CN207465877U - 一种合成打印多种材料的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种合成打印多种材料的3D打印机，其包括供料成型系统和3D打印系统，所述的3D打印系统具有旋转换向器，多个打印喷头与所述旋转换向器连接；所述供料成型系统包括有多个配料箱、多个成型箱和与所述多个成型箱一一对应且依次设置的多个第一输料管、多个冷凝罐和多个卷料器，所述配料箱通过多个第二输料管分别与多个成型箱连接，所述成型箱用于混合所述配料箱中的原料并制备出线材，不同的线材被输送至不同的打印喷头，各个打印喷头可以相互切换进行3D打印。本实用新型能够方便、高效地使用多个喷头进行3D打印，克服了普通3D打印机仅能打印单一材质物体的局限性，实现不同材料、不同硬度、不同色彩和不同触感的高效模拟。

Description

一种合成打印多种材料的3D打印机

技术领域

本实用新型涉及一种合成打印多种材料的3D打印机，属于3D打印技术领域。

背景技术

3D打印技术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，通过逐层堆积的方式来构造物体的技术，属于快速成型技术的一种。3D打印技术中的熔融沉积式打印是通过将线状打印材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积成型。目前的熔融沉积3D打印技术虽然可以精确地打印出物体的外表形状，但是也确实存在一定问题。单喷头熔融沉积式3D打印机只能局限于单一材料的打印，无法实现不同材料、不同硬度、不同色彩和不同触感的高效模拟。而现有的可以打印多种材料的3D打印机机身体积巨大，如：现有技术1(申请号：201610993007.7、公开号：CN 106335185A)公开了一种可多喷嘴同时打印的3D打印机，其不同打印喷头呈分散式分布，机身体积巨大，只能局限于2-3种材料的打印；并且，已有多喷嘴3D打印机的打印模型需要在多个平面内变换位置，精确度无法保证。其次，现有的3D打印机的打印系统和材料合成系统是独立分割的，如现有技术2(申请号：201610781585.4；公开号：CN106273497A)采用的多材料3D打印机，该种设计无法满足不同使用者对于打印材料的个性化要求，限制了3D打印的自动化水平，不利于生产成本的降低。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种线材合成和3D打印一体的3D打印机，能够合成多种打印线材，并利用多个打印喷头对打印模型进行打印，实现不同材料、不同硬度、不同色彩和不同触感的高效模拟。具体技术方案如下。

一种合成打印多种材料的3D打印机，其包括供料成型系统和3D打印系统，所述的3D打印系统具有旋转换向器，多个打印喷头与所述旋转换向器连接；所述供料成型系统包括有多个配料箱、多个成型箱和与所述多个成型箱一一对应且依次设置的多个第一输料管、多个冷凝罐和多个卷料器，所述配料箱通过多个第二输料管分别与多个成型箱连接，所述成型箱用于混合所述配料箱中的原料并制备出线材，所述第一输料管用于输送从所述成型箱中制备的线材，所述冷凝罐用于冷却线材，所述卷料器用于卷绕经过冷却的线材并放卷该线材。

进一步地，所述成型箱包括预混箱和热熔成型箱，所述预混箱设置在所述热熔成型箱上部，所述预混箱内设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括有水平设置的横梁和垂直设置于所述横梁上的多根搅拌棍，所述预混箱的顶部设置有滑槽，所述预混箱的上部设置有连通所述预混箱内部和所述滑槽的多个物料入口，所述滑槽内设置有用于封堵所述物料入口的滑块，所述预混箱下部设置物料出口，所述物料出口将所述预混箱和所述热熔成型箱连通，所述热熔成型箱内设置有活塞，所述活塞的中部具有连通活塞上表面和下表面的通孔，所述活塞的内部具有滑槽，滑槽内设置有用于打开或者封闭所述通孔的滑板，所述热熔成型箱的底部与所述第一输料管连通。

进一步地，所述旋转换向器包括有旋转齿轮和与所述旋转齿轮啮合的蜗杆，所述蜗杆与电机相连。

进一步地，所述打印喷头包括有加热装置和温度传感器，所述温度传感器位于靠近所述打印喷头的喷嘴的位置，所述温度传感器为热电偶或热敏电阻型温度传感器，用于测量喷嘴处打印材料的温度，所述温度传感器与控制器相连，所述控制器与所述加热装置相连，所述加热装置为设置在喷头内部的呈波浪状的铝合金薄膜加热器。

进一步地，所述打印喷头还包括有两个测距装置，两个所述测距装置位于温度传感器的两侧，所述测距装置为红外测距仪或超声波测距仪。

进一步地，所述3D打印系统包括有运动系统和框架，所述框架上设置有Y轴方向的两个凹槽，所述运动系统包括有喷头支架、两根Y轴齿条、一根X轴齿条、打印平台和设置在打印平台四个角的丝杆螺母机构，所述两根Y轴齿条分别设置在两个所述凹槽内，所述X轴齿条的两端分别连接在所述两根Y轴齿条上，所述旋转换向器与所述喷头支架连接，所述喷头支架上设置有喷头齿轮，所述喷头齿轮与所述X轴齿条啮合。

本实用新型能够方便、高效地使用多个喷头进行3D打印，克服了普通3D打印机仅能打印单一材质物体的局限性，实现不同材料、不同硬度、不同色彩和不同触感的高效模拟。同时，本实用新型的所有打印喷头集中于1个喷头支架上，大大压缩了机身空间。同时，针对所要打印线材的特性设置了温度传感器与加热器正负反馈相结合的热熔方案提高了打印灵活性与准确性。本实用新型将供料成型系统和3D打印系统合理地连接一起。多个配料箱可以根据打印模型对不同材料的需求来调整打印线材合成方式，实现了打印线材合成、线材输送和喷头打印的一体化操作，有效降低劳动强度、提高了生产效率，满足了不同使用者对于打印材料的个性化需求，尤其对于打印结构复杂且包含不同材质的物体十分有利，例如打印包含不同材质部件的人体模型。

附图说明

图1为本实用新型合成打印多种材料的3D打印机的示意图；

图2是成型箱的示意图；

图3是预混箱的物料入口处示意图；

图4是打印喷头的连接示意图。

图5是打印喷头的结构示意图。

图6是本实用新型合成打印多种材料的3D打印机的工作流程图。

图中：旋转换向器1、喷头支架2、Y轴齿条3、X轴齿条4、打印平台5、丝杆螺母机构6、喷头齿轮7、打印喷头8、打印机底座9、立柱10、加热装置11、温度传感器12、测距装置13、配料箱14、成型箱15、第一输料管16、冷凝罐17、卷料器18、预混箱19、热熔成型箱20、搅拌装置21、滑槽22、物料入口23、滑块24、活塞25、通孔26、滑槽27、滑板28。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1-6，一种合成打印多种材料的3D打印机，其包括供料成型系统和3D打印系统，所述3D打印系统包括有运动系统、旋转换向器1和框架，所述框架上设置有Y轴方向的两个凹槽，所述运动系统包括有喷头支架2、两根Y轴齿条3、一根X轴齿条4、打印平台5和设置在打印平台5四个角的丝杆螺母机构6，所述两根Y轴齿条3分别设置在两个所述凹槽内，所述X轴齿条4的两端分别连接在所述两根Y轴齿条3上，旋转换向器1与所述喷头支架2连接，所述喷头支架2上设置有喷头齿轮7，所述喷头齿轮7与所述X轴齿条4啮合，多个打印喷头8与所述旋转换向器1连接，优选打印喷头8与旋转换向器1采用可拆卸连接，如螺纹连接等。丝杆螺母机构6能够实现打印平台5沿着Z轴方向移动，两根Y轴齿条3能够在驱动齿轮的作用下沿着Y轴方向移动从而带动X轴齿条4和喷头支架2沿着Y轴方向移动，喷头齿轮7旋转能够带动喷头支架2沿着X轴方向移动。因此，运动系统可以实现打印喷头8在X轴和Y轴方向组成的平面内移动，而打印平台5能够精确地在Z轴方向上移动，这样便能实现3D立体成型。供料成型系统中合成的不同线材被输送至打印系统中的不同打印喷头8，通过旋转转换器1的转换实现实现不同材料、不同硬度、不同颜色和不同质感的3D打印。

参见图1，所述框架包括打印机底座9和两根立柱10，所述打印机底座9采用四边形，所述立柱10位于四边形的两条对边上，上述的两个凹槽分别设置于两根立柱10上，打印机底座9和所述立柱之间由连接器连接，所述连接器为呈90度角的直角型连接器，直角型连接器的两条边分别与四边形底座和立柱相连，所述直角型连接器的角为圆钝角，避免尖锐角刺伤使用者。

所述旋转换向器1包括有旋转齿轮和与所述旋转齿轮啮合的蜗杆(未图示)，所述蜗杆与电机相连。根据打印材料的不同要求，通过控制电机正转和反转的角度进行打印喷头切换。

参见图5，所述打印喷头8包括有加热装置11和温度传感器12，所述温度传感器12位于靠近所述打印喷头8的喷嘴的位置，所述温度传感器12为热电偶或热敏电阻型温度传感器，用于测量喷嘴处打印材料的温度，所述温度传感器12与控制器相连，所述控制器与所述加热装置11相连，所述加热装置11为设置在喷头内部的呈波浪状的铝合金薄膜加热器。当温度传感器12检测到的温度与预设温度的温度差值大于一定阈值时，暂停打印机工作；优选地，在本实施案例中所述温差阈值为0.2-1.5℃。控制器依据所述温度传感器检测到的温度值的增大或减小来调节所述加热器的加热功率，从而将喷嘴处打印材料的温度控制在预定范围内；在加热器的加热下打印线材从喷嘴处流出，最终熔融沉积为所需要打印的模型。采用铝合金薄膜加热器有利于精确的控制加热温度并减小打印喷头的尺寸。

所述打印喷头8还包括有两个测距装置13，两个所述测距装置13位于温度传感器12的两侧，所述测距装置13为红外测距仪或超声波测距仪。测距装置13用于测量打印平台5的移动距离，同时通过比较两侧测距装置的数据来检测打印平台的平整度；优选地，在本实施案例中当两侧测距装置的测量数值差大于1mm时打印机停止工作。

参见图1-3，供料成型系统包括有多个配料箱14、多个成型箱15和与所述多个成型箱15一一对应且依次设置的多个第一输料管16、多个冷凝罐17和多个卷料器18，所述配料箱14通过多个第二输料管分别与多个成型箱15连接，所述成型箱151用于混合所述配料箱14中的原料并制备出线材，所述第一输料管16用于输送从所述成型箱15中制备的线材，所述冷凝罐17用于冷却线材，所述卷料器18用于卷绕经过冷却的线材并放卷该线材。

所述成型箱15包括预混箱19和热熔成型箱20，所述预混箱19设置在所述热熔成型箱20上部，所述预混箱19内设置有搅拌装置21，所述搅拌装置包括有水平设置的横梁和垂直设置于所述横梁上的多根搅拌棍，所述预混箱19的顶部设置有滑槽22，所述预混箱19的上部设置有连通所述预混箱内部和所述滑槽22的多个物料入口23，所述滑槽22内设置有用于封堵所述物料入口23的滑块24，所述预混箱19下部设置物料出口，所述物料出口将所述预混箱19和所述热熔成型箱20连通，所述热熔成型箱20内设置有活塞25，所述活塞25的中部具有连通活塞25上表面和下表面的通孔26，所述活塞25的内部具有滑槽27，滑槽27内设置有用于打开或者封闭所述通孔26的滑板28，滑板连接有驱动机构(未图示)，驱动机构驱动滑板28的滑动来打开通孔或者将通孔封闭，所述活塞25的中部具有通孔26，所述热熔成型箱20的底部与所述第一输料管16连通。所述滑板28的上表面、滑板28和滑槽27的接触面，均涂有用于密封的惰性材料，如：天然橡胶、硅橡胶、氟化橡胶等。当活塞向下挤压时，活塞收到向上的推力，利用上述惰性材料可以实现较好的密封效果。

参见图6，制备线材时，将合成打印材料所需的原始配料储存于不同配料箱14中，根据打印材料的配料种类和比例要求，不同的配料箱14中的材料通过相应的第二输料管插入预混箱19的物料入口23内，在此过程中，可以根据所需要插入第二输料管的数量来移动滑块24，从而调节物料入口23的实际使用数量，并且密封不需要使用的物料入口23；优选地，所述第二输料管直径为15mm；优选地，所述物料入口的数量为大于2个。配料进入预混箱19后，关闭预混箱19底部的物料出口，优选预混箱为圆形，在预混箱内的横梁的主动转动带动与横梁垂直连接的多个搅拌棍进行转动将多种配料进行预混合，预混合一定时间后，混合物通过预混箱底部的物料出口进入到热熔成型箱20中，热熔成型箱20中的活25塞处于较高的位置且通孔26处于打开状态，混合物穿过活塞25的通孔26后留在热熔成型箱20中，利用滑板28将通孔26关闭，热熔成型箱20具有加热保温功能，将热熔成型箱20内的混合物加热到一定温度并保持一定时间后，活塞向25下移动将位于热熔成型箱224中的材料以线材形式挤出进入第一输料管中。打印线材经第一输料管、冷凝罐23冷凝之后，通过卷料器24的缓冲、筛检和传送，连接至打印喷头；所述冷凝罐23的内部为弯曲的冷凝管，冷凝水由冷凝罐的下方进入、上方流出；所述卷料器用于卷绕线材，卷绕的同时对线材的质量进行检验，卷料器可以是先卷绕，然后放卷；也可以包括多个卷轴，其中一个卷轴用于卷绕，其余卷轴进行放卷，用于卷绕和放卷的卷轴可以相互切换以提高工作效率，放卷出的线材被输送至打印喷头。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种合成打印多种材料的3D打印机，其特征在于，包括供料成型系统和3D打印系统，所述的3D打印系统具有旋转换向器，多个打印喷头与所述旋转换向器连接；所述供料成型系统包括有多个配料箱、多个成型箱和与所述多个成型箱一一对应且依次设置的多个第一输料管、多个冷凝罐和多个卷料器，所述配料箱通过多个第二输料管分别与多个成型箱连接，所述成型箱用于混合所述配料箱中的原料并制备出线材，所述第一输料管用于输送从所述成型箱中制备的线材，所述冷凝罐用于冷却线材，所述卷料器用于卷绕经过冷却的线材并放卷该线材。

2.根据权利要求1所述的一种合成打印多种材料的3D打印机，其特征在于，所述成型箱包括预混箱和热熔成型箱，所述预混箱设置在所述热熔成型箱上部，所述预混箱内设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括有水平设置的横梁和垂直设置于所述横梁上的多根搅拌棍，所述预混箱的顶部设置有滑槽，所述预混箱的上部设置有连通所述预混箱内部和所述滑槽的多个物料入口，所述滑槽内设置有用于封堵所述物料入口的滑块，所述预混箱下部设置物料出口，所述物料出口将所述预混箱和所述热熔成型箱连通，所述热熔成型箱内设置有活塞，所述活塞的中部具有连通活塞上表面和下表面的通孔，所述活塞的内部具有滑槽，滑槽内设置有用于打开或者封闭所述通孔的滑板，所述热熔成型箱的底部与所述第一输料管连通。

3.根据权利要求1所述的一种合成打印多种材料的3D打印机，其特征在于，所述旋转换向器包括有旋转齿轮和与所述旋转齿轮啮合的蜗杆，所述蜗杆与电机相连。

4.根据权利要求1所述的一种合成打印多种材料的3D打印机，其特征在于，所述打印喷头包括有加热装置和温度传感器，所述温度传感器位于靠近所述打印喷头的喷嘴的位置，所述温度传感器为热电偶或热敏电阻型温度传感器，用于测量喷嘴处打印材料的温度，所述温度传感器与控制器相连，所述控制器与所述加热装置相连，所述加热装置为设置在喷头内部的呈波浪状的铝合金薄膜加热器。

5.根据权利要求1所述的一种合成打印多种材料的3D打印机，其特征在于，所述打印喷头还包括有两个测距装置，两个所述测距装置位于温度传感器的两侧，所述测距装置为红外测距仪或超声波测距仪。

6.根据权利要求1所述的一种合成打印多种材料的3D打印机，其特征在于，所述3D打印系统包括有运动系统和框架，所述框架上设置有Y轴方向的两个凹槽，所述运动系统包括有喷头支架、两根Y轴齿条、一根X轴齿条、打印平台和设置在打印平台四个角的丝杆螺母机构，所述两根Y轴齿条分别设置在两个所述凹槽内，所述X轴齿条的两端分别连接在所述两根Y轴齿条上，所述旋转换向器与所述喷头支架连接，所述喷头支架上设置有喷头齿轮，所述喷头齿轮与所述X轴齿条啮合。