度的色料带到所述载料台上；
5)当控制系统收到夹持机构输送到位信号后，发出切割指令，所述打印气缸压紧被输送到所述载料台上的色料带，由切割气缸将所述色料带切断为可用于打印的色料块；
6)在所述打印气缸的压力作用下，所述色料块进入到设置在所述载料台上的粘结剂池，从而使所述色料块的一个端面上附着粘结剂；
7)开启打印气缸上的负压系统，使得所述色料块由所述打印气缸从粘结剂池吸附到打印位置，并由所述打印气缸将所述色料块压放至打印平台的相应位置上，并发出打印完毕信号给控制系统，同时所述打印气缸从打印位置回到取料位置；
8)此时，控制程序再次回到步骤2)开始下一色料块打印，直至完成整个产品的打印。
以上实施例仅为本发明的两个典型案例，并不限定本发明的技术方案，根据本发明技术方案在无创造性劳动付出的情况下得出的合理推断与扩展，均属于本发明技术方案的范畴。

Claims (10)

1.一种彩色3D打印机，包括打印头，其特征在于，所述打印头设有储料仓、打印气缸、切割气缸、载料台，所述储料仓连接在所述打印头顶板的一端，所述打印头顶板的另一端设有支柱，所述支柱远离所述打印头顶板的一端设有定位板，所述定位板上设有所述打印气缸和所述切割气缸，所述载料台设置在所述打印气缸下方，用于承接切割下来的用于打印的色料块，在所述载料台上设有粘结剂池。
2.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述打印头设置在所述彩色3D打印机的机身上，所述机身设有基础框架、X向轴结构、Y向轴结构和Z向轴结构，所述Y向轴结构设置在所述基础框架顶部，所述X向轴结构设置在所述Y向轴结构上，所述Z向轴向结构设置在所述X向轴结构上，所述Z向轴结构下方还设有打印平台。
3.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述储料仓通过所述伺服电机一连接于所述打印头顶板上，所述伺服电机一用于驱动所述储料仓自转。
4.如权利要求3所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述储料仓为设有中轴的轴桶结构，所述储料仓可绕中轴自转，所述中轴由伺服电机一驱动；在所述中轴的沿周设有若干料盘，所述料盘设置在所述储料仓的上部，在所述储料仓的下部还设有色料带的夹持机构。
5.如权利要求3所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述料盘至少设有两个。
6.如权利要求3所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述夹持机构包括送料轮、导向轮和伺服电机二，所述伺服电机二用于驱动所述送料轮，所述导向轮用于将所述色料带疏导至所述载料台。
7.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述打印气缸通过滑轨设置在所述定位板上，从而实现打印气缸在取料位置与打印位置间移动。
8.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述切割气缸设置在靠近所述储料仓方向的所述定位板的边缘处。
9.如权利要求1所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机还设有控制系统，所述控制系统以工控机的形式安置在所述彩色3D打印机上，所述控制系统用于接收来自上位机的数据。
10.如权利要求9所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机的运行过程包括，
上位机将三维模型切片数据传输至控制系统；
所述控制系统发出打印头向起始位置行进的指令，所述打印头开动到打印起始位置；
设有至少2个不同颜色料盘的储料仓依据控制系统的指令将当前打印所需的颜色切换到与载料台对应的位置上；
夹持机构在相应的指令下由伺服电机二驱动输送指定长度的色料带到所述载料台上；
当控制系统收到夹持机构输送到位信号后，发出切割指令，所述打印气缸压紧被输送到所述载料台上的色料带，由切割气缸将所述色料带切断为可用于打印的色料块；
在所述打印气缸的压力作用下，所述色料块进入到设置在所述载料台上的粘结剂池，从而使所述色料块的一个端面上附着粘结剂；
开启打印气缸上的负压系统，使得所述色料块由所述打印气缸从粘结剂池吸附到打印位置，并由所述打印气缸将所述色料块压放至打印平台的相应位置上，并发出打印完毕信号给控制系统，同时所述打印气缸从打印位置回到取料位置；
控制程序再次回到步骤2)开始下一色料块的打印，直至完成整个产品的打印。
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