CN112519216A - 多丝束并行打印喷嘴装置及多丝束并行打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多丝束并行打印喷嘴装置，包括：六轴关节机器人、固定板、喷嘴组件及驱动组件，固定板固定板连接于六轴关节机器人的活动端，固定板开设有第一通孔，喷嘴组件包括旋转块、两个竖杆、固定块及多个喷嘴，旋转块设置于固定板的下方，两个竖杆间隔设置且其一端均连接于旋转块，固定块连接于两个竖杆的另一端，喷嘴连接于固定块，驱动组件设置于固定板上，驱动组件的输出轴穿过第一通孔并连接于旋转块，用于驱动旋转块、竖杆、固定块、喷嘴沿驱动组件的输出轴的轴线转动。本发明可能解决现有技术中在多丝束并行打印的过程中，可能无法改变喷嘴装置的旋转中心的技术问题。

Description

多丝束并行打印喷嘴装置及多丝束并行打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及多丝束并行打印喷嘴装置及多丝束并行打印方法。

背景技术

基于FDM(熔融沉积)原理的纤维复合材料3D打印技术，由于其高效、低成本的特点以及成型零件轻质高强的优良特性，被广泛应用于各行各业。目前，传统的连续碳纤维打印都是单丝束成型，速度和效率相对较低，而多丝束并行打印是提高打印速度的有效方式。

喷嘴装置的一端与六轴关节机器人的运动端相连接，复合材料流经喷嘴装置喷出作用于两轴变位底床，在三者的共同作用下可实现纤维复合材料的多丝束并行打印，在多丝束并行打印的过程中，遇到需要转角打印时，喷嘴装置必须旋转，所以需要设计适用于多丝束并行打印的喷嘴装置，来配合六轴关节机器人和两轴变位地床，实现改变喷嘴装置的旋转中心的目的。

利用现有的单丝束成型的喷嘴装置，结合六轴关节机器人和变位机床，在多丝束并行打印的过程中，可能无法改变喷嘴装置的旋转中心。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种多丝束并行打印喷嘴装置及多丝束并行打印方法，解决现有技术中在多丝束并行打印的过程中，可能无法改变喷嘴装置的旋转中心的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供多丝束并行打印喷嘴装置，包括：

六轴关节机器人；

固定板，所述固定板连接于所述六轴关节机器人的活动端，所述固定板开设有第一通孔；

喷嘴组件，包括旋转块、两个竖杆、固定块及多个喷嘴，所述旋转块设置于所述固定板的下方，两个所述竖杆间隔设置且其一端均连接于所述旋转块，所述固定块连接于两个所述竖杆的另一端，所述喷嘴连接于所述固定块；

驱动组件，所述驱动组件设置于所述固定板上，所述驱动组件的输出轴穿过所述第一通孔并连接于所述旋转块，用于驱动所述旋转块、竖杆、固定块、喷嘴沿所述驱动组件的输出轴的轴线转动。

进一步的，所述多丝束并行打印喷嘴装置还包括激光器组件，所述激光器组件包括连接杆、滑块、至少一个螺钉及激光器，所述连接杆的一端固定连接于所述旋转块的一侧、另一端开设有至少一个螺纹孔，所述滑块设置于所述连接杆的另一端并相对所述螺纹孔开设有至少一个滑槽，所述螺钉与所述滑槽一一对应设置，所述螺钉的螺纹端穿过所述滑槽并螺纹连接于所述螺纹孔，所述螺钉的头部抵接于所述滑块，所述激光器设置于所述滑块的下方并与所述滑块铰接，所述激光器相对所述喷嘴设置，用于射出激光并通过激光将所述喷嘴喷出的材料融化。

进一步的，所述激光器组件还包括连接板、第一环体、第二环体及扎带，所述连接板固设于所述激光器的顶部，所述滑块的一端与所述固定块铰接，所述第一环体固设于所述滑块，所述第二环体固设于所述连接板，所述扎带依次穿过所述第一环体和所述第二环体并连接于所述第一环体和所述第二环体。

进一步的，所述旋转块开设有多个第二通孔，所述喷嘴组件还包括多个铜导管，所述铜导管与所述第二通孔一一对应设置，所述铜导管穿过所述第二通孔并与所述喷嘴的进料端相连通。

进一步的，所述驱动组件包括步进电机和电刷，所述步进电机的输出轴连接于所述旋转块，所述电刷的固定端连接于所述固定板，所述电刷的转动端连接于所述步进电机的输出轴并与所述激光器电连接。

本发明还涉及一种多丝束并行打印方法，其运用如上述多丝束并行打印喷嘴装置进行，包括步骤：

(1)纤维复合材料流经多个所述铜导管进入每一所述喷嘴并从所述喷嘴喷出，所述激光器将所述喷嘴喷出的纤维复合材料融化；

(2)启动所述六轴关节机器人，所述六轴关节机器人带动所述喷嘴组件移动；

(3)所述六轴关节机器人的活动端带动所述喷嘴组件呈圆弧形移动，所述喷嘴组件移动的同时通过所述步进电机带动所述喷嘴组件沿所述步进电机的输出轴的轴线转动，使得所述喷嘴组件进行顺时针或者逆时针转角喷涂；

(4)所述六轴关节机器人的活动端带动所述喷嘴组件呈直线移动，同时所述步进电机停止工作，使得所述喷嘴进行直线喷涂。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：固定板固定连接于六轴关节机器人的运动端，固定板开设有第一通孔，喷嘴组件设置于固定板的下方，驱动组件设置于固定板的上方，驱动组件的输出轴穿过第一通孔连接于喷嘴组件的旋转块，激光器连接于旋转块的一侧用于射出激光并通过激光将所述喷嘴喷出的材料融化，当喷嘴装置需要转角打印时，六轴机械手的活动端带动喷嘴组件呈圆弧形移动，喷嘴组件移动的同时通过步进电机带动喷嘴组件沿步进电机的输出轴的轴线转动，使得喷头进行顺时针或者逆时针转角喷涂，则喷嘴装置的运动轨迹为沿固定块的最外端为轴线旋转，即实现了改变喷嘴装置的旋转中心的目的。

附图说明

图1是本发明实施例所述多丝束并行打印喷嘴装置的结构示意图；

图2是本发明实施例所述多丝束并行打印喷嘴装置的三维示意图；

图3是本发明实施例所述多丝束并行打印喷嘴装置的正向示意图；

图4是本发明实施例所述多丝束并行打印喷嘴装置另一视角的示意图；

图5是图4中A处的局部放大示意图；

图6是本发明实施例所述的多丝束并行打印喷嘴装置的俯视示意图；

图7是图6中B处的局部放大示意图；

图8是本发明实施例所述多丝束并行打印喷嘴装置轨迹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参阅图1，本发明提供了多丝束并行打印喷嘴装置，包括：六轴关节机器人1、固定板2、喷嘴组件3及驱动组件4。

如图1所示，六轴关节机器人1属于现有技术，六轴关节机器人1拥有五个或六个旋转轴，类似于人类的手臂，此处不作过多阐述。

进一步地，固定板2连接于六轴关节机器人1的活动端，固定板2开设有第一通孔。

如图2、图3所示，喷嘴组件3包括旋转块31、两个竖杆32、固定块33及多个喷嘴34，旋转块31设置于固定板2的下方，两个竖杆32间隔设置且其一端均连接于旋转块31，固定块33连接于两个竖杆32的另一端，多个喷嘴34连接于固定块33。

进一步地，具体的，多个喷嘴34沿驱动组件4的输出轴呈镜像分布并连接于固定块33，旋转块31、竖杆32及固定块33形成支架的结构，用于安装多个喷嘴34。

如图3所示，旋转块31开设有多个第二通孔，喷嘴组件3还包括多个铜导管35。

进一步地，铜导管35与第二通孔一一对应设置，铜导管35穿过第二通孔并与喷嘴34的进料端相连通。

如图2至图6所示，驱动组件4设置于固定板2上，驱动组件4的输出轴穿过第一通孔并连接于旋转块31，用于驱动旋转块31、竖杆32、固定块33、喷嘴34沿驱动组件4的输出轴的轴线转动。

进一步地，驱动组件4包括步进电机41和电刷42，步进电机41的输出轴连接于旋转块31。

如图2至图6所示，电刷42的固定端连接于固定板2，电刷42的转动端连接于步进电机41的输出轴并与激光器54电连接。

进一步地，电刷42属于现有技术，此时还可以用其他结构代替，用于将激光器54与电源电连接。

如图2至图6所示，多丝束并行打印喷嘴装置还包括激光器54组件5，激光器54组件5包括连接杆51、滑块52、至少一个螺钉53及激光器54。

进一步地，连接杆51的一端固定连接于旋转块31的一侧、另一端开设有两个螺纹孔。

如图2至图6所示，滑块52设置于连接杆51的另一端并相对螺纹孔开设有两个滑槽，螺钉53与滑槽一一对应设置。

进一步地，螺钉53的螺纹端穿过滑槽并螺纹连接于螺纹孔，螺钉53的头部抵接于滑块52，激光器54设置于滑块52的下方并与滑块52铰接。

如图2至图6所示，激光器54相对喷嘴34设置，用于射出激光并通过激光将喷嘴34喷出的材料融化。

进一步地，激光器54形成一字型激光并同时相对多个喷嘴34设置，激光照射至喷嘴34喷出的复合材料并将其融化至熔融状态。

如图2至图6所示，激光器54组件5还包括连接板55、第一环体56、第二环体57及扎带58，连接板55固设于激光器54的顶部，滑块52的一端与固定块33铰接。

进一步地，第一环体56固设于滑块52，第二环体57固设于连接板55，扎带58依次穿过第一环体56和第二环体57并连接于第一环体56和第二环体57，此还可为其他铰接形式，用于调节及固定激光器54的入射角度。

本发明还提供了一种多丝束并行打印方法，包括步骤：

(1)纤维复合材料流经多个铜导管35进入每一喷嘴34并从喷嘴34喷出，激光器54将喷嘴34喷出的纤维复合材料融化；

(2)启动六轴关节机器人1，六轴关节机器人1带动喷嘴组件3移动；

(3)六轴关节机器人1的活动端带动喷嘴组件3呈圆弧形移动，喷嘴组件3移动的同时通过步进电机41带动喷嘴组件3沿步进电机41的输出轴的轴线转动，使得喷嘴组件3进行顺时针或者逆时针转角喷涂；

(4)六轴关节机器人1的活动端带动喷嘴组件3呈直线移动，同时步进电机41停止工作，使得喷嘴34进行直线喷涂。

如图8所示，多丝束并行打印喷嘴装置沿直线运动为初始状态S1。

进一步地，当需要转角打印时，此处以顺时针转角为例，喷嘴组件3的中点a，沿六轴关节机器人1的活动端呈圆弧形S3移动。

如图8所示，同时，喷嘴组件3沿中心a为轴线旋转，喷嘴组件3的中点a运动至喷嘴组件3的中点c，多丝束并行打印喷嘴装置则由初始状态S1运动至最终状态S2的。

进一步地，喷嘴组件3的最右端b在空间中的坐标位置保持不变，且不会发生移动，即经过两者的运动合成，多丝束并行打印喷嘴装置沿喷嘴组件3的最右端b为旋转中心旋转，反之同理。

本发明的具体工作流程，固定板2连接于六轴关节机器人1，固定板2开设有第一通孔，喷嘴组件3设置于固定板2的下方，驱动组件4设置于固定板2的上方，驱动组件4的输出轴穿过第一通孔连接于旋转块31。

进一步地，旋转块31与驱动组件4的输出轴同轴设置，多个喷嘴34连接于固定块33，激光器54连接于旋转块31的一侧并将一字型激光同时照射至多个喷嘴34并将喷嘴34喷出的材料融化至熔融状态。

喷嘴组件3包括旋转块31、两个竖杆32、固定块33及多个喷嘴34，旋转块31设置于固定板2的下方，两个竖杆32间隔设置且其一端连接于旋转块31，固定块33的两端连接于两个竖杆32的另一端，喷嘴34连接于固定块33。

进一步地，驱动组件4包括步进电机41和电刷42，步进电机41的输出轴连接于旋转块31，电刷42的固定端连接于固定板2，电刷42的转动端连接于步进电机41的输出轴，用于将电流传输至激光器54。

将固定板2连接至六轴关节机器人1，接通电源纤维复合材料流经多个铜导管35并沿多个喷嘴34喷出，激光器54产生一字型激光将纤维复合材料融化至熔融状态，六轴关节机器人1带动多丝束并行打印喷嘴装置沿直线轨迹运动。

进一步地，当需要改变喷嘴装置的旋转中心时，六轴关节机器人1的活动端带动喷嘴组件3呈圆弧形移动，喷嘴组件3移动的同时通过步进电机41带动喷嘴组件3沿步进电机41的输出轴的轴线转动，使得喷嘴组件3进行顺时针或者逆时针转角喷涂。

然后，六轴关节机器人1的活动端带动喷嘴组件3呈直线移动，同时步进电机41停止工作，使得喷嘴34进行直线喷涂，通过不停的控制和反复这个过程，将六轴关节机器人1的运动和喷嘴装置的运动进行合成，即可以实现喷嘴装置，以最外端的喷嘴34为旋转中心的顺时针或逆时针旋转的目的。

多丝束并行打印喷嘴装置沿直线运动为初始状态S1，当需要转角打印时，此处以顺时针转角为例，喷嘴组件3的中点a，沿六轴关节机器人1的活动端呈圆弧形S3移动。

进一步地，同时喷嘴组件3沿中心a为轴线旋转，喷嘴组件3的中点a运动至喷嘴组件3的中点c，多丝束并行打印喷嘴装置则由初始状态S1运动至最终状态S2的，喷嘴组件的最右端b在空间中的坐标位置保持不变，且不会发生移动，即经过两者的运动合成，多丝束并行打印喷嘴装置沿喷嘴组件的最右端b为旋转中心旋转，反之同理。

这样的设置，利用六轴关节机器人1的运动和喷嘴装置的运动合成，来实现多丝束并行打印中喷嘴装置改变旋转中心，并配合六轴关节机器人1和变位机穿底来实现3D打印运动轨迹的改变。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多丝束并行打印喷嘴装置，其特征在于，包括：

六轴关节机器人；

固定板，所述固定板连接于所述六轴关节机器人的活动端，所述固定板开设有第一通孔；

喷嘴组件，包括旋转块、两个竖杆、固定块及多个喷嘴，所述旋转块设置于所述固定板的下方，两个所述竖杆间隔设置且其一端均连接于所述旋转块，所述固定块连接于两个所述竖杆的另一端，所述喷嘴连接于所述固定块；

驱动组件，所述驱动组件设置于所述固定板上，所述驱动组件的输出轴穿过所述第一通孔并连接于所述旋转块，用于驱动所述旋转块、竖杆、固定块、喷嘴沿所述驱动组件的输出轴的轴线转动。

2.根据权利要求1所述的多丝束并行打印喷嘴装置，其特征在于，所述多丝束并行打印喷嘴装置还包括激光器组件，所述激光器组件包括连接杆、滑块、至少一个螺钉及激光器，所述连接杆的一端固定连接于所述旋转块的一侧、另一端开设有至少一个螺纹孔，所述滑块设置于所述连接杆的另一端并相对所述螺纹孔开设有至少一个滑槽，所述螺钉与所述滑槽一一对应设置，所述螺钉的螺纹端穿过所述滑槽并螺纹连接于所述螺纹孔，所述螺钉的头部抵接于所述滑块，所述激光器设置于所述滑块的下方并与所述滑块铰接，所述激光器相对所述喷嘴设置，用于射出激光并通过激光将所述喷嘴喷出的材料融化。

3.根据权利要求2所述的多丝束并行打印喷嘴装置，其特征在于，所述激光器组件还包括连接板、第一环体、第二环体及扎带，所述连接板固设于所述激光器的顶部，所述滑块的一端与所述固定块铰接，所述第一环体固设于所述滑块，所述第二环体固设于所述连接板，所述扎带依次穿过所述第一环体和所述第二环体并连接于所述第一环体和所述第二环体。

4.根据权利要求1所述的多丝束并行打印喷嘴装置，其特征在于，所述旋转块开设有多个第二通孔，所述喷嘴组件还包括多个铜导管，所述铜导管与所述第二通孔一一对应设置，所述铜导管穿过所述第二通孔并与所述喷嘴的进料端相连通。

5.根据权利要求2所述的多丝束并行打印喷嘴装置，其特征在于，所述驱动组件包括步进电机和电刷，所述步进电机的输出轴连接于所述旋转块，所述电刷的固定端连接于所述固定板，所述电刷的转动端连接于所述步进电机的输出轴并与所述激光器电连接。

6.一种多丝束并行打印方法，其特征在于，其运用如权利要求1至5中任一项所述的多丝束并行打印喷嘴装置进行，包括步骤：

(1)纤维复合材料流经多个所述铜导管进入每一所述喷嘴并从所述喷嘴喷出，所述激光器将所述喷嘴喷出的纤维复合材料融化；

(2)启动所述六轴关节机器人，所述六轴关节机器人带动所述喷嘴组件移动；

(3)所述六轴关节机器人的活动端带动所述喷嘴组件呈圆弧形移动，所述喷嘴组件移动的同时通过所述步进电机带动所述喷嘴组件沿所述步进电机的输出轴的轴线转动，使得所述喷嘴组件进行顺时针或者逆时针转角喷涂；

(4)所述六轴关节机器人的活动端带动所述喷嘴组件呈直线移动，同时所述步进电机停止工作，使得所述喷嘴进行直线喷涂。

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