CN217777787U

CN217777787U - 喷头打印机构及3d打印机

Info

Publication number: CN217777787U
Application number: CN202221595075.5U
Authority: CN
Inventors: 刘佳; 王林; 王光亚; 宋子臻; 周伟; 马连华
Original assignee: Hebei University
Current assignee: Hebei University
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2032-06-24

Abstract

本实用新型涉及一种喷头打印机构及3D打印机，喷头打印机构包括水平导轨，在所述水平导轨上设置有第一滑块，在所述第一滑块上设置有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上设置有第二滑块，在所述第二滑块上设置有喷头装置，在所述水平导轨上设置有第一驱动机构，由所述第一驱动机构驱动所述第一滑块沿所述水平导轨移动，在所述第一滑块上设置有第二驱动机构，由所述第二驱动机构驱动所述第二滑块沿所述竖向滑轨移动。本实用新型所能同时打印的最小工件尺寸下限小，同时，能够同时打印多层，打印效率高，提高了打印机的利用率。

Description

喷头打印机构及3D打印机

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印设备，具体地说是一种喷头打印机构及3D打印机。

背景技术

熔融沉积3D打印是作为一种增材制造技术，通过将耗材加热到略高于耗材熔点，用压力将熔融状态的耗材通过喷嘴挤出到打印平台上，熔融耗材在平台上凝固成型，通过规划路径，层层堆叠出所需要的产品形状。熔融沉积3D打印技术由于其独特的优势，广泛用于满足少量化、个性化的生产需求。但与传统工业生产方式相比，依旧存在较大的不足，比如速度慢，材料单一，产品精度低等。

为了解决3D打印机打印速度慢的问题，目前已有专利提出了利用多打印喷头分区打印以成倍提高打印速度的方法，如申请号为201810756152.2的发明专利《多喷头3D打印机》，提出了一种针对大型工件实行分区打印的3D打印机，该打印机采用多个可独立运动的喷头来实现多喷头分区同时打印功能，打印大型工件可以有效节省很多时间。同样，专利申请号为201921037491.1的实用新型专利《独立多喷嘴3D打印机》，设计了一款桌面级多喷嘴3D打印机，针对小型工件可以多喷嘴分区协同打印，提高小型工件的打印速度。但由于喷头体积的影响，喷头之间的相互干涉，导致3D打印机多喷头能够同时打印的最小工件长度受限。

传统多喷头3D打印机，采用分区打印的方法打印工件时，喷头的体积相对于工件体积较小，采用合适的路径规划，多喷头之间可以互不干涉的完成整体的打印，多喷头所能同时打印的最大工件体积上限只与打印机的大小有关。但当工件体积较小时，传统喷头结构之间的相互干涉使得打印机无法采用多喷头分区打印的方法继续同时打印工件，所能同时打印的最小工件长度存在一个下限，长度小于下限的工件只能采用单喷头打印。同时，传统打印方法多个喷头一般都是同时打印同一层，打印方式单一，对于一些复杂形状的工件无法有效利用全部打印资源。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种喷头打印机构及3D打印机，以解决现有传统多喷头同时打印的最小工件尺寸较大且只能同时打印同一层的问题。

本实用新型是这样实现的：一种喷头打印机构，包括水平导轨，在所述水平导轨上设置有第一滑块，在所述第一滑块上设置有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上设置有第二滑块，在所述第二滑块上设置有喷头装置，在所述水平导轨上设置有第一驱动机构，由所述第一驱动机构驱动所述第一滑块沿所述水平导轨移动，在所述第一滑块上设置有第二驱动机构，由所述第二驱动机构驱动所述第二滑块沿所述竖向滑轨移动。

所述喷头装置包括倾斜的进料管，在所述进料管的末端连通有向下弯曲的喉管，在所述喉管的末端连通有开口向下的喷嘴。

所述进料管上设置有散热片，在所述散热片上设置有风扇，在所述喉管上设置有加热块，在所述加热块内设置有加热棒。

所述第一驱动机构包括直接或间接固定在所述水平导轨上一端的第一步进电机，在所述水平导轨的另一端设置有第一滚轮，在所述第一步进电机和所述第一滚轮之间设置有第一皮带，所述第一滑块与所述第一皮带的一侧连接。

所述第二驱动机构包括固定设置于所述第一滑块上的第二步进电机，在所述竖向滑轨的下端分别设置有第二滚轮在所述第二步进电机和第二滚轮之间设置有第二皮带，所述第二滑块与所述第二皮带的一侧连接。

在所述竖向滑轨的上端设置有第三滚轮，所述第二皮带在所述第三滚轮处形成拐角，在所述第一滑块上设置有挡板，所述挡板位于所述第二皮带拐角的内侧。

本实用新型还公开了一种3D打印机，包括机架，在所述机架上设置有两个Y轴运动机构，在两个所述Y轴运动机构之间设置有两个X轴运动机构，在所述机架上设置有竖直的丝杠和光杠，所述丝杠和光杠同时穿接有打印平台，在所述打印平台上固定有丝杠螺母，所述丝杠螺母和所述丝杠之间螺纹连接，所述丝杠通过旋转带动所述打印平台沿所述丝杠移动；所述X轴运动机构包括设置于所述Y轴运动机构上的第三滑块以及与所述第三滑块连接的喷头打印机构，所述喷头打印机构包括水平导轨，在所述水平导轨上设置有第一滑块，在所述第一滑块上设置有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上设置有第二滑块，在所述第二滑块上设置有喷头装置，在所述水平导轨上设置有第一驱动机构，由所述第一驱动机构驱动所述第一滑块沿所述水平导轨移动，在所述第一滑块上设置有第二驱动机构，由所述第二驱动机构驱动所述第二滑块沿所述竖向滑轨移动。

所述Y轴运动机构包括横向导轨，在所述横向导轨的一端设置有第三步进电机，另一端设置有转轴，在所述第三步进电机和所述转轴之间设置有第三皮带，所述第三滑块与所述第三皮带的一侧连接。

本实用新型的喷头打印机构能够水平移动，同时也能够上下移动，以实现在不同平面进行打印，当多个喷头共同打印时，多个喷头能够分区分层协同打印，大大提高打印效率。

本实用新型喷头装置的进料管倾斜设置且喉管向下弯曲，从而使两个相邻的喷嘴间距最小，从而减小多个喷头同时打印时最小工件的长度下限。

本实用新型的3D打印机采用两个喷头，两个喷头打印机构或其中一个喷头打印机构采用上述的结构，两个喷头能够分别单独打印工件或同时打印一个工件。当分别独立打印工件时，即使受打印材料、工件形状等因素导致两个工件的打印速度不同，由于喷头打印机构能够独立实现Z轴方向的移动，两个喷头可以在不同高度进行打印，两个工件之间几乎互不影响；同时，由于喷头装置的结构，能够使两个工件之间的间距较小，从而最大化利用打印机内部的空间。当同时打印一个工件时，两个喷头能够分区进行打印，当其中一个喷头完成某一层的打印后，可以进行下一层的打印，而无需等待另外一个喷头打印完毕，两个喷头分区分层协同打印，能够使打印效率最大化；同时，由于喷头装置的结构，两个喷头之间的安全距离较小，能够共同加工的零件的最小尺寸也较小。

本实用新型所能同时打印的最小工件尺寸下限小，同时，能够同时打印多层，打印效率高，提高了打印机的利用率。

附图说明

图1是本发明喷头打印机构的结构图。

图2是本发明喷头装置的结构图。

图3是本发明3D打印机的结构图。

图4是传统双喷头的最小间距。

图5是本发明双喷头的最小间距。

图中：1、水平导轨；2、第一滑块；3、竖向滑轨；4、第二滑块；5、喷头装置；6、第一步进电机；7、第一滚轮；8、第一皮带；9、第三滑块；10、第二步进电机；11、第二滚轮；12、第三滚轮；13、第二皮带；14、横向导轨；15、第三步进电机；16、转轴；17、第三皮带；18、丝杠；19、光杠；20、打印平台；21、挡板；5-1、进料管；5-2、散热片；5-3、喉管；5-4、喷嘴；5-5、加热块；5-6、加热棒；5-7、风扇。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括水平导轨1，在水平导轨1上设置有第一滑块2，在第一滑块2上设置有竖向滑轨3，在竖向滑轨3上设置有第二滑块4，在第二滑块4上设置有喷头装置5，在水平导轨1上设置有第一驱动机构，由第一驱动机构驱动第一滑块2沿水平导轨1移动，在第一滑块2上设置有第二驱动机构，由第二驱动机构驱动第二滑块4沿竖向滑轨3移动。

如图2所示，喷头装置5包括倾斜的进料管5-1，在进料管5-1的末端连通有向下弯曲的喉管5-3，在喉管5-3的末端连通有开口向下的喷嘴5-4。

进料管5-1上设置有散热片5-2，在散热片5-2上设置有风扇5-7，在喉管5-3上设置有加热块5-5，在加热块5-5内设置有加热棒5-6。

如图4所示，传统喷嘴5-4位于喷头的中间，双喷头同时工作时，在无干涉的情况下，喷嘴5-4与喷嘴5-4之间的最小距离L₁（80mm左右）较大。L1限制了双喷头能够同时打印的工件最小长度。传统双喷头所能同时打印的最小工件长度下限为不小于160mm。

如图5所示，本实用新型的喉管5-3形成一个30°的折弯，既可以保证喉管5-3处不易堵塞，同时也可以保证散热片5-2的有效扇热面积。通过将喉管5-3折弯，巧妙的将喷嘴5-4从中间移向边缘，缩小了双喷头同时工作时喷嘴5-4与喷嘴5-4之间的最小间距，改进后的喷头间距为L₂（30mm左右）。通过缩小双喷头喷嘴5-4之间的间距，相比于传统喷头，改进后的喷头可以采用双喷头分区打印的方法打印出长度不小于60mm的工件，缩小了双喷头所能同时打印的最小工件长度下限，扩大了打印范围，缩短小型工件的打印时间。

第一驱动机构包括直接或间接固定在水平导轨1上一端的第一步进电机6，在水平导轨1的另一端设置有第一滚轮7，在第一步进电机6和第一滚轮7之间设置有第一皮带8，第一滑块2与第一皮带8的一侧连接。

第一步进电机6通过旋转带动第一皮带8运转，从而带动第一滑块2沿着水平导轨1移动，从而携带喷头装置5进行水平方向的移动。

第二驱动机构包括固定设置于第一滑块2上的第二步进电机10，在竖向滑轨3的下端分别设置有第二滚轮11在第二步进电机10和第二滚轮11之间设置有第二皮带13，第二滑块4与第二皮带13的一侧连接。

第二皮带13可以直接安装在第二滚轮11和第二步进电机10的机轴之间，通过第二步进电机10驱动第二皮带13的运行，从而驱动第二滑块4沿着竖向滑轨3移动，实现喷头装置5的竖向位移。

也可以在竖向滑轨3的上端设置有第三滚轮12，第二皮带13在第三滚轮12处形成拐角，在第一滑块2上设置有挡板21，挡板21位于第二皮带13拐角的内侧。第二皮带13一侧由第三滚轮12形成拐弯，另一侧由挡板21的端部形成拐弯，挡板21的端部具有一定的圆角，且在圆角位置涂抹润滑剂，从而使第二皮带13能够咋偶挡板21处顺利通过。

传统喷头的上下移动是通过打印机内的Z轴移动机构实现的，调整的是工件和所有喷头之间在高度方向的间距，无法对单独的喷头进行高度方向的调节，而本实用新型是在第一滑块2上设置了单独控制喷头高度的机构，能够单独控制该喷头的高度，从而接触该喷头与其他喷头在高度方向上的关联限制，实现在不同高度同时进行打印的功能。

本实用新型还公开了一种3D打印机，包括机架，在机架上设置有两个Y轴运动机构，在两个Y轴运动机构之间设置有两个X轴运动机构，在机架上设置有竖直的丝杠18和光杠19，丝杠18和光杠19同时穿接有打印平台20，在打印平台20上固定有丝杠18螺母，丝杠18螺母和丝杠18之间螺纹连接，丝杠18通过旋转带动打印平台20沿丝杠18移动，丝杠18由步进电机驱动旋转。

X轴运动机构包括设置于Y轴运动机构上的第三滑块9以及与第三滑块9连接的喷头打印机构，喷头打印机构包括水平导轨1，在水平导轨1上设置有第一滑块2，在第一滑块2上设置有竖向滑轨3，在竖向滑轨3上设置有第二滑块4，在第二滑块4上设置有喷头装置5，在水平导轨1上设置有第一驱动机构，由第一驱动机构驱动第一滑块2沿水平导轨1移动，在第一滑块2上设置有第二驱动机构，由第二驱动机构驱动第二滑块4沿竖向滑轨3移动。

Y轴运动机构包括横向导轨14，在横向导轨14的一端设置有第三步进电机15，另一端设置有转轴16，在第三步进电机15和转轴16之间设置有第三皮带17，第三滑块9与第三皮带17的一侧连接。

喷头装置5、第一驱动机构以及第二驱动机构等结构和上述结构一致，此处不再赘述。

两个Y轴运动机构固定在机架上，两个Y轴运动机构之间的两个X轴运动机构由第三步进电机15驱动沿着横向导轨14的方向水平移动，同时，喷头打印机构沿着水平导轨1的方向水平移动，从而实现双喷头X轴、Y轴两个方向的移动。

如图3所示，在本实施方式中，在内侧的Y轴运动机构上设置两组驱动机构，用于驱动两个X轴运动机构沿横向导轨14移动。在横向导轨14的两端分别设置有固定的步进电机，步进电机的机轴上连接有转轴16，在每个转轴16上安装有两个滚轮，在其中一个转轴16上，下方的滚轮随转轴16一同旋转，上方的滚轮能够绕转轴16自由旋转，在另一个转轴16上行，下方的滚轮能够绕转轴16自由旋转，上方的滚轮随转轴16一通旋转，这样在两个转轴16之间安装两个皮带后，两个皮带分别由一端的步进电机驱动。

同时，丝杠18和光杠19也设置于打印机的后侧，这样打印机的大部分部件都位于打印机的后侧，打印机前侧留有较大的空间用于拿取工件。

工件放置于打印平台20上，打印平台20的上下移动由丝杠18的旋转驱动，从而调节两个喷头与工件之间的间距，实现双喷头在Z轴方向的移动。

双喷头其中一个喷头机构为前述的喷头打印机构另一个为传统的喷头机构，或两个喷头机构都采用前述的喷头打印机构，从而一个喷头或两个喷头能够实现独立的Z轴方向的移动，这样两个喷头可以在不同层进行打印，实现双喷头的分层分区打印功能。

当对一个工件进行分区打印时，如果两侧分区不均匀，两个喷头不会同时完成同一层的打印，则速度快的喷头可以无需等待直接进入下一层继续打印，两个喷头能够实现分别打印一个工件的不同层，充分发挥双喷头打印的优势。

本实用新型喷头装置5的进料管5-1倾斜设置且喉管5-3向下弯曲，从而使两个相邻的喷嘴5-4间距最小，从而减小多个喷头同时打印时最小工件的长度下限。

本实用新型的3D打印机采用两个喷头，两个喷头打印机构或其中一个喷头打印机构采用上述的结构，两个喷头能够分别单独打印工件或同时打印一个工件。当分别独立打印工件时，即使受打印材料、工件形状等因素导致两个工件的打印速度不同，由于喷头打印机构能够独立实现Z轴方向的移动，两个喷头可以在不同高度进行打印，两个工件之间几乎互不影响；同时，由于喷头装置5的结构，能够使两个工件之间的间距较小，从而最大化利用打印机内部的空间。当同时打印一个工件时，两个喷头能够分区进行打印，当其中一个喷头完成某一层的打印后，可以进行下一层的打印，而无需等待另外一个喷头打印完毕，两个喷头分区分层协同打印，能够使打印效率最大化；同时，由于喷头装置5的结构，两个喷头之间的安全距离较小，能够共同加工的零件的最小尺寸也较小。

Claims

1.一种喷头打印机构，其特征在于，包括水平导轨，在所述水平导轨上设置有第一滑块，在所述第一滑块上设置有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上设置有第二滑块，在所述第二滑块上设置有喷头装置，在所述水平导轨上设置有第一驱动机构，由所述第一驱动机构驱动所述第一滑块沿所述水平导轨移动，在所述第一滑块上设置有第二驱动机构，由所述第二驱动机构驱动所述第二滑块沿所述竖向滑轨移动。

2.根据权利要求1所述的喷头打印机构，其特征在于，所述喷头装置包括倾斜的进料管，在所述进料管的末端连通有向下弯曲的喉管，在所述喉管的末端连通有开口向下的喷嘴。

3.根据权利要求2所述的喷头打印机构，其特征在于，所述进料管上设置有散热片，在所述散热片上设置有风扇，在所述喉管上设置有加热块，在所述加热块内设置有加热棒。

4.根据权利要求1所述的喷头打印机构，其特征在于，所述第一驱动机构包括直接或间接固定在所述水平导轨上一端的第一步进电机，在所述水平导轨的另一端设置有第一滚轮，在所述第一步进电机和所述第一滚轮之间设置有第一皮带，所述第一滑块与所述第一皮带的一侧连接。

5.根据权利要求1所述的喷头打印机构，其特征在于，所述第二驱动机构包括固定设置于所述第一滑块上的第二步进电机，在所述竖向滑轨的下端分别设置有第二滚轮在所述第二步进电机和第二滚轮之间设置有第二皮带，所述第二滑块与所述第二皮带的一侧连接。

6.根据权利要求5所述的喷头打印机构，其特征在于，在所述竖向滑轨的上端设置有第三滚轮，所述第二皮带在所述第三滚轮处形成拐角，在所述第一滑块上设置有挡板，所述挡板位于所述第二皮带拐角的内侧。

7.一种3D打印机，其特征在于，包括机架，在所述机架上设置有两个Y轴运动机构，在两个所述Y轴运动机构之间设置有两个X轴运动机构，在所述机架上设置有竖直的丝杠和光杠，所述丝杠和光杠同时穿接有打印平台，在所述打印平台上固定有丝杠螺母，所述丝杠螺母和所述丝杠之间螺纹连接，所述丝杠通过旋转带动所述打印平台沿所述丝杠移动；所述X轴运动机构包括设置于所述Y轴运动机构上的第三滑块以及与所述第三滑块连接的喷头打印机构，所述喷头打印机构包括水平导轨，在所述水平导轨上设置有第一滑块，在所述第一滑块上设置有竖向滑轨，在所述竖向滑轨上设置有第二滑块，在所述第二滑块上设置有喷头装置，在所述水平导轨上设置有第一驱动机构，由所述第一驱动机构驱动所述第一滑块沿所述水平导轨移动，在所述第一滑块上设置有第二驱动机构，由所述第二驱动机构驱动所述第二滑块沿所述竖向滑轨移动。

8.根据权利要求7所述的3D打印机，其特征在于，所述Y轴运动机构包括横向导轨，在所述横向导轨的一端设置有第三步进电机，另一端设置有转轴，在所述第三步进电机和所述转轴之间设置有第三皮带，所述第三滑块与所述第三皮带的一侧连接。

9.根据权利要求7所述的3D打印机，其特征在于，所述喷头装置包括倾斜的进料管，在所述进料管的末端连通有向下弯曲的喉管，在所述喉管的末端连通有开口向下的喷嘴。

10.根据权利要求9所述的3D打印机，其特征在于，所述进料管上设置有散热片，在所述散热片上设置有风扇，在所述喉管上设置有加热块，在所述加热块内设置有加热棒。