CN209955318U - 纤维增强型多喷嘴并行打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，打印头与打印平台之间可相对移动，打印头包括至少一个流动料喷嘴、至少一个纤维料喷嘴、流动料给料管、纤维料给料管、纤维切断器和旋转驱动机构，流动料喷嘴与流动料给料管连通，纤维料喷嘴与纤维料给料管连通，纤维切断器设于纤维料送料路径上，至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴沿回转中心旋转，流动料喷嘴和纤维料喷嘴能够沿设定打印路径运动。本实用新型能够实现纤维增强高效打印，提升模型强度和精度，提升设备运行可靠性。

Description

纤维增强型多喷嘴并行打印装置

技术领域

本实用新型属于3D打印的技术领域，特别是涉及一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置。

背景技术

3D打印作为一种以数字模型文件为基础、通过逐层打印构造物体的方法，包括SLA、 DLP、SLS、SLM、3DP和FFF/FDM等多种方式，其中FFF(Fused Filament Fabrication)或FDM方式是一种基于挤出式工艺的3D打印方法，一般通过喷头(打印头)与平台之间在XY平面内相对运动，使得喷头可以到达平台上方一定区域内的任意位置，喷头在平台上方运动的同时还按适当的速度挤出打印料从而完成一层的打印；在完成一层的打印后打印头与打印平台相互远离一定的间距，如层厚，再继续打印新的一层；逐层堆叠直到形成三维实体。打印材料一般为可熔融的热塑材料，建筑泥浆，陶瓷或金属粉末浆料、食品浆料或生物浆料等。

单一材料打印的三维模型强度一般较低，现有技术中存在通过混合纤维的方式提升打印模型的强度：其一，在热塑材料中混合纤维，挤出混合的热塑性丝材进行打印，这种打印方式虽然可以提升一定的模型强度，但由于丝材中主要是离散的短纤维，对强度提升有限；其二，采用一个喷嘴挤出热塑性材料，打印出沟槽或一定的结构后再利用另一个喷嘴在沟槽内填充打印连续的纤维丝材料，一方面分步打印效率低，另一方面打印的热塑性材料存在部分固化问题导致与纤维丝材料结合不充分，造成模型强度增强效果不佳；其三，将连续的纤维材料和热塑材料通过一个管路和喷嘴送出，虽然能够实现纤维材料与热塑材料的同时打印，但存在纤维切断和热塑材料向纤维送料管路输送的泄漏密封等问题，影响打印设备的使用性能。

面对现有技术中存在的种种技术问题，有必要开发出一种新的打印装置和打印方法，实现纤维增强的高效打印，提升打印模型的强度和精度，提升设备运行的可靠性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置和打印方法，实现纤维增强的高效打印，提升打印模型的强度和精度，提升设备运行的可靠性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头、打印平台和控制系统，所述打印头设置于打印平台的上方且打印头与打印平台之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统进行控制，所述打印头包括至少一个流动料喷嘴、至少一个纤维料喷嘴、流动料给料管、纤维料给料管、纤维切断器和旋转驱动机构，所述流动料喷嘴与流动料给料管连通，所述纤维料喷嘴与纤维料给料管连通，所述纤维切断器对应设置于纤维料给料管的送料路径上，至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴通过旋转驱动机构驱动沿竖向的回转中心与打印平台相对旋转，所述流动料喷嘴和纤维料喷嘴在打印头与打印平台之间相对移动和旋转驱动机构驱动至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴与打印平台相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供另外一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头、打印平台和控制系统，所述打印头设置于打印平台的上方且打印头与打印平台之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统进行控制，所述打印头包括至少一个流动料喷嘴、至少一个纤维料喷嘴、流动料给料管、纤维料给料管和纤维切断器，所述流动料喷嘴与流动料给料管连通，所述纤维料喷嘴与纤维料给料管连通，所述纤维切断器对应设置于纤维料给料管的送料路径上，所述打印平台通过旋转驱动装置驱动沿竖向回转中心与打印头相对旋转，所述流动料喷嘴和纤维料喷嘴在打印头与打印平台之间相对移动和相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。

所述打印头还包括喷头座和至少一个喷嘴座，所述喷嘴座下端设有流动料喷嘴和/或纤维料喷嘴，所述喷嘴座安装在喷头座上且至少一个喷嘴座可通过旋转驱动机构驱动旋转。

所述喷嘴座设置为一个且所述喷嘴座设有至少一个流动料喷嘴和至少一个纤维料喷嘴，所述喷嘴座通过旋转驱动机构驱动旋转。

所述喷嘴座设置为两个或两个以上且各喷嘴座设有至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴，至少一个喷嘴座通过旋转驱动机构驱动旋转。

所述旋转驱动机构包括电机或者包括电机和与电机连接的传动件，所述传动件为带轮传动机构和齿轮传动机构中的一种或多种。

所述打印头中至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴高度可调节。

所述纤维切断器对应纤维送料路径设置于纤维料喷嘴的上游位置或者纤维料喷嘴出口位置。

所述打印头还包括加热器，所述加热器对应流动料喷嘴和/或纤维料喷嘴设置。

所述纤维料喷嘴设置为倒圆角出口结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种上述的纤维增强型多喷嘴并行打印装置的打印方法，包括以下步骤：

(1)对待打印模型的三维数据进行分析，生成各打印层中流动料喷嘴和纤维料喷嘴的打印路径；

(2)打印头与打印平台之间水平相对移动和至少一个流动料喷嘴和/或至少一个纤维料喷嘴与打印平台相对旋转，使流动料喷嘴和纤维料喷嘴沿设定的打印路径移动进行层打印；

(3)打印过程中，当纤维料的送料长度达到预设长度时纤维切断器动作对纤维料进行切断；

(4)层打印完成后，打印头与打印平台之间竖向相对移动至打印下一层设定的间距，重复步骤(2)和(3)直至模型打印完成。

所述纤维料的切断长度使得纤维料被包覆于流动料的内部。

所述纤维料为导电材料、导热材料或导光材料，打印完成后所述纤维料外露于打印模型表面。

在层打印中，所述纤维料喷嘴和流动料喷嘴沿相同的打印路径分别进行纤维料和流动料打印且流动料喷嘴尾随在纤维料喷嘴之后，所述流动料喷嘴在纤维料喷嘴送出的纤维料上挤出流动料并覆盖纤维料实现纤维料与流动料的结合。

在层打印中，所述纤维料喷嘴和流动料喷嘴沿相同的打印路径分别进行纤维料和流动料打印且纤维料喷嘴尾随在流动料喷嘴之后，所述纤维料喷嘴将纤维料挤压到流动料喷嘴挤出的未固化的流动料上形成纤维料与流动料结合。

有益效果

第一，在本实用新型中，流动料与连续的纤维料能够同时进行打印，且能够实现多喷嘴同步打印，一方面有利于纤维料与流动料的结合，能够更好地发挥连续纤维料提升打印模型强度的优势，另一方面打印速度快，有利于实现纤维增强型打印的高效进行。

第二，在本实用新型中，流动料喷嘴和纤维料喷嘴同时沿设定的打印路径运动且根据需要对纤维的分布进行准确地控制，有利于更好地发挥纤维增强的功效，不仅适合打印厚壁模型，也适合打印薄壁模型，还适合打印既要求高强度又需要精确细节的模型。

第三，纤维料与流动料分别经过独立的料管和喷嘴送出，不同特性的流动料和纤维料可以被分别独立的处理和控制，有利于提升设备运行的可靠性，同时能够更加方便地根据打印需要对设备作出匹配性调整，例如纤维增强打印与非纤维增强打印的切换、不同纤维料的切换以及多种纤维料的混合打印等，有利于提高设备的适用性，实现多种模型性能，如导电、导热或导光等。

附图说明

图1为本实用新型一种打印装置的结构示意图。

图2为图1打印装置的剖面结构示意图。

图3为本实用新型另一种打印装置的剖面示意图。

图4为一个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿同一打印路径层叠重合打印的示意图。

图5为图4中打印头运动到不同位置状态的示意图。

图6为两个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿打印路径层叠重合打印的示意图。

图7为两个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿打印路径另一种层叠重合打印的示意图。

图8为一个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿打印路径并列重合打印的示意图。

图9为两个纤维料喷嘴与一个流动料喷嘴沿打印路径并列重合打印的示意图。

图10为一个纤维料喷嘴与两个流动料喷嘴层叠重合打印的喷嘴结构示意图。

图11为喷嘴通过环套型喷嘴座带动沿打印路径运动的示意图。

图12为喷嘴通过“链式”喷嘴座带动沿打印路径运动的示意图。

图13为喷嘴通过另一种“链式”喷嘴座带动沿打印路径运动的示意图。

图14为流动料喷嘴离散型流动料与纤维料喷嘴层叠重合打印的结构示意图。

图15为单喷嘴座两喷嘴式打印头的结构示意图。

图16为环套型喷嘴座三喷嘴式打印头的结构示意图。

图17为环套型喷嘴座四喷嘴式打印头的结构示意图。

图18为“链式”喷嘴座结构的打印头结构示意图。

图19为另一种“链式”喷嘴座结构的打印头结构示意图。

图20为机架带动打印头沿打印路径运动的不同位置状态示意图。

图21为打印头中喷嘴错开高度的结构示意图。

图22为打印头中喷嘴料道倾斜聚拢的结构示意图。

图23为纤维料喷嘴的倒圆角出口的结构示意图。

图24为一种纤维增强打印方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1和图2所示的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，图2相当于图1的剖视图，包括打印头1、打印平台2和控制系统3。打印头1设置于打印平台2的上方且打印头1 能够沿水平和竖直方向移动，打印装置的运行通过控制系统3进行控制。

打印头1包括喷头座16、喷嘴座17、流动料喷嘴11、纤维料喷嘴12、流动料给料管13、纤维料给料管14、纤维切断器15和旋转驱动机构。喷嘴座17可转动地安装在喷头座 16上，喷嘴座17下端固定有流动料喷嘴座1701和纤维料喷嘴座1702，喷嘴座17、流动料喷嘴座1701和纤维料喷嘴座1702内部设有喷料管，流动料喷嘴11设置于流动料喷嘴座1701下端，纤维料喷嘴12设置于纤维料喷嘴座1702下端。喷嘴座17通过旋转驱动机构驱动沿竖直中心轴旋转，旋转驱动机构包括电机19、主动齿轮22、从动齿轮23和传动齿带24，主动齿轮22和从动齿轮23通过传动齿带24连接，主动齿轮22通过电机19驱动旋转，喷嘴座17与从动齿轮23连接并由从动齿轮23带动旋转，实现喷嘴座17与打印平台2的相对旋转。流动料喷嘴11与流动料给料管13连通，流动料给料管13上设有一个流动料给料器131。纤维料喷嘴12与纤维料给料管14连通，纤维料给料管14上设有纤维料给料器141，在某些实施方式中，还可以设置两个纤维料给料器141，即在远端和近端分别设置纤维料给料器141，提升纤维给料的顺畅性和精确性。纤维切断器15对应设置于纤维料给料管14的送料路径上，例如位于纤维料给料器141与喷头座16之间。为了检测喷嘴座17的旋转角度或旋转的零点位置，还可以设置传感器4。根据需要打印头1还可以设置加热器18，加热器18可以对应流动料喷嘴11和纤维料喷嘴12设置，用于对流动料和/或纤维料加热，还可以设置温度传感器对加热温度进行检测。

打印头1具有两个喷嘴，可同时进行打印，其中流动料喷嘴11挤出流动料，流动料可以是加热后熔融可流动的有机或无机材料，也可以是常温处于桨状或液态的可流动材料，如建筑用含有水泥或其他粉末材料等材料的泥浆，食品中的可食用浆状料，导电银浆，树脂或粘结剂与其他粉末材料(如陶瓷或金属粉末)形成的浆料。纤维料喷嘴12挤出纤维料，如碳纤维、玻璃纤维、金属丝、光纤等，或其他的丝状材料，或纤维与粘结基材形成的丝材，例如在核心处为纤维材料，粘结基材包裹在纤维材料的周围形成线材。纤维料可以是单根纤维，也可以被基材包裹形成丝材，或纤维料是多根纤维形成一股，或此多根纤维被基材包裹形成线材，当然纤维还可以采取某种编织形式。如果是纤维作为内核与基材形成的线纤维增强线材，打印时可以对此线材进行加热，例如加热温度高于基材的融化温度，低于纤维的融化温度。

如图1、图2、图4和图5所示，打印过程中，流动料喷嘴11与纤维料喷嘴12之间的连线与打印到打印平台2上的打印料之间相互进行转角调整，使得两个喷嘴都同时处于期望的打印路径上，设两个喷嘴沿相同的打印路径运动，纤维料喷嘴12移动在前，流动料喷嘴11沿打印路径尾随在后，流动料喷嘴11将流动料挤出后压在纤维料12上，形成层叠重合。需说明，所谓的层叠重合不是指纤维料和流动料处于不同的层上，而是处于同一个层上相同的打印路径上，只是流动料与纤维料重合的方式是上下方向或沿竖直方向进行重合。在本实施例中纤维料与流动料最终重合形成复合材料打印料并铺设到同一个打印路径上。当然，纤维料和流动料也可以同时在不同的打印路径上打印或不同层上进行打印。

纤维切断器15可以实现对连续纤维料的切割断开，可以实现在模型中多段或不同层的纤维料的铺设。在实际应用中，纤维料可能在模型中不可能连续铺设，而是在某些局部特征铺设完毕后需要断开，然后在另一些模型的局部结构特征处再进行铺设纤维料。另外，同时打印多个模型之间的打印切换或打印模型结束时都需要将纤维料切断。另外，也可以用于控制纤维在模型中竖与流动料的重合方式和编织形式等。纤维切断器15可以采用刀片方式切割，也可以是激光切割或其他方式实现对纤维料的切割。

打印平台2上也可以设置加热器，控制打印平台2处于设定的温度，利于模型打印。

如图2还给出了一种喷嘴高度调节结构示意图。螺丝5与喷嘴座17内螺纹配合，螺丝5的下端形成直径扩大的端部，端部可转动的嵌套在纤维料喷嘴座1702的槽内。当螺纹5转动时，端部的位置会相对喷嘴座17上下变化，带动纤维料喷嘴座1702上下移动，从而调整流动料喷嘴11和纤维料喷嘴12在Z方向上的高度差。通过调整两个喷嘴的高度差，可以补偿流动料和纤维料直径的差异，也调整两种打印料的上下位置关系，利于调整两个喷嘴同时沿同层打印路径打印过程中两种打印料的匹配状态，或者可以在不同层上进行同时打印。

图3示出了另一种打印装置的结构，通过打印平台2的转动来实现打印头1与打印平台2的相对旋转。具体的，图3与图2不同的是打印平台2通过旋转驱动装置8驱动能够沿曲线箭头所示的方向转动，实现打印头1与打印平台2的相对旋转。如图3所示，此实施例中的打印头结构可以大为简化。某些实施方式中打印头1可以同时旋转。另外，图3 中还示出流动料给料管13上的给料器替换采用泵送装置20进行送料，例如对于浆料可以采用泵送装置20将流动料送到流动料喷嘴11进行挤出。当管路较长的情况，可以在流动料给料管13的远端靠近料源的位置设置另一个泵送装置20，加快供料，可避免流动料中形成气泡。

上述实施例表明，打印头1与打印平台2的相对移动可以由打印头1的移动实现也可以是打印平台2的移动实现，或两者共同移动实现。同样的，打印头1与打印平台2的相对旋转(或相对转动)可以由打印头1或其上的喷嘴座的旋转实现，也可以是打印平台2 的旋转来实现，或两者共同旋转实现。

图4示意了图1-3中的两个喷嘴都投影到打印平台2上，两个喷嘴可控制沿同一设定打印路径移动，当然也可以同时分别沿不同的打印路径运动。打印头1与打印平台2相对沿打印路径移动，同时流动料喷嘴11和纤维料喷嘴12沿曲线箭头与打印平台2相对转动，使得流动料喷嘴11和纤维料喷嘴12在打印过程中同时处于预设的打印路径上。

图5示意了图1-3中的双喷嘴沿同一打印路径运动的不同位置状态。纤维料喷嘴12挤出纤维料，在同一打印路径上的流动料喷嘴11将流动料层叠重合到纤维料上。打印头1位置由A移动到B时，通过前述的方法，流动料喷嘴11和纤维料喷嘴12依然沿设定的打印路径移动。

图6在图5的基础上增加了一个纤维料喷嘴12，且两个纤维料喷嘴12由纤维料喷嘴座1702带动转动，同时纤维料喷嘴座1702还可以绕流动料喷嘴11转动，即纤维料喷嘴座1702沿轨道21绕流动料喷嘴11转动。两个纤维料喷嘴12分别沿其打印路径运动并挤出两条纤维料，流动料喷嘴11沿其打印路径运动并挤出流动料层叠重合到两条纤维料上，纤维料与流动料结合实现连续纤维增强模型打印。

图7在图5的基础上增加一个纤维料喷嘴12，且两个纤维料喷嘴12分别沿各自转动轨道21绕流动料喷嘴11转动。与图5打印方法不同的是流动料喷嘴11沿其打印路径运动并挤出流动料，然后两个纤维料喷嘴12分别沿其打印路径运动并挤出纤维料挤压到流动料上，纤维料与流动料结合实现连续纤维增强模型打印。图8示意了一种并列重合打印方法，一个纤维料喷嘴12绕流动料喷嘴11沿转动轨道21转动，纤维料喷嘴12和流动料喷嘴11分别沿其设定的打印路径运动。流动料喷嘴11沿其打印路径运动并挤出流动料，同时纤维料喷嘴12沿其打印路径运动并挤出纤维料，纤维料和流动料并列重合排布并结合在一起，形成连续纤维加强的打印模型。

图9示意的打印方法与图8的不同处在于，流动料喷嘴11在两个纤维料喷嘴12的后面，即两条纤维料先并行挤出，然后流动料喷嘴11再挤出流动料并列重合排布，形成纤维加强打印。

图6和图9所示各实施方式都可以理解为喷嘴都沿相同的打印路径进行打印，只不过此打印路径上纤维料的数量不同或纤维料与流动料的重合方式不同。

图10示意了打印头1在打印平台2的上方且两者相对运动，则两个流动料喷嘴11挤出上下两层流动料，纤维料喷嘴12挤出中间层纤维料，同时与上下两层的流动料相互层叠重合形成连续纤维加强的模型结构。

一般通过流动料可实现对纤维料的保护，纤维料包覆在流动料内部，与流动料结合可以形成纤维增强的打印料。当然在某些需求情况下，如纤维料具有导电，或导热，或导光等性能，可能需要部分纤维料露出模型外侧，以实现导电功能和对外电连接的功能，或对外导热功能，或对外导光功能。

实际纤维增强的打印方法可以是上述一种方法或几种方法的综合运用。

图11-13示意了打印头1中的喷嘴座17带动喷嘴相互实现转动的方式。图11中，喷嘴座17为三层环套型，且三层喷嘴座17之间可以相互转动，最内层的第一喷嘴座17-1 上设置有两个喷嘴，中间层的第二喷嘴座17-2上设置有一个喷嘴，最外层的第三喷嘴座 17-3上设置有一个喷嘴。其中的一个喷嘴座17的转动可以由打印平台2的转动代替。打印头1与打印平台2相对运动，且三层喷嘴座17之间相互转动对各喷嘴的位置进行调整，使得各喷嘴分别沿其设定的打印路径进行运动。四个喷嘴中至少有一个挤出纤维料，具体的打印头1的立体结构可以参考图18。

图12示意了另一种打印头1的实现方式。一个喷嘴座17上设置有两个喷嘴，另一个喷嘴座17上设置有另外两个喷嘴，且两个喷嘴座17均设置在连接座6上，且其中至少有一个喷嘴座17可转动地与连接座6连接。两个喷嘴座17能够分别带动其上的两个喷嘴转动，同时连接座6带动两个喷嘴座17转动。作为一种示意，图12中四个喷嘴能够同时沿设定的两条打印路径运动，且同一喷嘴座17上的两个喷嘴沿相同的打印路径运动。其中至少有一个喷嘴挤出纤维料。

图13示意了另一种打印头1的实现方式。一个喷嘴座17上设置有两个喷嘴，另一个喷嘴座17上设置有另外两个喷嘴，且两个喷嘴座17均设置在连接座6上，且其中至少有一个喷嘴座17可转动地与连接座6连接。两个喷嘴座17能够分别带动其上的两个喷嘴转动，同时连接座6带动两个喷嘴座17转动。作为一种示意，图13中四个喷嘴能够同时沿设定的两条打印路径运动，同一喷嘴座17上的两个喷嘴分别沿两条不同的打印路径运动。其中至少有一个喷嘴挤出纤维料，具体的打印头1的立体结构可以参考图19。

图14示意了流动料喷嘴11离散喷射流动料，并与纤维料喷嘴12挤出的纤维料结合，形成连续纤维加强的模型。离散喷射打印料的好处是更利于精确打印细节，利于提升模型精度，也利于将流动料与纤维料结合。另外，图14中还示意了纤维切断器15设置在纤维料喷嘴12的出口位置，这样利于减少纤维料切断后继续打印纤维料的延迟长度，利于提升纤维材料的打印长度精度。

图15给出一种打印头1的结构实施例，喷嘴座17为单个，喷嘴座17内设有两个喷嘴，至少其中一个为纤维料喷嘴。旋转驱动机构包括：与喷嘴座17同轴固定连接的从动齿轮23、与该从动齿轮23啮合的主动齿轮22、电机19，电机19具有电机传动轴，电机传动轴与主动齿轮22同轴固定连接，用于带动主动齿轮22转动，并通过主动齿轮22带动从动齿轮23转动，从而带动喷嘴座17进行旋转。喷嘴座17在旋转时，带动设置在该喷嘴座17内的各喷嘴绕喷嘴座17的轴线转动。为了固定喷嘴座17和旋转驱动机构的各部件，打印头1还包括一个喷头座16。

图16也给出了一种打印头1的结构实施例，喷嘴座17为三层环套型结构，内、中、外三层喷嘴座17同轴设置且彼此之间能够相互转动。各喷嘴座17内分别设有一个喷嘴，各喷嘴中至少有一个喷嘴用于挤出纤维料。在本实施例中，旋转驱动机构包括：与中间层第二喷嘴座17-2同轴固定连接的第一从动齿轮23-1、与该第一从动齿轮23-1啮合的第一主动齿轮22-1、第一电机19-1(图中未示出)，第一电机19-1具有第一电机传动轴，第一电机传动轴与第一主动齿轮22-1同轴固定连接，用于带动第一主动齿轮22-1转动，并通过第一主动齿轮22-1带动第一从动齿轮23-1转动，从而带动第二喷嘴座17-2旋转。旋转驱动机构还包括：与外层第三喷嘴座17-3同轴固定连接的第二从动齿轮23-2、与该第二从动齿轮23-2啮合的第二主动齿轮22-2、第二电机19-2，第二电机19-2具有第二电机传动轴，第二电机传动轴与第二主动齿轮22-2同轴固定连接，用于带动第二主动齿轮22-2转动，并通过第二主动齿轮22-2带动第二从动齿轮23-2转动，从而带动第三喷嘴座17-3旋转。第一从动齿轮23-1和第二从动齿轮23-2沿第一喷嘴座17-1的轴线从上往下依次排列。为了固定喷嘴座17和旋转驱动机构的各部件，打印头1还包括一个喷头座16，第一喷嘴座17-1与喷头座16固定。

图17在图16所示实施例的基础上，在内层第一喷嘴座17-1上同时设置了两个喷嘴，并增加了第三副旋转驱动机构，第三副旋转驱动机构包括：与内层喷嘴座17-1同轴固定连接的第三从动齿轮23-3、与该第三从动齿轮23-3啮合的第三主动齿轮22-3、第三电机19-3，第三电机19-3具有第三电机传动轴，第三电机传动轴与第三主动齿轮22-3同轴固定连接，用于带动第三主动齿轮22-3转动，并通过第三主动齿轮22-3带动第三从动齿轮 23-3转动，从而带动第一喷嘴座17-1旋转。各喷嘴中至少有一个喷嘴用于挤出纤维料。

图18给出了一种“链式”喷嘴座结构的打印头1具体实施例。旋转驱动机构包括：主动齿轮22、从动齿轮23、传动齿带24和电机19，主动齿轮22和从动齿轮23通过传动齿带24连接并传动，主动齿轮22通过与电机19连接被驱动，第一喷嘴座17-1和第二喷嘴座17-2并列设置在从动齿轮23上并通过从动齿轮23转动带动旋转。

如图18所示，旋转驱动机构还包括：套设在第二喷嘴座17-2外的第一空心电机9-1和套设在第一空心电机9-1外的第一连接板10-1，该第一连接板10-1上具有通孔，第一空心电机9-1设置于该通孔内。第一空心电机9-1包括第一电机内环和套设在第一电机内环外的第一电机外环，并且第一电机内环和第一电机外环能够相对转动，其中，第一电机内环与第二喷嘴座17-2固定连接，第一电机外环与第一连接板10-1固定连接。因此，通过第一空心电机9-1，能够使得第一连接板10-1相对第二喷嘴座17-2转动。第一连接板 10-1上相对第二喷嘴座17-2的另一端设有第三喷嘴座17-3。需说明，第一空心电机9-1 也可以套设在从动齿轮23上，且第一电机内环与从动齿轮23固定连接。

如图18所示，旋转驱动机构还包括：套设在第三喷嘴座17-3外的第二空心电机9-2和套设在第二空心电机9-2外的第二连接板10-2，该第二连接板10-2上具有通孔，第二空心电机9-2处于该通孔内。第二空心电机9-2包括第二电机内环和套设在第二电机内环外的第二电机外环，并且第二电机内环和第二电机外环能够相对转动，其中，第二电机内环与第三喷嘴座17-3固定连接，第二电机外环与第二连接板10-2固定连接。因此，通过第二空心电机9-2，能够使得第二连接板10-2相对于第三喷嘴座17-3转动。在第二连接板上10-2相对第三喷嘴座17-3的另一端还具有第四喷嘴座17-4，四个喷嘴座17分别设有一个喷嘴，四个喷嘴中至少有一个用于挤出纤维料。

通过上述内容不难发现，当从动齿轮23转动时，能够带动四个喷嘴座17沿从动齿轮 23的中心转轴转动，然后通过第一空心电机9-1使得第三喷嘴座17-3能够相对第二喷嘴座17-2转动，或相对从动齿轮23转动，通过第二空心电机9-2使得第四喷嘴座17-4能够相对第三喷嘴座17-3转动。另外，为了固定电机19和从动齿轮23，打印头1还包括一个喷头座16，从动齿轮23与喷头座16可转动连接。

如图19示意了另一种“链式”喷嘴座结构的打印头1具体实施例，打印头1包括第一喷嘴座17-1和第二喷嘴座17-2，两个喷嘴座17上分别设有两个喷嘴。旋转驱动机构包括：第一主动齿轮22-1、第一从动齿轮23-1、第一电机19-1、连接第一主动齿轮22-1和第一从动齿轮23-1的传动齿带24，其中，第一电机19-1的电机传动轴与第一主动齿轮 22-1同轴固定连接，从而通过传动齿带24带动第一从动齿轮23-1转动。两个喷嘴座17 并列设置在第一从动齿轮23-1上，并且与第一从动齿轮23-1可转动连接。同时，在两个喷嘴座17的顶端还设有齿圈。旋转驱动机构还包括：第二电机19-2和第二主动齿轮22-2，第二主动齿轮22-2与第一齿圈25-1啮合，第二电机19-2具有电机传动轴，该电机传动轴与第二主动齿轮22-2同轴固定连接，从而通过第二电机19-2能够带动第一喷嘴座17-1 转动。另外，旋转驱动机构还包括：第三主动齿轮22-3和第三电机19-3，第三主动齿轮 22-3与第二齿圈25-2啮合，第三电机19-3具有电机传动轴，该电机传动轴与第三主动齿轮22-3同轴固定连接，从而通过第三电机19-3能够带动第二喷嘴座17-2转动。

通过上述内容不难发现，通过第一电机19-1可带动第一从动齿轮23-1转动，从而使得第一喷嘴座17-1和第二喷嘴座17-2能够沿第一从动齿轮23-1的回转中心轴转动，另外，通过喷嘴座17上端的旋转驱动机构带动，两个喷嘴座17能够分别进行自转，使得喷嘴座17内的两个喷嘴能够相对转动。另外，打印头1还包括喷头座16，用于安装第一电机19-1和第一从动齿轮23-1，第一从动齿轮23-1可转动地安装在喷头座16上。

如图20所示，打印装置还可以包括机架7，打印头1安装在机架7上并通过机架7带动在打印平台2上方沿水平方向和竖直方向运动。机架7包括：基座7-1、第一机械臂7-2 和第二机械臂7-3，第二机械臂7-3与喷头座16固连，第二机械臂7-3与第一机械臂7-2 套接且可相对第一机械臂7-2沿长度方向伸缩运动，第一机械臂7-2安装在基座7-1上且可相对基座沿X和Y方向运动。基座7-1可根据箭头所示的方向沿移动路径运动。当机架 7带动喷头座16由位置A向位置B运动时，喷头座16带动喷嘴座17按照箭头所示的方向沿打印路径运动。另外某些实施方式中，机架7还可以是一个夹持喷头座16的机械臂，该机械臂安装在工程车上，工程车拖动机械臂行走至预设的地点，然后机械臂自身也能够转动，从而带动喷头座16移动。当然，机架7的具体形式并不限于上述具体的实施例。

图21示意打印头1上的喷嘴可以处于各不相同的高度。并示意了一种档位式高度调整机构，喷嘴座17为双环套型结构，内层第一喷嘴座17-1内设有两个高度不同的喷嘴，外层的第二喷嘴座17-2内设有一个高度可调节的喷嘴。外层喷嘴高度调节结构为：通过定位销与位于外层第二喷嘴座17-2上的定位槽的匹配来分档调节外层喷嘴的高度。

需要说明的是，喷嘴座内设置的喷管基本相互平行设置，但也可以向相互聚拢的方向倾斜设置，也可以是一个喷嘴座相对另一个喷嘴座摆动，即调节一个喷嘴座中的喷管轴线与另一个喷嘴座中的喷管轴线间的夹角，来调节纤维料和流动料挤出方向，利于将纤维料与流动料快速的结合和精确打印。

图22中，各喷嘴座17中的喷管呈相互聚拢的方向倾斜设置，使得在喷管间距较大的情况下，各喷嘴的间距可以减小。在内层第一喷嘴座17-1上设置有两条喷管，两条喷管端部分别设有一个喷嘴，中间层的第二喷嘴座17-2上设置有第三喷管，第三喷管端部设有第三喷嘴，最外层第三喷嘴座17-3上设置有第四喷管，第四喷管端部设有第四喷嘴。由于四条喷管呈向下相互聚拢倾斜设置，使得四个喷嘴之间的间距缩小，至少有一个喷嘴用于纤维料打印，有利于提升纤维料与流动料的快速结合，利于提升打印模型的精度。当纤维料喷嘴12引出方向朝向流动料喷嘴11的方向倾斜，让纤维料离开喷嘴后更加靠近流动料喷嘴，既利于纤维料流出，也利于流动料与纤维的结合。相反，让流动料喷嘴11挤出方向朝向纤维料喷嘴12的方向倾斜，也可以达到类似的效果。

图23示意了喷嘴座17挤出纤维料，纤维料喷嘴12形成倒圆角的出口过渡区，有利于导出纤维料，纤维料挤出更顺畅，也避免纤维料挤出过程中损伤。

图24示意了一种连续纤维增强型多喷嘴并行打印的方法：

在打印启动过程中，可能包括打印机各部件的初始化、状态监测、系统检测是否正常等，还可能包括将打印头1和打印平台2自动回到零点位置，如果打印料需要加热，还可能启动加热器18。

下一步根据3D打印模型信息判断是否要进行纤维增强打印，如果不需要，则进入非纤维增强打印流程，此流程非本实用新型技术内容不再赘述，如果判断需要进行纤维增强打印，则进入纤维增强打印流程。

纤维增强打印流程至少包括4个并行的子步骤：子步骤一，根据打印路径实现打印头 1和打印平台2的相对运动，实现打印头1处于相对的打印路径上；子步骤二，至少一个流动料喷嘴11和/或至少一个纤维料喷嘴12与打印平台2相对转动，使得纤维料喷嘴12 和流动料喷嘴11同时处于各自设定的打印路径上；子步骤三，控制纤维料喷嘴12和流动料喷嘴11与打印平台2或已打印模型之间保持设定的间距，如保持一个打印层厚度的间距；子步骤四，控制纤维料给料器141让纤维料按设定的给料速度进行给料。

在打印过程中，打印装置能够根据模型信息和打印过程的动态信息来判断纤维料的进给是否处于纤维切割器15到纤维料喷嘴12间距的提前长度量。如果没有到达提前长度量，则继续上述的4个子步骤进行打印过程；如果到达提前长度量，则控制纤维切割器15将纤维料切割断，并对纤维料的切断余量进行继续打印，但纤维材料给料器141可能暂时不用工作。

如果连续纤维增强模型打印过程还没有结束，则重复进行上述的包括至少4个并行子步骤的纤维增强打印流程。

如果模型打印完成或打印过程结束后，打印头1与打印平台2可能运动到零点位置，也可能涉及加热器18停止加热，或者进行其他结束打印的操作。

Claims (10)

1.一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头(1)、打印平台(2)和控制系统(3)，所述打印头(1)设置于打印平台(2)的上方且打印头(1)与打印平台(2)之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统(3)进行控制，其特征在于：所述打印头(1)包括至少一个流动料喷嘴(11)、至少一个纤维料喷嘴(12)、流动料给料管(13)、纤维料给料管(14)、纤维切断器(15)和旋转驱动机构，所述流动料喷嘴(11)与流动料给料管(13)连通，所述纤维料喷嘴(12)与纤维料给料管(14)连通，所述纤维切断器(15)对应设置于纤维料给料管(14)的送料路径上，至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)通过旋转驱动机构驱动沿竖向的回转中心与打印平台(2)相对旋转，所述流动料喷嘴(11)和纤维料喷嘴(12)在打印头(1)与打印平台(2)之间相对移动和旋转驱动机构驱动至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)与打印平台(2)相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。

2.一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，包括打印头(1)、打印平台(2)和控制系统(3)，所述打印头(1)设置于打印平台(2)的上方且打印头(1)与打印平台(2)之间能够沿水平和竖直方向相对移动，打印装置的运行通过控制系统(3)进行控制，其特征在于：所述打印头(1)包括至少一个流动料喷嘴(11)、至少一个纤维料喷嘴(12)、流动料给料管(13)、纤维料给料管(14)和纤维切断器(15)，所述流动料喷嘴(11)与流动料给料管(13)连通，所述纤维料喷嘴(12)与纤维料给料管(14)连通，所述纤维切断器(15)对应设置于纤维料给料管(14)的送料路径上，所述打印平台(2)通过旋转驱动装置(8)驱动沿竖向回转中心与打印头(1)相对旋转，所述流动料喷嘴(11)和纤维料喷嘴(12)在打印头(1)与打印平台(2)之间相对移动和相对旋转的双重作用下沿设定的打印路径运动。

3.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述打印头(1)还包括喷头座(16)和至少一个喷嘴座(17)，所述喷嘴座(17)下端设有流动料喷嘴(11)和/或纤维料喷嘴(12)，所述喷嘴座(17)安装在喷头座(16)上且至少一个喷嘴座(17)可通过旋转驱动机构驱动旋转。

4.根据权利要求3所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述喷嘴座(17)设置为一个且所述喷嘴座(17)设有至少一个流动料喷嘴(11)和至少一个纤维料喷嘴(12)，所述喷嘴座(17)通过旋转驱动机构驱动旋转。

5.根据权利要求3所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述喷嘴座(17)设置为两个或两个以上且各喷嘴座(17)设有至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)，至少一个喷嘴座(17)通过旋转驱动机构驱动旋转。

6.根据权利要求1或2中任意一条所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述旋转驱动机构包括电机(19)或者包括电机(19)和与电机(19)连接的传动件，所述传动件为带轮传动机构和齿轮传动机构中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述打印头(1)中至少一个流动料喷嘴(11)和/或至少一个纤维料喷嘴(12)高度可调节。

8.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述纤维切断器(15)对应纤维送料路径设置于纤维料喷嘴(12)的上游位置或者纤维料喷嘴(12)出口位置。

9.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述打印头(1)还包括加热器(18)，所述加热器(18)对应流动料喷嘴(11)和/或纤维料喷嘴(12)设置。

10.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强型多喷嘴并行打印装置，其特征在于：所述纤维料喷嘴(12)设置为倒圆角出口结构。

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