CN113103569A - 一种3d打印机多色丝材换丝机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种3D打印机多色丝材换丝机构，其包括：多个行星轮、太阳轮、多个传动装置、多个丝料进给器、凸轮盘和控制器。每个行星轮的轮端面上开设有一个通孔和多个凹槽二。每个传动装置包括顶杆、多个插接块、弹性件、外壳轴、主动锥齿轮。轴端面位于通孔内且外缘开设有多个凹槽一，多个凹槽一分别与相应的行星轮的多个凹槽二相对应。旋转行星轮能使每个凹槽二与相应的凹槽一相对形成一个插接空间，还通过受压面的受压驱动弹性件压缩，使安装面上的多个插接块分别插接在多个插接空间中，从而行星轮带动相应的外壳轴旋转。本发明提高了打印稳定性、打印的效果以及质量，避免颜色渗透；还具有较高的兼容性。

Description

一种3D打印机多色丝材换丝机构

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种3D打印机多色丝材换丝机构。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它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。

目前市面上已经出现了少量的桌面多色3D打印机并进行了商业化，也有关于一些FDM的多色3D打印机的换丝机构，但这些机构但仍然面临着颜料渗透、打印效果较差的问题；由于3D打印机打印多种颜色的丝材，现有换丝机构常需要多个驱动电机以进行驱动送丝，兼容性较低。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种3D打印机多色丝材换丝机构，该3D打印机多色丝材换丝机构通过设置传动装置，解决了现有换丝机构颜料渗透、打印效果较差、兼容性较低的缺陷。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种3D打印机多色丝材换丝机构，其包括：多个行星轮、太阳轮、分别与多个行星轮相对应的多个传动装置、分别与多个主动锥齿轮相对应的多个丝料进给器、凸轮盘和控制器。多个行星轮平铺布局。每个行星轮的轮端面上开设有一个通孔和多个凹槽二。所述通孔位于所述轮端面的中心。多个凹槽二以所述通孔为中心呈环形布局且均与所述通孔相通。太阳轮位于呈环形布局的多个行星轮的中心且与多个行星轮均啮合。每个传动装置包括顶杆、多个插接块、弹性件、外壳轴、主动锥齿轮。顶杆的一侧为受压面，相对另一侧为安装面。多个插接块呈环形布局且固定在所述安装面上。弹性件位于所述安装面与外壳轴的一个轴端面之间，用于在所述轴端面上支撑顶杆。所述轴端面位于通孔内且外缘开设有多个凹槽一，多个凹槽一分别与相应的行星轮的多个凹槽二相对应。通过旋转行星轮能使每个凹槽二与相应的凹槽一相对形成一个插接空间，还通过所述受压面的受压驱动弹性件压缩，使所述安装面上的多个插接块分别插接在多个所述插接空间中，从而行星轮带动相应的外壳轴旋转。主动锥齿轮固定在外壳轴的另一端轴端面上。多个丝料进给器呈环形布局。每个丝料进给器通过一个从动锥齿轮与相应的主动锥齿轮传动连接。凸轮盘转轴与行星轮的转轴平行。凸轮盘位于多个顶杆上方，且面向顶杆的一侧上设置有一个凸起。通过旋转凸轮盘驱动凸起依次施压相应顶杆受压面。以及控制器用于根据一个预定的控制时序控制凸轮盘旋转。

进一步地，在沿凸轮盘的旋转方向上，凸起依次具有呈弧形内凹的过渡部一、用于作用在顶杆的受压面上的作用部、呈弧形内凹的过渡部二。

进一步地，每个传动装置还包括圆管一、圆管二。圆管一同轴固定在一个所述轴端面上。圆管二同轴固定在所述安装面上，且圆管二与圆管一的内壁滑动插接。

进一步地，每个传动装置还包括十字轨、十字块。十字轨固定在一个所述轴端面的中心。十字块固定在所述安装面的中心，且十字轨的内壁与十字块滑动插接。所述十字轨外侧与圆管一之间形成一个安装空间，且所述弹性件位于所述安装空间内。弹性件的一侧与所述轴端面固定。

进一步地，所述3D打印机多色丝材换丝机构还包括支撑架。凸轮盘、外壳轴、太阳轮、多个行星轮均转动式安装在所述支撑架上，多个丝料进给器固定在所述支撑架上。

进一步地，所述支撑架包括多个支撑柱以及通过多个支撑柱同轴固定的底板、隔板和顶板。多个丝料进给器安装在底板上。太阳轮和多个行星轮均转动安装在隔板上。凸轮盘设置在顶板上。

进一步地，所述顶板上表面中心处固定安装有直流电机。直流电机的输出端穿过顶板并与凸轮盘固定安装。

进一步地，所述隔板下表面中心处固定安装有步进电机。所述步进电机输出端穿过隔板并与太阳轮固定安装。

进一步地，所述插接块远离顶板的一侧截面呈圆弧型。所述插接块的垂直高度小于所述插接空间的垂直深度。

进一步地，所述丝料进给器至少设有五个，且多个丝料进给器外接于同一个喷头。

本发明提供的一种3D打印机多色丝材换丝机构，具有如下的有益效果：

1、该型3D打印机多色丝材换丝机构设置了凸轮盘、顶杆和行星轮。当凸轮盘向其中一个方向转动时，它向下推动顶杆，将顶杆下方的插接块嵌入到外壳轴与行星轮形成的插接空间。在这个位置，在外壳轴和行星轮之间建立了一个联轴器，因此丝材进给器将丝材送入喷头进行熔化。实现自动送丝，且送丝过程中速度平稳，实现了更好的打印效果。

2、本发明通过控制器设定程序控制凸轮盘精确推动顶杆，控制送不同颜色的丝材，实现精确送料，避免了3D打印中出现颜色渗透的问题。

3、本发明采用远端送料的方式，使丝料进给器与打印头分开，因此也减轻了打印头模块的质量，提高了定位精度。

4、本发明只需一个步进电机和传动装置之间的配合进行送丝，节省了空间；所以这个机制可以集成到任何商业单色3D打印机，而不需要对机械结构和电子元件进行重大改变。不仅提高了打印稳定性，提升了多色打印的效果以及质量，还具有较高的兼容性，能够更加适应市场的发展。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中一种3D打印机多色丝材换丝机构的立体结构示意图；

图2为图1中3D打印机多色丝材换丝机构的主视图；

图3为图1中传动装置的局部结构示意图；

图4为图1中传动装置的局部分解结构示意图；

图5为图1中凸轮盘处于工作状态时的结构示意图；

图6为图1中外壳轴和行星轮之间形成插接空间时的结构示意图；

图7为图1中插接块的结构示意图；

图8为图1中凸轮盘的结构示意图。

图中标记为：

1、底板；2、隔板；3、顶板；4、支撑柱；5、丝料进给器；6、从动锥齿轮；7、外壳轴；8、凹槽一；9、主动锥齿轮；10、行星轮；11、凹槽二；121、步进电机；122、太阳轮；13、传动装置；131、顶杆；132、弹性件；133、插接块；134、直流电机；135、凸轮盘；14、圆管一；15、圆管二；16、十字轨；17、十字块；18、凸起；181、过渡部一；182、作用部；183、过渡部二；20、支撑架；21、通孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供一种3D打印机多色丝材换丝机构，其包括：支撑架20、多个行星轮10、太阳轮122、分别与多个行星轮10相对应的多个传动装置13、分别与多个主动锥齿轮9相对应的多个丝料进给器5、凸轮盘135以及控制器。

在本实施例中，所述支撑架20包括多个支撑柱4以及通过多个支撑柱4同轴固定的底板1、隔板2和顶板3。底板1、隔板2和顶板3可通过焊接的方式固定在所述支撑柱4上。底板1、隔板2和顶板3相互平行，相邻之间形成一个安装区域。多个丝料进给器5安装在底板1上。太阳轮122和多个行星轮10均转动安装在隔板2上。凸轮盘135设置在顶板3上。

请结合图5，多个行星轮10平铺且转动式安装在所述支撑架20上，太阳轮122位于呈环形布局的多个行星轮10的中心且与多个行星轮10均啮合。在本实施例中，行星轮10的数量以5个为例进行举例说明，5个行星轮10平铺且转动式安装在隔板2上，以太阳轮122为中心环形布局，且与太阳轮122啮合。每个行星轮10的中心轴垂直于底板1，每个行星轮10的轮端面上开设有一个通孔21和多个凹槽二11。所述通孔21位于所述轮端面的中心。多个凹槽二11以所述通孔21为中心呈环形布局且均与所述通孔21相通。

太阳轮122可采用步进电机121来驱动，步进电机121可安装在隔板2下表面中心处。在本实施例中，所述步进电机121输出端穿过隔板2并与太阳轮122固定安装。当步进电机121的输出端驱动太阳轮122转动时，使太阳轮122带动多个行星轮10同步转动。

请结合图4、图6和图7，每个传动装置13包括顶杆131、多个插接块133、弹性件132、外壳轴7、主动锥齿轮9，还可包括圆管一14、圆管二15、十字轨16、十字块17。

外壳轴7可转动式安装在所述支撑架20上，在本实施例中，隔板2可开设安装孔，外壳轴7穿过安装孔的方式实现转动式安装在支撑架20上，为例减少隔板2与外壳轴7之间的磨损，可在安装孔上安装轴承。外壳轴7的一端位于通孔21内，且相应的轴端面的外缘开设有多个凹槽一8，多个凹槽一8分别与相应的行星轮10的多个凹槽二11相对应，通过旋转行星轮10能使每个凹槽二11与相应的凹槽一8相对形成一个插接空间。外壳轴7的另一端与主动锥齿轮9传动连接。

顶杆131的一侧为受压面，相对另一侧为安装面。多个插接块133呈环形布局且固定在所述安装面上。顶杆131的受压面受压时，且在插接空间形成时，多个插接块133就能插接在相应的插接空间中。在本实施例中，受压面呈球冠型。所述插接块133远离顶板3的一侧截面呈圆弧型，便于插接块133插接在相应的插接空间，减少磨损。所述插接块133的垂直高度小于所述插接空间的垂直深度，这样，当插接块133插接在相应的插接空间时，插接块133的端部不与隔板2接触，避免了因接触带来的磨损。主动锥齿轮9固定在外壳轴7的另一端轴端面上。

弹性件132位于所述安装面与外壳轴7具有凹槽一8的轴端面之间，用于在所述轴端面上支撑顶杆131。顶杆131由于弹性件132的支撑，在受压面上的压力撤销时，可通过弹性件132复位。

圆管一14同轴固定在一个所述轴端面上。圆管二15同轴固定在所述安装面上，且圆管二15与圆管一14的内壁滑动插接。通过在外壳轴7与顶杆131之间设置相对滑动的圆管一14和圆管二15，当所述顶杆131受压靠近相应的外壳轴7时，可以避免弹性件132受压发生扭转弯曲，增加了结构的稳定性。在其他实施例中，圆管一14、圆管二15也可以不设置。

十字轨16固定在一个所述轴端面的中心。十字块17固定在所述安装面的中心，且十字轨16的内壁与十字块17滑动插接。所述十字轨16外侧与圆管一14之间形成一个安装空间，且所述弹性件132位于所述安装空间内。弹性件132的一侧与所述轴端面固定。通过在外壳轴7与顶杆131之间设置相对滑动的十字轨16与十字块17，当所述顶杆131受压靠近相应的外壳轴7时，可以限制外壳轴7与顶杆131之间发生相对转动，进一步增加的结构的稳定性。在本实施例中，十字轨16和十字块17还可设置成其它相互滑动配合且不会发生相对转动的形状，比如截面为方形、三角形等的拉伸体。在其他实施例中，十字轨16、十字块17也可以不设置。

因此，针对传动装置13，可通过旋转行星轮10能使每个凹槽二11与相应的凹槽一8相对形成一个插接空间，还通过所述受压面的受压驱动弹性件132压缩，使所述安装面上的多个插接块133分别插接在多个所述插接空间中，从而通过太阳轮122驱动行星轮10旋转，使行星轮10带动相应的外壳轴7旋转。

请结合图8，凸轮盘135转动式安装在所述支撑架20上，在本实施例中，凸轮盘135转动式安装在顶板3面向隔板2的一侧上。在沿凸轮盘135的旋转方向上，凸起18可依次具有呈弧形内凹的过渡部一181、用于作用在顶杆131的受压面上的作用部182、呈弧形内凹的过渡部二183。在本实施例中，过渡部一181、作用部182、过渡部二183一体成型在凸轮盘135上，在其他实施例中，过渡部一181、作用部182、过渡部二183、凸轮盘135之间都可以分体设置。凸轮盘135可采用直流电机134驱动，直流电机134可安装在所述顶板3上表面中心处。直流电机134的输出端穿过顶板3并与凸轮盘135固定安装。凸轮盘135的转轴与行星轮10的转轴平行。凸轮盘135位于多个顶杆131上方，且面向顶杆131的一侧上设置有一个凸起18。通过旋转凸轮盘135驱动凸起18依次施压相应顶杆131受压面。

多个丝料进给器5呈环形布局且固定在所述支撑架20上，在本实施例中，丝料进给器5固定在底板1上。丝料进给器5的数量可根据现场应用的需要进行设置，在本实施例中相应五种颜色的丝材，因此设有五个，且多个丝料进给器5外接于同一个喷头。每个丝料进给器5可通过一个从动锥齿轮6与相应的主动锥齿轮9传动连接。当其中一个外壳轴7带动相应的主动锥齿轮9发生转动时，相应的从动锥齿轮6也随之发生转动，从而带动相应的丝料进给器发生转动，进而对某一种颜色进行供丝。

所述控制器与所述直流电机134和步进电机121均电性连接。控制器用于根据一个预定的控制时序控制直流电机134的输出端带动凸轮盘135旋转，还可控制所述步进电机121带动太阳轮进行转动。

所述预定的控制时序可以采用G代码编写，在本实施例中控制器按照预定的G代码控制凸轮盘135精确转动；五个丝料进给器可分别控制A、B、C、D、E五种颜色的丝材出丝。假设在3D打印的过程中，需要从A颜色跨越至C颜色，凸轮盘135在转动的途中须经过B颜色，在凸轮盘135转动之前，根据控制器的程序设定(即预定的控制时序)，可将喷头先移送至废料区，之后凸轮盘135的凸起18开始转动至与C颜料相应的丝料进给器5上方。所述控制器根据预定的控制时序中设定的时间，经过一定时间后，喷头会将其内部的颜色A和颜色B完全挤出至所述废料区。此后喷头从废料区移至打印区，恢复打印。

通过上述控制器的程序设定，可避免喷头内残留不需要的丝材，从而避免3D打印过程中渐变色的形成，进而避免打印制品看起来不干净的情况发生。

本实施例公开的3D打印机多色丝材换丝机构的工作原理如下：当直流电机134输出端转动时，凸轮盘135围绕其中心旋转。若凸轮盘135向一个方向转动时，位于凸轮盘135上的凸起18带着其中一个顶杆131克服相应弹性件132的弹力向下运动。在这个位置，该顶杆131底部的多个插接块133分别与多个插接空间实现嵌合，相应的行星轮10和外壳轴7之间形成连接，带动丝材进给器5将丝材送入喷头进行熔化。

当凸轮盘135继续转动时，顶杆131上的多个插接块133开始被松开后的弹性件132弹出，不再嵌入相应的多个插接空间。在这个位置，在相应的外壳轴7和行星轮10之间无法建立成一个联轴器，外壳轴7周围的行星轮10自由旋转,且不能传输功率，丝材进给器5的丝材不能被送出。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，在传动装置13中，外壳轴底部固定安装有皮带轮一，每个丝料进给器的一端固定安装有皮带轮二，且皮带轮一与皮带轮二之间通过同步带传动连接。

在本实施例中，丝料进给器5在正常运行时，皮带轮一和皮带轮二均与同步带紧密摩擦。若丝料进给器5工作时发生卡顿，安装在丝料进给器5上的皮带轮二可与同步带之间发生相对打滑，从而对其他零件起到了过载保护作用。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，所述支撑架外部同轴设置有外壳罩，所述底板外缘呈圆周布局固定有多个耳板一。所述外壳罩靠近底板的端部固定有分别与多个耳板一相应的多个耳板二。每个耳板一与相应的耳板二通过螺栓固定安装。

其中，外壳罩侧壁开设有分别与多个丝料进给器5相应的多个孔洞；每个丝料进给器5连接喷头的一端均穿过相应的孔洞。

通过在换丝机构外部设置可安装或拆卸外壳罩，可避免换丝机构在运行时受到外部影响，保障了换丝机构的稳定运行；同时外壳罩具有绝缘、防尘、防风的作用。

外壳罩可由无色透明的塑料材质制成，便于使用者观察其内部具体情况，进而对换丝机构进行维护检修。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于，其包括：

多个行星轮(10)，其平铺布局；每个行星轮(10)的轮端面上开设有一个通孔(21)和多个凹槽二(11)；所述通孔(21)位于所述轮端面的中心；多个凹槽二(11)以所述通孔(21)为中心呈环形布局且均与所述通孔(21)相通；

太阳轮(122)，其位于呈环形布局的多个行星轮(10)的中心且与多个行星轮(10)均啮合；

分别与多个行星轮(10)相对应的多个传动装置(13)；每个传动装置(13)包括顶杆(131)、多个插接块(133)、弹性件(132)、外壳轴(7)、主动锥齿轮(9)；顶杆(131)的一侧为受压面，相对另一侧为安装面；多个插接块(133)呈环形布局且固定在所述安装面上；弹性件(132)位于所述安装面与外壳轴(7)的一个轴端面之间，用于在所述轴端面上支撑顶杆(131)；所述轴端面位于通孔(21)内且外缘开设有多个凹槽一(8)，多个凹槽一(8)分别与相应的行星轮(10)的多个凹槽二(11)相对应；通过旋转行星轮(10)能使每个凹槽二(11)与相应的凹槽一(8)相对形成一个插接空间，还通过所述受压面的受压驱动弹性件(132)压缩，使所述安装面上的多个插接块(133)分别插接在多个所述插接空间中，从而行星轮(10)带动相应的外壳轴(7)旋转；主动锥齿轮(9)固定在外壳轴(7)的另一端轴端面上；

分别与多个主动锥齿轮(9)相对应的多个丝料进给器(5)；多个丝料进给器(5)呈环形布局；每个丝料进给器(5)通过一个从动锥齿轮(6)与相应的主动锥齿轮(9)传动连接；

凸轮盘(135)，其转轴与行星轮(10)的转轴平行；凸轮盘(135)位于多个顶杆(131)上方，且面向顶杆(131)的一侧上设置有一个凸起(18)；通过旋转凸轮盘(135)驱动凸起(18)依次施压相应顶杆(131)受压面；以及

控制器，其用于根据一个预定的控制时序控制凸轮盘(135)旋转。

2.如权利要求1所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：在沿凸轮盘(135)的旋转方向上，凸起(18)依次具有呈弧形内凹的过渡部一(181)、用于作用在顶杆(131)的受压面上的作用部(182)、呈弧形内凹的过渡部二(183)。

3.如权利要求1所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：每个传动装置(13)还包括圆管一(14)、圆管二(15)；圆管一(14)同轴固定在一个所述轴端面上；圆管二(15)同轴固定在所述安装面上，且圆管二(15)与圆管一(14)的内壁滑动插接。

4.如权利要求3所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：每个传动装置(13)还包括十字轨(16)、十字块(17)；十字轨(16)固定在一个所述轴端面的中心；十字块(17)固定在所述安装面的中心，且十字轨(16)的内壁与十字块(17)滑动插接；所述十字轨(16)外侧与圆管一(14)之间形成一个安装空间，且所述弹性件(132)位于所述安装空间内；弹性件(132)的一侧与所述轴端面固定。

5.如权利要求1所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：所述3D打印机多色丝材换丝机构还包括支撑架(20)；凸轮盘(135)、外壳轴(7)、太阳轮(122)、多个行星轮(10)均转动式安装在所述支撑架(20)上，多个丝料进给器(5)固定在所述支撑架(20)上。

6.如权利要求5所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：所述支撑架(20)包括多个支撑柱(4)以及通过多个支撑柱(4)同轴固定的底板(1)、隔板(2)和顶板(3)；多个丝料进给器(5)安装在底板(1)上；太阳轮(122)和多个行星轮(10)均转动安装在隔板(2)上；凸轮盘(135)设置在顶板(3)上。

7.如权利要求6所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：所述顶板(3)上表面中心处固定安装有直流电机(134)；直流电机(134)的输出端穿过顶板(3)并与凸轮盘(135)固定安装。

8.如权利要求6所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：所述隔板(2)下表面中心处固定安装有步进电机(121)；所述步进电机(121)输出端穿过隔板(2)并与太阳轮(122)固定安装。

9.如权利要求1所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：所述插接块(133)远离顶板(3)的一侧截面呈圆弧型；所述插接块(133)的垂直高度小于所述插接空间的垂直深度。

10.如权利要求1所述的一种3D打印机多色丝材换丝机构，其特征在于：所述丝料进给器(5)至少设有五个，且多个丝料进给器(5)外接于同一个喷头。

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