CN208452302U - 一种带阵列喷头的三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带阵列喷头的三维打印机，包括模型路径规划系统、打印装置，所述打印装置包括电源供应装置、粉末供应装置、气体供应装置、空气过滤器、气体控制装置、粉末管理装置、管道、阵列喷头、电磁屏蔽隔热装置、感应器、成型平板、支撑平板、Z轴运动导轨、连接装置和设备外壳；本实用新型采用阵列喷头实现快速高效的打印，可以根据打印任务灵活添加更换各种不同的耗材，通过控制电磁阀门和气压大小实现多种材料的组合打印，使用新的加热手段用于融化粉末，大大提高成型的速度。

Description

一种带阵列喷头的三维打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印领域，具体涉及一种带阵列喷头的三维打印机。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，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。

根据使用材料形态的不同，使用不同的3D打印技术实现模型的打印，其中对于粉末型的材料，一般使用SLS(选择性激光烧结)、SLM(选择性激光熔融) 等技术实现，但是每种技术都有较多的不足；

选择性激光烧结，采用激光器作能源，使用粉末材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，使用刮刀将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，得到烧结好的零件。该成型技术较成熟，成型精度可达0.1mm，但是该成型速度较慢，且需要预热较长时间，一般只针对高分子粉末，在使用金属粉末时候一般需要添加粘接剂，这样打印出来的模型致密度和强度较低。

选择性激光熔融，与选择性激光烧结相似，但其所使用的粉末一般为金属粉末，同时使用更高功率的激光融化粉末，最终得到实体，但仍是使用单点激光扫描的方式成型实体，仍存在打印速度较慢的情况。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种带阵列喷头的三维打印机，使用阵列喷头实现快速高效的打印；可以根据打印任务灵活添加更换各种不同的耗材，通过控制电磁阀门和气压大小实现多种材料的组合打印；使用新的加热手段用于融化粉末，大大提高成型的速度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带阵列喷头的三维打印机，包括：模型路径规划系统和打印装置，所述打印装置包括电源供应装置、粉末供应装置、气体供应装置、空气过滤器、气体控制装置、粉末管理装置、管道、阵列喷头、电磁屏蔽隔热装置、感应器、成型平板、支撑平板、Z轴运动导轨、连接装置和设备外壳；

所述模型路径规划系统与打印装置通过无线网络连接；

所述电源供应装置、粉末供应装置和气体供应装置分别与设备外壳连接，所述空气过滤器安装在设备外壳内；

所述气体控制装置设置在设备外壳内顶部，与气体供应装置连接；

所述粉末管理装置设置在气体控制装置下方，与粉末供应装置连接；

所述管道连接气体控制装置、粉末管理装置与阵列喷头；

所述成型平板设置在阵列喷头下方，所述支撑平板设置在成型平板下方，所述Z轴运动导轨设置在支撑平板下方；

所述连接装置固定气体控制装置、粉末管理装置和阵列喷头；

所述电磁屏蔽隔热装置分别设置在成型平板上端和支撑平板下端；

所述感应器设置在成型平板两侧设备外壳上。

优选的，所述阵列喷头包括喷头装置和固定板；所述喷头装置安装在固定板下方，固定板包括若干个安装单元，所述安装单元上开有四个孔洞，喷头装置包括若干个喷头，所述喷头设置在安装单元下方，喷头包括导管、固定卡座、混合模块、电机控制模块、转动喷嘴和电磁阀门，所述导管设置有四根，所述固定卡座上设置有四个孔洞，导管分别穿过安装单元和固定卡座上的孔洞安装在固定卡座上，固定卡座安装在安装单元下方，所述混合模块安装在固定卡座下方，导管在混合模块中汇聚成一条管道，所述电机控制模块设置在混合模块下方，所述转动喷嘴连接在电机控制模块下方，所述电磁阀门设置有四个，分别安装在固定卡座与混合模块之间的导管上；所述安装单元上设置有两条呈十字结构的加强肋。

优选的，所述固定板边沿设置有矩形的凸台。

优选的，所述固定卡座底部边沿设置有凸台结构，混合模块顶部边沿设置有相对应的凹槽结构，固定卡座与混合模块通过凸台与凹槽吻合相连。

优选的，所述气体控制装置包括气体整流器、阀门控制器和气压检测器，所述气体整流器与气体供应装置连接。

本实用新型提供的一种带阵列喷头的三维打印机的有益效果在于：

1)模型路径规划系统设计好打印数据后，启动打印装置，开启电源供应装置、粉末供应装置和气体供应装置，直至气体控制装置中的气压达到预定值，粉末管理装置中的耗材量达到预定值，同时感应器产生交变磁场，预热打印装置内的装置，根据打印数据信息，气体控制装置中的气体将粉末通过设备按程序使用气体控制装置的气体将粉末管理装置中不同种类的粉末通过管道送到阵列喷头中充分混合，在阵列喷头的作用下向指定方向喷射，喷射出的粉末经过电磁屏蔽隔热装置后，在交变磁场中经过高频磁场时产生处同频率的感应电流，并产生热量，熔化粉末颗粒，变成球形液滴；成型平板也在高频交变磁场中产生感应电流而被加热，表面熔化，球形液滴掉落并沾在平板上粘结熔融在一起，得到单层实体，同时Z轴运动导轨带动成型平板和支撑平板逐渐往下降，为成型预留空间，随着粉末的积累，模型逐渐加厚加高，在高频交变磁场中的趋肤效应，使得感应电流在工件的分布不均匀，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，已完成的模型内部凝固，外部趋于熔化的状态，利用趋肤效应，模型表面得以不断接纳喷射过来的粉末，同时也能成型实体，成型部分随着Z轴运动导轨经过电磁屏蔽隔热装置进入到非交变磁场区域，冷却凝固。根据打印任务灵活添加更换各种不同的耗材，通过控制电磁阀门和气压大小实现多种材料的组合打印；使用新的加热手段用于融化粉末，大大提高成型的速度。

2)阵列喷头中单个喷头可以连接最多四种类型的粉末，电磁阀门单独控制每个导管中的粉末喷射，可实现最多21种粉末模式的输出，控制气体的喷射速度及喷射强度还能控制混合粉末中的粉末比例，且每个喷头都可以连接其他不同种类的粉末，实现多种材料不同比例的打印；每个喷头下方都对应有一块喷射区域，电机控制模块能精确控制转动喷嘴的转动，实现转动喷嘴的小角度摆动，将粉末精确送至对应区域中每一个点，每个喷头独立控制，同时工作，能实现超快速的成型；喷头装置与固定板之间为可拆卸的结构，当单个喷头出现损坏，可以拆下来更换成正常使用的喷头，维护方便快捷，每个喷头是由六个独立的模块组成，由凹凸槽及螺钉连接，拆装方便，损坏的喷头只需要将其中损坏的部分更换下来即可重新使用，维护成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的阵列喷头的整体结构示意图；

图3为本实用新型的固定板的仰视图；

图4为本实用新型的喷头结构示意图；

图5为本实用新型的喷头结构剖视图。

图中：1、模型路径规划系统；2、电源供应装置；3、粉末供应装置；4、气体供应装置；5、气体控制装置；6、粉末管理装置；7、管道；8、阵列喷头；9、电磁屏蔽隔热装置；10、感应器；11、成型平板；12、支撑平板；13、Z轴运动导轨；14、空气过滤器；15、连接装置；16、设备外壳；801、固定板；802、喷头装置；803、安装单元；804、喷头；805、导管；806、固定卡座；807、混合模块；808、电机控制模块；809、转动喷嘴；810、电磁阀门。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

实施例：一种带阵列喷头的三维打印机。

一种带阵列喷头的三维打印机，包括：模型路径规划系统1和打印装置，所述打印装置包括电源供应装置2、粉末供应装置3、气体供应装置4、空气过滤器 14、气体控制装置5、粉末管理装置6、管道7、阵列喷头8、电磁屏蔽隔热装置 9、感应器10、成型平板11、支撑平板12、Z轴运动导轨13、连接装置15和设备外壳16；

所述模型路径规划系统1与打印装置通过无线网络连接；

所述电源供应装置2、粉末供应装置3和气体供应装置4分别与设备外壳16 连接，所述空气过滤器14安装在设备外壳16内；

电源供应装置2包括主电源与备用电源，主电源为整套设备供应稳定电力，保证整台打印装置正常运行打印模型，如遭遇断电情况，系统自动切换至备用电源，由备用电源继续供电一段时间，并使设备继续打印，如未能在规定时间内来电，则按程序自动停止打印，进入关机状态。

粉末供应装置3为设备同时供应多种打印的粉末，当某种粉末少于临界值时，触发报警装置，并提醒相关人员添加耗材。

气体供应装置4根据打印任务的不同可提供高纯度氮气或氩气，同时回收空气过滤器中多余的气体，过滤气体中的杂质，让气体循环使用。

空气过滤器14主要用于收集打印过程中产生的废气，过滤其中的杂质，并回收气体至气体供应装置4。

所述气体控制装置5设置在设备外壳16内顶部，与气体供应装置4连接；气体控制装置5包括气体整流器、阀门控制器、气压检测器，气体整流器用于稳定从气体供应装置4中的气体，气体控制装置5包含多个气体阀门，根据程序通过阀门控制器开启或关闭，气压检测器用于检测气体控制装置5中的气体是否达到气压值，如达不到则出发报警装置。

所述粉末管理装置6设置在气体控制装置5下方，与粉末供应装置3连接；粉末管理装置6根据打印任务被划分成多个腔体，用于装进多种不同的粉末，为设备提供不同类型的粉末，同时粉末管理装置6具有可拆卸功能，根据不同打印任务随时更换使用。

所述管道7连接气体控制装置5、粉末管理装置6与阵列喷头8；

所述成型平板11设置在阵列喷头8下方，所述支撑平板12设置在成型平板 11下方，所述Z轴运动导轨13设置在支撑平板12下方；成型平板11能在交变磁场中被加热，粉末能喷射至平台上并逐渐堆积成型，支撑平板12由隔热效果良好的陶瓷材料制成，用于支撑固定成型平板11，Z轴运动导轨13用于控制成型平板11和支撑平板12的升降。

所述连接装置15固定气体控制装置5、粉末管理装置6和阵列喷头8；

所述电磁屏蔽隔热装置9分别设置在成型平板11上端和支撑平板12下端；用于屏蔽交变磁场，避免阵列喷头8的结构及电子元器件收到干扰和加热，同时也隔开成型室中产生的热量，保持成型室的温度。

设备外壳16将设备内的所有装置封闭在外壳内，用于隔绝外部空气，尤其是氧气，保证设备内部处于封闭状态。

所述感应器10设置在成型平板11两侧设备外壳16上，感应器10是用空心铜管绕成的，在交变电流作用下产生交变磁场，处在交变磁场中的金属粉末及金属零件会产生交变电流而加热熔化，同时对生成的模型产生淬火效果。

模型路径规划系统1算法如下：

S1,零件导入编辑及摆放，零件区域划分；

S2，指定材料及混合模式；

S3，确定打印参数(速度、温度、支撑等)，获取每层各区域集合、材料等打印信息；

S4，转化电机运动及气体气压控制代码，获取整个零件信息，封装转化格式。

工作原理如下：模型路径规划系统1设计好打印数据后，启动打印装置，开启电源供应装置2、粉末供应装置3和气体供应装置4，直至气体控制装置5中的气压达到预定值，粉末管理装置6中的耗材量达到预定值，同时感应器10产生交变磁场，预热打印装置内的装置，根据打印数据信息，气体控制装置5中的气体将粉末通过设备按程序使用气体控制装置5的气体将粉末管理装置6中不同种类的粉末通过管道7送到阵列喷头8中充分混合，在阵列喷头8的作用下向指定方向喷射，材料中的粉末的比例由气体的气压值按特定的比例分配，保证混合后的粉末比例正确，材料中的粉末是否添加则有阵列喷头中的电磁阀控制，喷射出的粉末经过电磁屏蔽隔热装置9后，在交变磁场中经过高频磁场时产生处同频率的感应电流，并产生热量，熔化粉末颗粒，变成球形液滴；成型平板11也在高频交变磁场中产生感应电流而被加热，表面熔化，球形液滴掉落并沾在平板上粘结熔融在一起，得到单层实体，同时Z轴运动导轨13带动成型平板11和支撑平板12逐渐往下降，为成型预留空间，随着粉末的积累，模型逐渐加厚加高，在高频交变磁场中的趋肤效应，使得感应电流在工件的分布不均匀，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，已完成的模型内部凝固，外部趋于熔化的状态，利用趋肤效应，模型表面得以不断接纳喷射过来的粉末，同时也能成型实体，成型部分随着Z轴运动导轨13经过电磁屏蔽隔热装置9进入到非交变磁场区域，冷却凝固。模型成型后可进行高频加热后处理，消除模型应力，打印过程中的废气从空气过滤器14过滤后循环至气体供应装置4中继续使用。

阵列喷头8包括：固定板801和喷头机构802，固定板801固定于打印设备上，固定板801边沿设有矩形的凸台，便于与设备连接及安放定位，喷头804呈矩形陈列密集安装在固定板801上；安装单元803中间为两条加强肋结构，用于加强固定板801的强度，同时也作为与喷头804连接的卡扣位置和定位功能，每个安装单元803分别开有四个孔洞，用于穿插固定喷头804的导管805。

喷头804包括导管805、固定卡座806、混合模块807、电机控制模块808、转动喷嘴809和电磁阀门810，导管805设置有四根，导管805一端连接设备的管道，将管道中的金属粉末和气体的混合体导入喷头804中，导管805与固定卡座806相连，分别连接固定卡座806上的四个孔洞，固定卡座806通过凹槽及螺钉与固定板801相连，保证喷头804不至于掉落，也便于拆卸，固定卡座806底部边沿有凸台结构，与混合模块807顶部边沿凹槽结构吻合相连，并使用螺钉固定，连接在混合模块807中的四根导管805自上而下汇聚成一根管道，用于混合从四根导管805的粉末；混合模块807与电机控制模块808也通过凹凸结构及螺钉连接，中间的管道与混合模块807中的导管805相连接，粉末通过中间的管道被混合均匀，管道外部连接电机控制模块808，用于摆动转动喷嘴809，转动喷嘴809与电机控制模块808使用球形面接触连接，转动喷嘴809具有摆动功能，跟随电机控制模块808的转动控制粉末向制定方向喷射，电磁阀门810放置于固定卡座806与混合模块807之间的导管805上，共有四个，分别独立控制粉末的开闭及粉末的喷射量.

喷头804安装在设备上，转动喷嘴809方向朝下，喷头804的四根导管805 依次连接不同的管路，金属粉末从设备通过导管805进入喷头804，通过电磁阀门8010在混合模块807中混合，并在电机控制模块808的管道中充分混合，最终通过转动喷嘴809向指定的方向喷射至基板上成型。

单个喷头804可以连接最多四种类型的粉末，电磁阀门810单独控制每个导管805中的粉末喷射，可实现最多21种粉末模式的输出，控制气体的喷射速度及喷射强度还能控制混合粉末中的粉末比例，且每个喷头804都可以连接其他不同种类的粉末，实现多种材料不同比例的打印；

每个喷头804下方都对应有一块喷射区域，电机控制模块808能精确控制转动喷嘴809的转动，实现转动喷嘴809的小角度摆动，将粉末精确送至对应区域中每一个点，每个804喷头独立控制，同时工作，能实现超快速的成型；

喷头机构802与固定板801之间为可拆卸的结构，当单个喷头804出现损坏，可以拆下来更换成正常使用的喷头804，维护方便快捷，每个喷头804是由六个独立的模块组成，由凹凸槽及螺钉连接，拆装方便，损坏的喷头804只需要将其中损坏的部分更换下来即可重新使用，维护成本低廉。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种带阵列喷头的三维打印机，其特征在于，包括：模型路径规划系统和打印装置，所述打印装置包括电源供应装置、粉末供应装置、气体供应装置、空气过滤器、气体控制装置、粉末管理装置、管道、阵列喷头、电磁屏蔽隔热装置、感应器、成型平板、支撑平板、Z轴运动导轨、连接装置和设备外壳；

所述模型路径规划系统与打印装置通过无线网络连接；

所述电源供应装置、粉末供应装置和气体供应装置分别与设备外壳连接，所述空气过滤器安装在设备外壳内；

所述气体控制装置设置在设备外壳内顶部，与气体供应装置连接；

所述粉末管理装置设置在气体控制装置下方，与粉末供应装置连接；

所述管道连接气体控制装置、粉末管理装置与阵列喷头，所述阵列喷头包括喷头装置和固定板；所述喷头装置安装在固定板下方，固定板包括若干个安装单元，所述安装单元上开有四个孔洞，喷头装置包括若干个喷头；

所述成型平板设置在阵列喷头下方，所述支撑平板设置在成型平板下方，所述Z轴运动导轨设置在支撑平板下方；

所述连接装置固定气体控制装置、粉末管理装置和阵列喷头；

所述电磁屏蔽隔热装置分别设置在成型平板上端和支撑平板下端；

所述感应器设置在成型平板两侧设备外壳上。

2.如权利要求1所述的带阵列喷头的三维打印机，其特征在于：所述喷头设置在安装单元下方，喷头包括导管、固定卡座、混合模块、电机控制模块、转动喷嘴和电磁阀门，所述导管设置有四根，所述固定卡座上设置有四个孔洞，导管分别穿过安装单元和固定卡座上的孔洞安装在固定卡座上，固定卡座安装在安装单元下方，所述混合模块安装在固定卡座下方，导管在混合模块中汇聚成一条管道，所述电机控制模块设置在混合模块下方，所述转动喷嘴连接在电机控制模块下方，所述电磁阀门设置有四个，分别安装在固定卡座与混合模块之间的导管上；所述安装单元上设置有两条呈十字结构的加强肋。

3.如权利要求2所述的带阵列喷头的三维打印机，其特征在于：所述固定板边沿设置有矩形的凸台。

4.如权利要求3所述的带阵列喷头的三维打印机，其特征在于：所述固定卡座底部边沿设置有凸台结构，混合模块顶部边沿设置有相对应的凹槽结构，固定卡座与混合模块通过凸台与凹槽吻合相连。

5.如权利要求1所述的带阵列喷头的三维打印机，其特征在于：所述气体控制装置包括气体整流器、阀门控制器和气压检测器，所述气体整流器与气体供应装置连接。