CN209022447U - 3d打印机的喷头防撞装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种3D打印机的喷头防撞装置，包括喷头组件，所述喷头组件包括喷头和连接装置，所述喷头与连接装置为转动连接，在喷头与连接装置之间设有离合装置，所述离合装置可活动分离。本实用新型中喷头与连接装置为转动连接，可避免喷头间发生碰撞；设置离合装置，用于防止喷头在工作时发生转动，进而影响打印质量。

Description

3D打印机的喷头防撞装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机的喷头防撞装置。

背景技术

FDM技术通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。FDM 3D打印机的原理：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。

目前在市面上的FDM 3D打印机中通常都是只有一个喷头，或一次一个喷头工作，这样就导致了打印的效率和速度非常慢，这也是目前大部分人诟病3D打印机没有实际作用的原因之一。在打印大型产品时，只有一个喷头工作的打印机显然成型速度较慢，导致生产效率慢，无法满足市场需求。

3D打印机的多个喷头同时工作时，容易发生碰撞，而现有的喷头通常为固定方式，当发生碰撞时，喷头容易损坏。

实用新型内容

针对以上的不足，实用新型提供一种3D打印机的喷头防撞装置，包括喷头组件，所述喷头组件包括喷头和连接装置，所述喷头与连接装置为转动连接，在喷头与连接装置之间设有离合装置，所述离合装置可活动分离。

为进一步实现本实用新型，所述喷头与连接装置通过铰接方式连接。

为进一步实现本实用新型，所述离合装置靠近喷头的铰接杆处设置。

为进一步实现本实用新型，所述离合装置通过磁吸方式设置。

为进一步实现本实用新型，所述离合装置为两个磁铁，分别为第一磁柱和第二磁柱，所述第一磁柱设置在喷头上，所述第二磁柱设置在连接装置上，所述第一磁柱和第二磁柱通过极性相反的方式相吸设置并使喷头与连接装置稳固连接。

为进一步实现本实用新型，所述离合装置为两个电磁铁，其中一个电磁铁设置在喷头上，另一个电磁铁设置在连接装置上。

本实用新型的有益效果：

1、由于喷头在打印过程中，喷头需平稳设置，通常喷头为固定设置，多个喷头工作时容易发生碰撞，若喷头固定设置则容易撞坏喷头，因此因此本实用新型中喷头与连接装置为转动连接，用于防止喷头间碰撞；为使喷头稳定工作，设有离合装置，用于防止喷头在工作时发生转动，进而影响打印质量；当发生碰撞时，喷头和/或连接装置受力，使原本处于连接状态的离合装置分离，喷头发生转动，进而可避免两个喷头的继续碰撞。

2、本实用新型的离合装置通过磁吸方式将喷头稳固设置在连接装置上，发生碰撞时，喷头和/或连接装置受力，采用磁吸方式的结构相对较简单，只需通过两个不同磁极吸引即可，无需多余安装结构或者辅助结构，安装简单方便。

3、本实用新型中离合装置为两个磁铁异性相吸，分别为第一磁柱和第二磁柱，第一磁柱设置在喷头上，第二磁柱设置在连接装置上，第一磁柱和第二磁柱通过极性相反的方式相吸设置并使喷头与连接装置稳固连接。当喷头受到碰撞时，第一磁柱和第二磁柱受力分离，此时喷头沿铰接方向旋转，从而避免喷头间的继续碰撞并损坏喷头。本实用新型只需设置两个磁铁，即可解决碰撞问题，结构简单，且防撞效果明显。

附图说明

图1为3D打印机的整体结构示意图；

图2为3D打印机的爆炸示意图；

图3为3D打印机的壳体内部件的结构示意图；

图4为图3的喷头组件的放大示意图；

图5为喷头组件的结构示意图；

图6为3D打印机中Y轴驱动机构的结构示意图；

图7为3D打印机的多喷头组件协同打印同一模型的区域划分示意图。

附图标记说明：1.壳体；101.底板；102.左侧板；103.右侧板；104.前侧板；105.后侧板；2.打印平台；3.Z轴驱动机构；301.Z轴电机；302.丝杆；4.Y轴驱动机构；401.Y轴电机；402.同步轮；403.前带轮；404.后带轮；405.张紧带；5.Y轴运动座；6.第一导杆；7.X轴驱动机构；701.X轴电机；702.滑轨；703.X轴同步带；8.喷头组件；801.喷头；802.连接装置；803.铰接杆；804.第一磁柱；805.第二磁柱；9.固定块；10.第一安装板；11.隔板；12.第二导杆；13.第二安装板。

具体实施方式

为方便描述，下文中描述的方向与附图中的方向一致。

参照图1和图7对本实施例做进一步说明。

本实施例的3D打印机包括壳体1，在壳体1内安装有打印平台2、Z轴驱动机构3、Y轴驱动机构4、Y轴运动座5、Y轴导向机构、X轴驱动机构7、喷头组件8，其中，打印平台2与Z轴驱动机构3连接，Z轴驱动机构3驱动打印平台2上下移动，Y轴驱动机构4、Y轴运动座5、Y轴导向机构、X轴驱动机构7、喷头组件8均设置在打印平台2上方，Y轴运动座5可滑动设置在Y轴导向机构上，Y轴驱动机构4与Y轴运动座5连接并跟随Y轴运动座5运动，Y轴驱动机构4驱动Y轴运动座5沿Y轴导向机构移动，X轴驱动机构7与Y轴运动座5连接并跟随Y轴运动座5运动，喷头组件8与X轴驱动机构7连接，X轴驱动机构7驱动喷头组件8在X轴方向上左右移动。

Z轴驱动机构3可有多种驱动方式，可采用气缸或油缸驱动，也可采用丝杆302驱动。本实施例中，Z轴驱动机构3包括Z轴电机301、丝杆302，Z轴电机301设置在打印平台2下方，丝杆302与Z轴电机301的输出轴连接，丝杆302垂直穿过打印平台2并与打印平台2连接，通过Z轴电机301的转动进而带动丝杆302的转动从而驱动打印平台2上下移动。为了运动平衡，丝杆302至少设有两个并对称分布，本实施例中，丝杆302分布在打印平台2左右两侧的中间位置，其中一根丝杆302与Z轴电机301连接，另一根丝杆302通过Z轴同步带连接，在两根丝杆302上对应Z轴电机301与打印平台2之间均设置有Z轴带轮，Z轴同步带与两个Z轴带轮传动连接，通过皮带连接实现Z轴电机301带动两根丝杆302旋转，从而可更稳定的带动打印平台2的上下移动。本实施例通过控制打印平台2的升降，进而实现打印时喷头801相对打印平台2在Z轴方向上相对运动。

壳体1包括底板101、左侧板102、右侧板103、前侧板104和后侧板105，在底板101与打印平台2之间设置有第一安装板10，该第一安装板10的两端分别与前侧板104和后侧板105固定连接，两根丝杆302均穿过第一安装板10，在第一安装板10与打印平台2之间设置有隔板11，带轮位于第一安装板10与隔板11之间，隔板11可阻挡隔板11下方的部件，具有美观的作用，同时还能保护隔板11下方的电机等部件不被外界灰尘及其他物质的污染。在打印平台2上方设置有第二安装板13，第二安装板13的两端分别与前侧板104和后侧板105固定连接，两个丝杆302的上端穿过第二安装板13，为使打印平台2运动更加平稳，在对应打印平台2的四个角上分别垂直设置有四个第二导杆12，第二导杆12的下端与第一安装板10连接，第二导杆12的上端穿过打印平台2与第二安装板13连接。

Y轴驱动机构4用于驱动Y轴运动座5移动，Y轴驱动机构4至少设有两个方能实现3D打印机的多喷头801设置，当然也可以设有一个。设有一个时，对应设有一个喷头组件8，此时喷头组件8对应整个打印平台2的打印区域；当Y轴驱动机构4设有两个以上时，喷头组件8将打印平台2的打印区域划分，当多个喷头801需进行协同打印同一个模型时，为实现打印模型的无缝连接，协同工作的单个喷头801需越过区域之间的交界部位到其他打印区域打印。本实施例中，Y轴驱动机构4设有四个，两两分布在打印平台2上方的左右两侧，喷头组件8对应设有四个并将打印平台2分成四个打印区域。

Y轴驱动机构4包括Y轴电机401、同步轮402、前带轮403、后带轮404和张紧带405，Y轴电机401、前带轮403和后带轮404均固定在Y轴运动座5上，其中，同步轮402与Y轴电机401连接，同步轮402、前带轮403和后带轮404设置在同一侧且与Y轴电机401分别分布在Y轴运动座5的两侧，前带轮403和后带轮404分别对称设置在同步轮402的两侧并位于同步轮402的上方，同步轮402、前带轮403和后带轮404成三角分布，同步轮402、前带轮403和后带轮404将张紧带405张紧成V型，其传动连接如图6所示。由于Y轴驱动机构4设有四个并两两分布在打印平台2的两侧，每侧的两个Y轴驱动机构4共用一个张紧带405，此时，张紧带405的两端分别与前侧板104和后侧板105固定连接；同理，当同一侧的Y轴驱动机构4设有三个以上时，也是共用同一个张紧带405。

Y轴导向机构与Y轴运动座5的滑动配合可为导轨形式配合，也可为轴与孔之间形成滑动配合。本实施例中，采用轴与孔配合的方式，Y轴导向机构对应Y轴驱动机构4设置有两个并分布在打印平台2的两侧，Y轴导向机构包括至少一个第一导杆6，第一导杆6的两端均与壳体1连接，第一导杆6的一端与前侧板104固定连接，另一端穿过两个Y轴运动座5与后侧板105连接，为使Y轴运动座5滑动更加稳定，第一导杆6设有两个并平行设置。

在前侧板104和后侧板105上对应于第一导杆6和张紧带405的位置设有固定块9，第一导杆6和张紧带405均通过固定块9分别与前侧板104和后侧板105固定连接。

Y轴驱动机构4的工作原理：当要实现Y轴运动座5往后侧板105方向运动时，Y轴电机401开始工作往逆时针转动(如图6所示的转动方向)，同步轮402随之转动，由于张紧带405的两端固定，因此同步轮402在转动时会压向靠近后侧板105一侧的张紧带405，由于同步轮402与后带轮404之间的张紧带405的长度不变，该受压的张紧带405作用到后带轮404上推动后带轮404往后侧板105方向运动，而后带轮404与Y轴运动座5固定，则Y轴运动座5随之往后侧板105方向运动；同理，若要实现Y轴运动座5往前侧板104方向运动，则Y轴电机401开始工作往顺时针转动，张紧带405在同步轮402的作用下使后带轮404往前侧板104方向运动，Y轴运动座5随之往前侧板104方向运动。进一步的，X轴驱动机构7设置在Y轴运动座5上，随Y轴运动座5移动而移动。

当然，前带轮403和后带轮404也可以设置在同步轮402的下方，当设置在同步轮402的下方时，其工作原理与设置在同步轮402的上方的工作原理类似。

X轴驱动机构7可有多种驱动方式，可采用气缸或油缸驱动，也可采用丝杆302驱动或皮带驱动。本实施例中，X轴驱动机构7包括X轴电机701、X轴同步带703、两个X轴带轮和滑轨702，X轴电机701设置在Y轴运动座5上并与Y轴电机401设置在同一侧，其中一个X轴带轮与X轴电机701的输出轴连接，另一个X轴带轮设置在喷头组件8上，X轴同步带703与两个X轴带轮传动连接，喷头组件8可滑动设置在滑轨702上，喷头组件8与X轴同步带703固定连接，通过X轴电机701的输出轴的转动带动X轴同步带703转动进而驱动喷头组件8在滑轨702上滑动，实现喷头组件8在X轴方向上的移动。

喷头组件8包括喷头801和连接装置802，喷头801与连接装置802通过铰接方式连接，多喷头801工作时，多个喷头801处于同一水平位置，即多个喷头801的Z轴坐标一致。为了防止多个喷头801工作时发生碰撞并将喷头801撞坏，在喷头801与连接装置802之间靠近喷头801的铰接杆803处设有离合装置，该离合装置可活动分离，本实施例中，离合装置通过磁吸方式实现，离合装置为两个磁铁，分别为第一磁柱804和第二磁柱805，第一磁柱804设置在喷头801上，第二磁柱805设置在连接装置802上，第一磁柱804和第二磁柱805通过极性相反的方式相吸设置并使喷头801与连接装置802稳固连接。当两个喷头801相撞时，喷头801和/或连接装置802受力，使原本相吸的第一磁柱804和第二磁柱805受力分离，喷头801发生转动，进而可避免两个喷头801的继续碰撞，而在相碰撞的当时受力并不大，不足以撞坏喷头801影响打印，而后通过手动将已转动的喷头801旋转复位。由于喷头801在打印过程中，喷头801需平稳设置，通常喷头801为固定设置，而在本实施例中，多个喷头801工作时容易发生碰撞，若喷头801固定设置则容易撞坏喷头，因此本实施例的喷头801与连接装置802为转动连接，为使喷头801稳定工作，设有离合装置，用于防止喷头801在工作时发生转动，进而影响打印质量，离合装置通过磁吸方式将喷头稳固设置在连接装置802上，则在没有外力作用下，喷头801不易转动或者发生其他运动，本实施例的离合装置为第一磁柱804和第二磁柱805，当然也可以为磁铁与铁片相吸或者使用电磁铁相吸，但本实施例中两个磁铁相吸吸力比磁铁与铁片相吸的吸力更大，喷头与连接装置的连接更稳定。

打印模型时候，3D打印机的控制系统设置参数方式，4个喷头801将打印面积划分为4个区域，打印机既可以一次性打印4个不同的模型，也可以相互协作打印一个大型的模型。

当4个喷头801对应打4个模型时，一个喷头801对应一个模型区域，这样不会发生相互干扰的情况。打印时，每个喷头801对应打印相应设置的模型，每个喷头801打印对应不同物体一层的时间可能不一样，当喷头801一打完这一层，其它三个喷头801还没有打完得时候，喷头801一会自动回原点，等待其它3个喷头801同时打印完这一层，再进行下一个动作，打印下一层，其它喷头801同样类似，直到4个喷头801在本层得路径全部走完；4个喷头801的Z轴同步，当Z轴得指令，同时指令要打印下一层得时候，Z轴才开始动作。简单来说：当喷头801需要Z轴运动的时候，控制系统给出信号1，不需要运动的时候给出信号0，当4个喷头801均发出指令1111时，Z轴才开始运动一个层厚的距离，当4个喷头801发出得指令为1110得时候，Z轴是不会运动的。

如图7所示，当4个喷头801打印一个大型模型的时候，在模型的中心点存在着一个十字区域，在这个区域内打印时会存在互相干扰的情况，所以为了避免这种情况发生，打印机的控制系统设定如下：当打印轨迹在十字范围之外的区域打印时，所有喷头801都正常工作；当打印轨迹在十字范围之内时，由喷头a和喷头d负责打印工作，其余喷头回归原点等候命令，在喷头a工作时间内，喷头d同样回归原点，等待喷头a工作完成，当喷头a完成工作后再由喷头d打印剩下来未能完成的区域，直至打印完成这一层，再开始下一层的打印，以此往复；这样就能够有效的避免喷头801不受控制，导致相互干扰碰撞损害机械结构的情况发生。当然，当打印轨迹在十字范围之内时，也可以只由一个喷头801负责打印工作，其余喷头801回归原点等候命令，直到打印完成这一层，再开始下一层的打印，以此往复。在打印过程中，打印机的控制系统会给每个喷头801分配好打印区域以及计算每个喷头801的打印路径，防止喷头801间碰撞。当喷头801发生碰撞时，没有发生转动的其他喷头801可继续工作，不影响打印工作。

需要说明的是，本实施例的喷头801设有4个，但还可以增加更多喷头801，其多个喷头801分布在两侧，每侧至少设有一个，当然，也可以全部设置在一侧。每个喷头801的X、Y轴运动均可独立控制，均由独立的X轴驱动机构7和Y轴驱动机构4驱动，互相不会造成干涉，由此可以保证多个喷头801的同时设置以及控制，实现多喷头801协同控制，既可以一次性打印多个不同的模型，也可以相互协作打印一个大型得模型，使得打印速度相比普通打印机要快很多。

另外，还需要说明的是，本实施例中，Z轴同步带与Z轴带轮的配合、张紧带405与同步轮402配合、X轴同步带703与两个X轴带轮的配合均为啮合传动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部结构的改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.一种3D打印机的喷头防撞装置，包括喷头组件，其特征在于：所述喷头组件包括喷头和连接装置，所述喷头与连接装置为转动连接，在喷头与连接装置之间设有离合装置，所述离合装置可活动分离。

2.根据权利要求1所述的3D打印机的喷头防撞装置，其特征在于：所述喷头与连接装置通过铰接方式连接。

3.根据权利要求2所述的3D打印机的喷头防撞装置，其特征在于：所述离合装置靠近喷头的铰接杆处设置。

4.根据权利要求3所述的3D打印机的喷头防撞装置，其特征在于：所述离合装置通过磁吸方式设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的3D打印机的喷头防撞装置，其特征在于：所述离合装置为两个磁铁，分别为第一磁柱和第二磁柱，所述第一磁柱设置在喷头上，所述第二磁柱设置在连接装置上，所述第一磁柱和第二磁柱通过极性相反的方式相吸设置并使喷头与连接装置稳固连接。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的3D打印机的喷头防撞装置，其特征在于：所述离合装置为两个电磁铁，其中一个电磁铁设置在喷头上，另一个电磁铁设置在连接装置上。