CN203805321U - 可实现彩色打印的3d打印机的机头及该打印机的专用打印线材 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现彩色打印效果的3D打印机的机头及该打印机专用打印线材。该机头主体的内部设置有一条供打印线材进入的通道，该机头主体上设置有加热装置，线材通过加热装置熔融后，由通道的出口挤出，于机头主体的旁侧设置有墨水供应装置，该墨水供应装置的出墨口与通道连通，墨水供应装置中的墨水由出墨口进入通道内。专用打印线材表面形成有供气体自下而上穿经的气道，以将机头内产生的气体及时排出。本实用新型增加了一个墨水供应装置，通过墨水供应装置向打印机机头主体内供应彩色墨水，从而实现打印线材的“染色”效果，最终实现彩色3D打印效果。

Description

可实现彩色打印的3D打印机的机头及该打印机的专用打印线材

技术领域：

本实用新型涉及立体图像打印设备技术领域，特指一种可实现彩色打印效果的3D打印机的机头，以及该打印机的专用打印线材。 

背景技术：

目前所谓的3D打印机，其本质是一种快速成形技术，其工作过程为：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印，并将薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。多功能3D打印机与传统打印机最大的区别在于：它使用的“墨水”是实实在在的原材料。原材料一般为热熔胶线，该热熔胶线的端部插入3D打印机的热熔打印头中，而热熔打印头通过通电加热而实现对热熔胶线进行熔融，经熔融的胶从热熔打印头下端流出，逐层打印，并将薄型层面堆叠以实现固态物体成型。 

目前的3D打印机由于受到打印材料的限制，只能实现单一色彩的打印。即，热熔胶线是什么颜色，所打印的产品也是什么颜色。对于热熔胶线而言，其产品通常是白色的胶线，如果需要令其具有颜色，需要在加工时加入对应的色母粒。但是其最终也只能形成单一的色彩，如果需要打印多色彩的产品，目前的打印机和胶线是无法实现了。 

针对上述问题，本发明人经过不断的研究，提出了以下技术方案。 

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题就在于克服现有产品的不足，提出一种可实 现彩色打印效果的3D打印机的机头。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该机头主体的内部设置有一条供打印线材进入的通道，该机头主体上设置有加热装置，线材通过加热装置熔融后，由通道的出口挤出，于机头主体的旁侧设置有墨水供应装置，该墨水供应装置的出墨口与通道连通，墨水供应装置中的墨水由出墨口进入通道内。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的机头主体沿其轴向方向，自上而下包含：冷却段、混合段和加热段，其中所述的加热装置位于加热段，所述的出墨口于混合段与通道连通。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的冷却段处设置有散热装置，所述的散热装置采用金属散热片，该散热片围设于冷却段外围；或者，所述的散热装置采用水冷散热片，或者热管散热器。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的机头主体上还设置有温控电路，于所述的冷却段、混合段分别设置有温度传感器，该温度传感器接入温控电路；所述的加热装置为电加热机构，其接入温控电路，通过温控电路控制加热装置启动或关闭。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的机头主体的混合段处设置有支架，所述的墨水供应装置通过支架可拆卸安装在机头主体上，所述的支架中形成有将出墨口与通道连通的管道。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的加热装置采用电热丝加热机构，电热丝均匀围绕于加热段外围。或者，所述的加热装置采用微波加热。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的墨水供应装置采用喷墨打印机墨盒。 

采用上述技术方案后，本实用新型的工作原理为：在打印机机头主体旁设置一个墨水供应装置，通过该墨水供应装置向打印机主体的通道内供应彩色墨水，彩色墨水进入通道后，与机头主体混合段内的线材融合，令线材被“染色”，从而挤出的材料形成彩色的原料，所打印出的产品也就具有了颜色。墨水供应装置所提供的墨水与线材融合的区域是影响本技术方案“染色”效果的一个重要因素，如果墨水过早的进入，线材还没有开设熔化，墨水无法与线材充分熔合；如果墨水太晚进入，线材早已熔化，墨水只能浸染局部的熔融的线材区域，导致打印头挤出的材料“染色”不均匀。所以本技术方案中，墨水在线材正处于熔融状态时进入，此时线材开始被熔化，但是并没有完全熔化，墨水进入后，对刚开始熔化的线材进行染色，并且线材还需要不断的向下挤出，在挤出过程中，墨水与熔化的材料得到充分的混合，最终令材料实现均匀的“染色”效果。 

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点： 

1、本实用新型增加了一个墨水供应装置，通过墨水供应装置向打印机机头主体内供应彩色墨水，从而实现打印线材的“染色”效果，最终实现彩色3D打印效果。 

2、本实用新型充分考虑到墨水与线材的融合问题，在适当的区域进入彩色墨水，从而实现均匀的“染色”效果，令打印处的样品色彩更加均匀。 

3、本实用新型结构简单，便于实现，所用的墨水供应装置采用喷墨打印机墨盒，这样便于实现颜色供应的电子化控制，以实现自动喷色。 

本实用新型要解决的第二个技术问题在于提供一种用于上述打印机的专用打印线材。 

为解决上述第二个技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：该可实现 彩色打印的3D打印机的专用打印线材采用塑胶材料制，所述的线材表面形成有供气体自下而上穿经的气道。 

进一步而言，上述技术方案中，所述的气道为形成于所述的线材表面的螺旋形沟槽。或者，所述的气道为纵向开设于线材表面的沟槽。 

由于本实用新型的打印机机头上增加了一个墨水供应装置，当墨水供应装置向打印机机头主体内供应彩色墨水时，墨水中的水份受热后会产生“水蒸汽”，如果这些“水蒸气”不及时排出，则容易对后续的打印产生影响，甚至造成危险，所以为了解决这一技术问题，本实用新型采用了上述技术方案，即在线材表面形成有供气体自下而上穿经的气道，由于该气道的存在，可以及时将“水蒸气”排出。 

附图说明：

图1是本实用新型实施例一的主视图； 

图2是本实用新型实施例一的内部结构示意图； 

图3是本实用新型实施例一温控电路的示意图； 

图4是本实用新型实施例一工作状态示意图； 

图5是本实用新型实施例二的主视图； 

图6是本实用新型中线材实施例一的结构示意图； 

图7A是本实用新型中线材实施例二的结构示意图； 

图7B是图7A中沿A-A线的剖视图； 

图8是本实用新型中线材实施例三的结构示意图； 

图9是本实用新型中线材实施例四的结构示意图； 

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。 

实施例一 

见图1、2所示，本实用新型为一种3D打印机的机头，该机头主体1采用金属套管制作，其内部设置有一条供打印线材2进入的通道10，于通道10的末端形成有一个锥形的端部100，通道10的出口就位于端部100上。线材2采用热熔胶条，其通过其他的推动机构被送入通道10内。该机头主体1上设置有加热装置3，线材2通过加热装置3熔融后，由于线材2不断的进给，产生的挤压力，将熔融的材料由通道10的出口挤出。 

于机头主体1的旁侧设置有墨水供应装置5，该墨水供应装置5的出墨口51与通道10连通，墨水供应装置5中的墨水由出墨口51进入通道10内。 

所述的机头主体1沿其轴向方向，自上而下包含：冷却段11、混合段12和加热段13。其中，线材2进入通道10内后，将一次经过冷却段11、混合段12和加热段13，最后以熔融状态被挤出。 

所述的冷却段11的位置设置有散热装置4，该散热装置4可直接采用金属散热片，该散热片围设于冷却段11外围，通过散热片将通道10内的温度散出。 

于机头主体1的混合段12位置处设置有一支架14，所述的墨水供应装置5通过支架14可拆卸安装在机头主体1上，所述的支架14中形成有将出墨口51与通道10连通的管道140。于管道140对应出墨口51的一端形成漏斗状，该漏斗内壁形成有若干的毛细通道，这些毛细通道为细小沟槽，相互交错。由于目前的彩色打印墨盒多采用三基色(如RGB或者CMY)墨水，所以许多颜色需要三基色墨水相互配合形成。故增加一个漏斗状的接口，当墨水供应装置5的喷墨后，各种不同颜色的墨水通过漏斗被接纳，同时通过漏斗内壁上的毛细通道形成混 合，成为所需要的颜色，然后再由漏斗末端进入管道140内，并输送到通道10内与混合段12内的线材2混合。 

本实用新型中所用的墨水供应装置5可直接采用喷墨打印机墨盒，这样便于实现颜色供应的电子化控制，以实现自动喷色。 

所述的加热装置3位于加热段13，所述的加热装置3可采用电热丝加热机构，电热丝均匀围绕于加热段13外围。当然，加热装置3也可采用其他电加热元件。例如，所述的加热装置3可采用微波加热。如果采用微波加热，所使用的线材2中必须加入一定量的金属粉末。由于微波无法作用于塑胶材料，所以普通的塑胶材料制作的线材2是无法通过微波加热的。但是，如果在制作线材2时，在其中混入一定量的金属粉末，这样当使用微波加热时，金属粉末会受热产生热量，从而熔化周围的塑胶材料，最终形成加热。 

本实用新型是将墨水供应装置5内的彩色墨水通过管道140输送到通道10，令墨水与机头主体1混合段12内的线材2融合，令线材2被“染色”，从而挤出的材料形成彩色的原料，所打印出的产品也就具有了颜色。 

本实用新型之所以设置冷却段11和混合段12，这是因为墨水供应装置5所提供的墨水在与线材2融合的区域是影响本技术方案“染色”效果的一个重要因素，如果墨水过早的进入，线材2还没有开设熔化，墨水无法与线材2充分熔合；如果墨水太晚进入，线材2早已熔化，墨水只能浸染局部的熔融的线材区域，导致打印头挤出的材料“染色”不均匀。所以本实用新型中，墨水在线材2正处于熔融状态时进入，此时线材开始被熔化，但是并没有完全熔化，墨水进入后，对刚开始熔化的线材进行染色，并且线材还需要不断的向下挤出，在挤出过程中，墨水与熔化的材料得到充分的混合，最终令材料实现均匀的“染色”效果。 

见图3所示，为了控制混合段12内对应通道10处的温度，必须对温度进行监控。所述的机头主体1上还设置有温控电路6，于所述的冷却段11、混合段12分别设置有温度传感器110、120，该温度传感器110、120接入温控电路6。由于加热装置3采用电加热机构，将其接入温控电路6中即可实现对其控制。工作时，随着加热装置3工作时间的增加，加热段13区域的温度不断升高，这样热量将不断传导至混合段12区域，导致混合段12内温度不断升高，这样位于混合段12内的线材2就会出现提前熔融，这样将导致最后的染色效果不良的问题。如果冷却段11区域的温度过高，导致其内的线材2出现软化、熔融状态，这样就会导致冷却段11区域的通道10被堵塞。由于墨水在混合段12区域内与熔融材料混合时，墨水内的水分会被汽化，形成蒸汽，由于混合段12上方区域的通道10已经被堵塞，蒸汽无法排出，就会向下随熔融的材料一起挤出，这样就会造成打印头打印过程中的特定时刻出现“喷发”现象，导致打印的产品出现瑕疵。同时，如果线材2在冷却段11区域就软化，这样就无法产生足够的推力将下方通道10内的熔融材料挤出。所以通过温度传感器110、120可了解冷却段11、混合段12的温度，当温度高于设定的温度时，温控电路6将切断加热装置3的电源，令其停止加热，或者控制加热装置3的发热功率，以实现冷却段11、混合段12的温度处于合适的范围内。 

见图4所示，这是本实用实施例工作状态示意图，线材2的熔点在120-200摄氏度之间，通常加热装置3可将加热段13加热到250摄氏度，以确保线材2被彻底熔化。其中冷却段11区域，其温度在120摄氏度以下，此时，线材2仍处于平常状态，没有出现变软的现象。混合段12区域的温度控制在120-250摄氏度之间，在此段区域内，墨水被输送进来，并与正在熔化的线材充分混合，墨 水受热产生的蒸汽也将自然上升，通过线材2与通道10之间的间隙蒸发。 

见图5所示，这是本实用新型的另一实施例。由于整个机头主体1的体积并不大，所以加热装置3产生的热量会迅速传导，导致冷却段11和混合段12区域的温度迅速升高，所以，为了进一步提升散热效果，本实用新型还可采用水冷散热片作为散热装置4，这种散热装置的散热效率更好，可令冷却段11的温度保持在所要求的范围内。当然，还可采用热管散热器等其他类型的散热元件。 

前面已经阐述了，本实用新型的打印机在工作时，墨水在混合段12区域内与熔融材料混合时，墨水内的水分会被汽化，形成蒸汽。所述必须将该蒸汽及时排出，如果仅仅通过线材2与通道10之间的间隙来排出，是存在一定风险的。首先，线材2与通道10之间通常配合是较为紧密的，其次，即便是二者配合存在一定的间隙，线材2在受热时的产生的膨胀有可能将配合间隙堵塞，所以本实用新型对打印机的线材做出了如下的改进。 

见图6所示，由于线材2采用塑胶材料制，在制作时，令其表面形成有供气体自下而上穿经的气道21。图6是线材2的实施例一，本实施例中，所述的气道21为形成于所述的线材2表面的螺旋形沟槽。具体而言，线材2的横截面基本呈圆形，在其表面开设有螺纹，螺纹之间的沟槽就构成了一个自下而上连通的气道21。打印机工作时，所产生的水蒸气可通过该气道21自下而上排出。 

见图7A-图7B所示，其显示了本实施例的主视图和A-A的剖视图。上述实施例中，气道21采用的类似螺纹结构，本线材的实施例二中，气道21虽然也采用螺旋造型，但是采用的是多条(本实施例中开设了三条)沟槽螺旋上升的方式，本实施例中气道21的数量可根据需要设置，最少可开设一条气道即可。 

见图8所示，本线材的实施例三中，气道21直接采用纵向开设的方式，贯 穿整个线材。 

见图9所示，本实施例中，线材2的横截面还可采用其他造型，例如四边形、五边形，或者其他非规则的多边形，利用线材2自身的造型可形成所述的气道21。 

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。 

Claims (10)

1.一种可实现彩色打印的3D打印机的机头，该机头主体（1）的内部设置有一条供打印线材（2）进入的通道（10），该机头主体（1）上设置有加热装置（3），线材（2）通过加热装置（3）熔融后，由通道（10）的出口挤出，其特征在于：于机头主体（1）的旁侧设置有墨水供应装置（5），该墨水供应装置（5）的出墨口（51）与通道（10）连通，墨水供应装置（5）中的墨水由出墨口（51）进入通道（10）内。

2.根据权利要求1所述的可实现彩色打印的3D打印机的机头，其特征在于：所述的机头主体（1）沿其轴向方向，自上而下包含：冷却段（11）、混合段（12）和加热段（13），其中所述的加热装置（3）位于加热段（13），所述的出墨口（51）于混合段（12）与通道（10）连通。

3.根据权利要求2所述的可实现彩色打印的3D打印机的机头，其特征在于：所述的冷却段（11）处设置有散热装置（4）；所述的散热装置（4）采用金属散热片，该散热片围设于冷却段（11）外围；或者所述的散热装置（4）采用水冷散热片，或者热管散热器。

4.根据权利要求2或3所述的可实现彩色打印的3D打印机的机头，其特征在于：所述的机头主体（1）上还设置有温控电路（6），于所述的冷却段（11）、混合段（12）分别设置有温度传感器（110、120），该温度传感器（110、120）接入温控电路（6）；所述的加热装置（3）为电加热机构，其接入温控电路（6），通过温控电路（6）控制加热装置（3）启动或关闭。

5.根据权利要求4所述的可实现彩色打印的3D打印机的机头，其特征在于：所述的机头主体（1）的混合段（12）处设置有支架（14），所述的墨水供应装置（5）通过支架（14）可拆卸安装在机头主体（1）上，所述的支架（14）中形成有将出墨口（31）与通道（10）连通的管道（140）。

6.根据权利要求4所述的可实现彩色打印的3D打印机的机头，其特征在于：所述的加热装置（3）采用电热丝加热机构，电热丝均匀围绕于加热段（13）外围；或者，所述的加热装置（3）采用微波加热。

7.根据权利要求4所述的可实现彩色打印的3D打印机的机头，其特征在于：所述的墨水供应装置（5）采用喷墨打印机墨盒。

8.一种可实现彩色打印的3D打印机的专用打印线材，该线材（2）采用塑胶材料制，其特征在于：所述的线材（2）表面形成有供气体自下而上穿经的气道（21）。

9.根据权利要求8所述的可实现彩色打印的3D打印机的专用打印线材，其特征在于：所述的气道（21）为形成于所述的线材（2）表面的螺旋形沟槽。

10.根据权利要求8所述的可实现彩色打印的3D打印机的专用打印线材，其特征在于：所述的气道（21）为纵向开设于线材（2）表面的沟槽。