CN112644015A - 一种新型彩色3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型彩色3D打印机，包括打印机底座、设置于底座两侧的竖直支架、设置于底座一侧的控制器、设置于支架上端且相对支架前后水平移动的横杆、设置于横杆上且能相对横杆长度方向水平移动的喷头座，底座上设置有一打印平台；所述喷头座上分别固定设置有一主喷头和一副喷头，主喷头在进料口端设置有一混合单元，所述混合单元与RGB三色供料桶和第一树脂供料桶连接，所述副喷头与第二树脂供料桶连接，第一树脂供料桶内树脂为热固性树脂，第二树脂供料桶内树脂为热塑性树脂；本新型彩色3D打印机通过开关控制RGB三色供料桶的混色比例，以达到所需颜色的树脂；副喷头喷出来的热塑性树脂作为可去除的支撑材料，能实现内嵌式无支撑结构的打印成型。

Description

一种新型彩色3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种新型彩色3D打印机。
背景技术
3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，3D打印在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、牙科和医疗产业等领域都有所应用，具有研制周期短、生产成本低、生产效率高等优点；现有3D打印大多为单色打印，3D打印机只能打印出原料色的制品，少数彩色3D打印机需先将原材料染色，然后通过不同颜色的原材来混色，混色效果较差；而且3D打印机无法打印内部无支撑的嵌入结构，因此无法生产结构复杂的嵌套结构产品。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型彩色3D打印机，包括打印机底座、设置于底座两侧的竖直支架、设置于底座一侧的控制器、设置于支架上端且相对支架前后水平移动的横杆、设置于横杆上且能相对横杆长度方向水平移动的喷头座，所述底座上设置有一可相对底座上下移动的打印平台；所述喷头座上分别固定设置有一主喷头和一副喷头，所述主喷头在进料口端设置有一混合单元，所述混合单元与RGB三色供料桶和第一树脂供料桶连接，所述副喷头与第二树脂供料桶连接，所述第一树脂供料桶内树脂为热固性树脂，所述第二树脂供料桶内树脂为热塑性树脂；所述RGB三色供料桶、第一树脂供料桶、第二树脂供料桶分别由一开关控制材料输送的开闭，所述开关与控制器电连接；本新型彩色3D打印机通过开关控制RGB三色供料桶的混色比例，以达到所需颜色的树脂，使产品颜色多样化；副喷头喷出来的热塑性树脂作为可去除的支撑材料，当产品成型后可以加热去除热塑性树脂，能实现内嵌式无支撑结构的打印成型。
本发明的技术方案如下：
一种新型彩色3D打印机，包括打印机底座、设置于底座两侧的竖直支架、设置于底座一侧的控制器、设置于支架上端且相对支架前后水平移动的横杆、设置于横杆上且能相对横杆长度方向水平移动的喷头座，所述底座上设置有一可相对底座上下移动的打印平台；所述喷头座上分别固定设置有一主喷头和一副喷头，所述主喷头在进料口端设置有一混合单元，所述混合单元与RGB三色供料桶和第一树脂供料桶连接，所述副喷头与第二树脂供料桶连接，所述第一树脂供料桶内树脂为热固性树脂，所述第二树脂供料桶内树脂为热塑性树脂；所述RGB三色供料桶、第一树脂供料桶、第二树脂供料桶分别由一开关控制材料输送的开闭，所述开关与控制器电连接。
其中，所述混合单元包括四周密封的外壳、外壳中部竖直设置的搅拌转轴，所述搅拌转轴的上侧设置有多组旋转叶片，所述搅拌转轴的下侧设置有螺旋式混合叶片；所述混合单元的下端出口与所述主喷头的入料口端连通。
其中，所述混合单元内设置有一螺旋式混合管道，所述混合管道上端与RGB三色供料桶和第一树脂供料桶连接，所述混合管道下端出口与所述主喷头的入料口端连通；所述混合管道内设置有沿着混合管道内壁螺旋分布的搅拌叶片。
其中，所述主喷头和副喷头分别包括出口端缩口设置的主筒、与主筒出口端固定连接的一固定头、与固定头滑动套接的套管；所述套管为单开口且开口端朝向所述喷头的出料端，所述套管在开口端设置有一圆台，所述圆台的中部设置有一圆孔，所述固定头的中部设置有一圈挖槽，所述套管通过圆孔与所述固定头的挖槽滑动套接；所述固定头与套管的内腔底端之间设置有一压缩弹簧，所述弹簧的弹力小于喷头工作时的内腔压力；所述主筒与固定头的连接处环形阵列分布有多个的通孔；所述主筒的内壁在与固定头相对应的位置设置有一圈凹槽，所述圆台的直径大于主筒的内腔直径且小于凹槽的直径；所述挖槽的长度小于所述凹槽的长度且挖槽在主筒内壁上的投影落于凹槽的外形之内，所述挖槽上侧面端到凹槽的上侧面端的距离小于所述圆台的厚度。
其中，所述固定头在与弹簧连接处设置有一电极，所述弹簧为电阻丝材质，所述弹簧与电极内设置的电路电连接；所述固定头内设置有一加热电阻丝，所述加热电阻丝与所述电极内的电路电连接。
其中，所述打印平台通过其下端的第一电机驱动自转，所述第一电机连接于一伸缩轴的顶端，所述伸缩轴由一第二电机驱动上下伸缩移动；所述打印平台的上表面阵列设置有凸起的网点。
其中，所述底座在打印平台一侧设置有一检测平台，所述检测平台上端设置有一检测载具，所述检测载具上阵列设置有多个样品槽；所述横杆上设置有一能相对横杆长度方向平移的色度测量仪，所述色度测量仪与所述控制器电连接。
其中，所述主喷头的外围一圈阵列设置有多个UV光源，所述UV光源的灯罩外壁与所述主喷头的主筒接触式连接，所述UV光源的灯罩外壁和主喷头的主筒采用热导率较高的金属材质；所述副喷头和UV光源的外围一圈设置有一环形冷风出口。
其中，打印机的外围由箱体密封，所述箱体的顶端设置有风扇，所述箱体的底端设置有排风口；所述底座上设置有一废料收集箱。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明一种新型彩色3D打印机通过开关控制RGB三色供料桶的混色比例，以达到所需颜色的树脂，使产品颜色多样化；混色方式无需对原材料提前染色，直接在混合单元完成混色和原材料的染色，能得到较好色度的制品，生产效率高。
2、本发明副喷头喷出来的热塑性树脂作为可去除的支撑材料，可为内嵌式无支撑结构做支撑，当产品成型后可以加热去除热塑性树脂，实现内嵌式无支撑结构的打印成型。
3、本发明混合单元通过搅拌转轴上的多组旋转叶片将注入混合单元的RGB染色材料和树脂原材充分混合，混合效果好；搅拌转轴下侧设置的螺旋式混合叶片能将混合单元出料端的染色材料和树脂混合，进一步保证了混合的效果。
4、本发明混合单元的第二实施例通过螺旋式混合管道将RGB染色材料和树脂原材混合，混合管道内设置有螺旋分布的搅拌叶片，混合效果好，螺旋式的混合管道增加了混合时间，且无需外加动力。
5、本发明主喷头和副喷头通过套管与固定头的滑动套接，使主筒内的流通通道在打印停止时及时关闭，有效避免末端倒吸和拉丝等异常。
6、本发明的套管向上移动时，套管上的圆台能与凹槽的侧壁锁紧并阻止出料；当套管向下移动时，挖槽将套管限位于挖槽的下侧面端，避免套管上的圆台将主筒封死；开关控制的结构简单，开闭方式稳定可靠。
7、本发明弹簧为电阻丝材质，通过弹簧的加热能提高主筒内树脂的流动；固定头内设置有一加热电阻丝，通过加热电阻丝能有效避免喷头出料端冷凝阻塞。
8、本发明的打印平台通过第一电机驱动自转，当需要打印圆弧形工件时，可直接打印平台转动而喷头座不动，打印的稳定性更好，且圆弧更光滑；打印平台的上表面阵列设置有凸起的网点，网点能增加树脂与打印平台的黏着力，避免打印制品错位移动。
9、本发明色度测量仪能测试样品槽内树脂的色度，以判定混色的准确性，当色度有偏移时，色度测量仪将测试结果回传至控制器，控制器通过开关控制RGB染色材料的混入比例，从而达到所需的色度。
10、本发明主喷头的外围一圈阵列设置有多个UV光源，UV光源能快速将主喷头喷出的热固性树脂固化，有效避免树脂流动而产生的制品变形，UV光源为环形设置，可满足主喷头不同行进方向上的固化；UV光源的灯罩外壁与所述主喷头的主筒接触式连接，UV光源的热量通过主筒传递至主筒内的树脂，提高了主筒内树脂的流动性。
11、本发明副喷头的外围一圈设置有一环形冷风出口，冷风出口吹出的冷风能加速热塑性树脂的固化，保证了所需打印的外形形状；UV光源的外围一圈设置有一环形冷风出口，能加速热固性树脂的固化，同时冷风也可以带走UV光源的热量，避免UV光源过热而损坏。
12、本发明打印机的箱体顶端设置有风扇，箱体的底端设置有排风口，风自上而下的流动方式可以提高打印机内的环境，避免细小颗粒污染树脂；底座上设置有一废料收集箱，当需要转换颜色时，废料收集箱可用于接收颜色过渡时的废弃树脂，避免树脂直接涂到制品上产生颜色异常。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明混合单元的示意图；
图3为本发明实施例二混合单元的示意图；
图4为本发明搅拌叶片位置处的局部视图；
图5为本发明主喷头/副喷头的剖视图；
图6为本发明图5的AA位置截面图；
图7为本发明固定头的截面图；
图8为本发明打印平台位置的示意图；
图9为本发明打印平台的俯视图；
图10为本发明检测载具的俯视图；
图11为本发明主喷头位置的仰视图；
图12为本发明箱体的示意图。
图中附图标记表示为：
1-底座、2-支架、3-控制器、4-横杆、5-喷头座、6-打印平台、601-网点、7-主喷头、701-主筒、702-固定头、703-套管、704-圆台、705-挖槽、706-弹簧、707-通孔、708-凹槽、709-电极、710-加热电阻丝、8-副喷头、9-混合单元、901-外壳、902-搅拌转轴、903-旋转叶片、904-混合叶片、905-混合管道、906-搅拌叶片、10-RGB三色供料桶、11-第一树脂供料桶、12-第二树脂供料桶、13-开关、14-第一电机、15-伸缩轴、16-第二电机、17-检测平台、18-检测载具、181-样品槽、19-色度测量仪、20-UV光源、21-冷风出口、22-箱体、23-风扇、24-排风口、25-废料收集箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实时例一：
参见图1至12，包括打印机底座1、设置于底座1两侧的竖直支架2、设置于底座1一侧的控制器3、设置于支架2上端且相对支架2前后水平移动的横杆4、设置于横杆4上且能相对横杆4长度方向水平移动的喷头座5，所述底座1上设置有一可相对底座1上下移动的打印平台6；所述喷头座5上分别固定设置有一主喷头7和一副喷头8，所述主喷头7在进料口端设置有一混合单元9，所述混合单元9与RGB三色供料桶10和第一树脂供料桶11连接，所述副喷头8与第二树脂供料桶12连接，所述第一树脂供料桶11内树脂为热固性树脂，所述第二树脂供料桶12内树脂为热塑性树脂，副喷头8喷出来的热塑性树脂作为可去除的支撑材料，可为内嵌式无支撑结构做支撑，当产品成型后可以加热去除热塑性树脂，实现内嵌式无支撑结构的打印成型；所述RGB三色供料桶10、第一树脂供料桶11、第二树脂供料桶12分别由一开关13控制材料输送的开闭，所述开关13与控制器3电连接，本新型彩色3D打印机通过开关13控制RGB三色供料桶10的混色比例，以达到所需颜色的树脂，使产品颜色多样化；混色方式无需对原材料提前染色，直接在混合单元9完成混色和原材料的染色，能得到较好色度的制品。
进一步的，参见图2，所述混合单元9包括四周密封的外壳901、外壳901中部竖直设置的搅拌转轴902，所述搅拌转轴902的上侧设置有多组旋转叶片903，混合单元9通过搅拌转轴902上的多组旋转叶片903将注入混合单元的RGB染色材料和树脂原材充分混合；所述搅拌转轴902的下侧设置有螺旋式混合叶片904，螺旋式混合叶片904能将混合单元9出料端的染色材料和树脂混合，进一步保证了混合的效果；所述混合单元9的下端出口与所述主喷头7的入料口端连通。
进一步的，参见图5和6，所述主喷头7和副喷头8分别包括出口端缩口设置的主筒701、与主筒701出口端固定连接的一固定头702、与固定头702滑动套接的套管703，通过套管703与固定头702的滑动套接，使主筒701内的流通通道在打印停止时及时关闭，有效避免末端倒吸和拉丝等异常；所述套管703为单开口且开口端朝向所述喷头的出料端，所述套管703在开口端设置有一圆台704，所述圆台704的中部设置有一圆孔，所述固定头702的中部设置有一圈挖槽705，所述套管703通过圆孔与所述固定头702的挖槽705滑动套接；所述固定头702与套管703的内腔底端之间设置有一压缩弹簧706，所述弹簧706的弹力小于喷头工作时的内腔压力；所述主筒701与固定头702的连接处环形阵列分布有多个的通孔707；所述主筒701的内壁在与固定头702相对应的位置设置有一圈凹槽708，所述圆台704的直径大于主筒701的内腔直径且小于凹槽708的直径，当套管703向上移动时，套管703上的圆台704能与凹槽708的侧壁锁紧并阻止出料；所述挖槽705的长度小于所述凹槽708的长度且挖槽705在主筒701内壁上的投影落于凹槽708的外形之内，当套管703向下移动时，挖槽705将套管703限位于挖槽705的下侧面端，避免套管703上的圆台704将主筒701封死；所述挖槽705上侧面端到凹槽708的上侧面端的距离小于所述圆台704的厚度，使套管703上移时圆台704的上端面能与凹槽708的侧面接触封闭。
进一步的，参见图5和7，所述固定头702在与弹簧706连接处设置有一电极709，所述弹簧706为电阻丝材质，所述弹簧706与电极709内设置的电路电连接，通过弹簧706的加热能提高主筒701内树脂的流动；所述固定头702内设置有一加热电阻丝710，所述加热电阻丝710与所述电极709内的电路电连接，通过加热电阻丝710能有效避免喷头出料端冷凝阻塞。
进一步的，参见图8和9，所述打印平台6通过其下端的第一电机14驱动自转，当需要打印圆弧形工件时，可直接打印平台6转动而喷头座5不动，打印的稳定性更好，且圆弧更光滑；所述第一电机14连接于一伸缩轴15的顶端，所述伸缩轴15由一第二电机16驱动上下伸缩移动；所述打印平台6的上表面阵列设置有凸起的网点601，网点601能增加树脂与打印平台6的黏着力，避免打印制品错位移动。
进一步的，所述底座1在打印平台6一侧设置有一检测平台17，所述检测平台17上端设置有一检测载具18，所述检测载具18上阵列设置有多个样品槽181；所述横杆4上设置有一能相对横杆4长度方向平移的色度测量仪19，所述色度测量仪19与所述控制器3电连接，色度测量仪19能测试样品槽181内树脂的色度，以判定混色的准确性，当色度有偏移时，色度测量仪19将测试结果回传至控制器3，控制器3通过开关13控制RGB染色材料的混入比例，从而达到所需的色度。
进一步的，参见图11，所述主喷头7的外围一圈阵列设置有多个UV光源20，UV光源20能快速将主喷头7喷出的热固性树脂固化，有效避免树脂流动而导致制品变形；所述UV光源20的灯罩外壁与所述主喷头7的主筒701接触式连接，所述UV光源20的灯罩外壁和主喷头7的主筒701采用热导率较高的金属材质，UV光源20的热量通过主筒701传递至主筒701内的树脂，提高了主筒701内树脂的流动性；所述副喷头8的外围一圈设置有一环形冷风出口21，冷风出口21吹出的冷风能加速热塑性树脂的固化，保证了所需打印的外形形状；所述UV光源20的外围一圈设置有一环形冷风出口21，冷风出口21吹出的冷风可以带走UV光源20的热量，避免UV光源20过热而损坏。
进一步的，参见图12，打印机的外围由箱体22密封，所述箱体22的顶端设置有风扇23，所述箱体22的底端设置有排风口24，风自上而下的流动方式可以提高打印机内的环境，避免细小颗粒污染树脂；所述底座1上设置有一废料收集箱25，当需要转换颜色时，废料收集箱25可用于接收颜色过渡时的废弃树脂，避免树脂直接涂到制品上产生颜色异常。
实时例二：
实施例二与实施例一的不同之处在于：
参见图3和4，所述混合单元9内设置有一螺旋式混合管道905，所述混合管道905上端与RGB三色供料桶10和第一树脂供料桶11连接，所述混合管道905下端出口与所述主喷头7的入料口端连通，通过螺旋式混合管道905将RGB染色材料和树脂原材混合，螺旋式的混合管道905增加了混合时间，保证混合的质量；所述混合管道905内设置有沿着混合管道905内壁螺旋分布的搅拌叶片906，提高了混合效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型彩色3D打印机，其特征在于：包括打印机底座(1)、设置于底座(1)两侧的竖直支架(2)、设置于底座(1)一侧的控制器(3)、设置于支架(2)上端且相对支架(2)前后水平移动的横杆(4)、设置于横杆(4)上且能相对横杆(4)长度方向水平移动的喷头座(5)，所述底座(1)上设置有一可相对底座(1)上下移动的打印平台(6)；所述喷头座(5)上分别固定设置有一主喷头(7)和一副喷头(8)，所述主喷头(7)在进料口端设置有一混合单元(9)，所述混合单元(9)与RGB三色供料桶(10)和第一树脂供料桶(11)连接，所述副喷头(8)与第二树脂供料桶(12)连接，所述第一树脂供料桶(11)内树脂为热固性树脂，所述第二树脂供料桶(12)内树脂为热塑性树脂；所述RGB三色供料桶(10)、第一树脂供料桶(11)、第二树脂供料桶(12)分别由一开关(13)控制材料输送的开闭，所述开关(13)与控制器(3)电连接。
2.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述混合单元(9)包括四周密封的外壳(901)、外壳(901)中部竖直设置的搅拌转轴(902)，所述搅拌转轴(902)的上侧设置有多组旋转叶片(903)，所述搅拌转轴(902)的下侧设置有螺旋式混合叶片(904)；所述混合单元(9)的下端出口与所述主喷头(7)的入料口端连通。
3.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述混合单元(9)内设置有一螺旋式混合管道(905)，所述混合管道(905)上端与RGB三色供料桶(10)和第一树脂供料桶(11)连接，所述混合管道(905)下端出口与所述主喷头(7)的入料口端连通；所述混合管道(905)内设置有沿着混合管道(905)内壁螺旋分布的搅拌叶片(906)。
4.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述主喷头(7)和副喷头(8)分别包括出口端缩口设置的主筒(701)、与主筒(701)出口端固定连接的一固定头(702)、与固定头(702)滑动套接的套管(703)；所述套管(703)为单开口且开口端朝向所述喷头的出料端，所述套管(703)在开口端设置有一圆台(704)，所述圆台(704)的中部设置有一圆孔，所述固定头(702)的中部设置有一圈挖槽(705)，所述套管(703)通过圆孔与所述固定头(702)的挖槽(705)滑动套接；所述固定头(702)与套管(703)的内腔底端之间设置有一压缩弹簧(706)，所述弹簧(706)的弹力小于喷头工作时的内腔压力；所述主筒(701)与固定头(702)的连接处环形阵列分布有多个的通孔(707)；所述主筒(701)的内壁在与固定头(702)相对应的位置设置有一圈凹槽(708)，所述圆台(704)的直径大于主筒(701)的内腔直径且小于凹槽(708)的直径；所述挖槽(705)的长度小于所述凹槽(708)的长度且挖槽(705)在主筒(701)内壁上的投影落于凹槽(708)的外形之内，所述挖槽(705)上侧面端到凹槽(708)的上侧面端的距离小于所述圆台(704)的厚度。
5.如权利要求4所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述固定头(702)在与弹簧(706)连接处设置有一电极(709)，所述弹簧(706)为电阻丝材质，所述弹簧(706)与电极(709)内设置的电路电连接；所述固定头(702)内设置有一加热电阻丝(710)，所述加热电阻丝(710)与所述电极(709)内的电路电连接。
6.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述打印平台(6)通过其下端的第一电机(14)驱动自转，所述第一电机(14)连接于一伸缩轴(15)的顶端，所述伸缩轴(15)由一第二电机(16)驱动上下伸缩移动；所述打印平台(6)的上表面阵列设置有凸起的网点(601)。
7.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述底座(1)在打印平台(6)一侧设置有一检测平台(17)，所述检测平台(17)上端设置有一检测载具(18)，所述检测载具(18)上阵列设置有多个样品槽(181)；所述横杆(4)上设置有一能相对横杆(4)长度方向平移的色度测量仪(19)，所述色度测量仪(19)与所述控制器(3)电连接。
8.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：所述主喷头(7)的外围一圈阵列设置有多个UV光源(20)，所述UV光源(20)的灯罩外壁与所述主喷头(7)的主筒(701)接触式连接，所述UV光源(20)的灯罩外壁和主喷头(7)的主筒(701)采用热导率较高的金属材质；所述副喷头(8)和UV光源(20)的外围一圈设置有一环形冷风出口(21)。
9.如权利要求1所述的一种新型彩色3D打印机，其特征在于：打印机的外围由箱体(22)密封，所述箱体(22)的顶端设置有风扇(23)，所述箱体(22)的底端设置有排风口(24)；所述底座(1)上设置有一废料收集箱(25)。
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