CN219748938U - 基于三原色耗材混合的全彩fdm3d打印喷头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，包括喷头本体，所述喷头本体的上端和下端均为圆锥体，所述喷头本体的中部开设有竖直的加热腔，所述喷头本体的底端中部开设有与加热腔连通的出料口，所述喷头本体的上表面位于加热腔的外侧均匀开设有多个进料口，所述进料口倾斜设置且底端与加热腔的中部连通，所述加热腔的内部竖直设置有搅拌块，所述搅拌块的外侧开设有螺旋槽，所述喷头本体的上方设置有驱动机构，所述搅拌块的转轴贯穿喷头本体后与驱动机构的输出端连接，所述驱动机构用于带动搅拌块在加热腔内水平旋转。本实用新型在现有的FDM3D打印机单色喷头的基础上进行改进，通过设计一种三原色混色的喷头结构来实现全彩3D打印。

Description

基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体的讲是一种基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构。

背景技术

FDM全称Fused Deposition Modelling(熔融沉积造型)，由美国学者Scott Crump于1988年研制成功，它的工作原理是，将丝状的热塑性材料(Filament)通过喷头(Nozzle)加热熔化，喷头底部带有微细喷嘴(直径一般为0.2～0.6mm)，在计算机控制下，喷头沿着X轴方向移动，工作台沿Y轴方向移动，根据3D模型的数据移动到指定位置，将熔融状态下的液体材料挤喷出来并最终凝固。一个层面沉积完成后，工作台沿Z轴方向按预定的增量下降一层的厚度，材料被喷出后沉积在前一层已固化的材料上，通过材料逐层堆积形成最终的成品。

随着增材制造技术的不断发展、产品更新换代速度不断加快，单一色彩的3D打印技术已不再能满足用户个性化产品设计、制造的需求，对支持多色打印、混色打印、全彩色打印、可实现自定义颜色打印的3D打印机的需求越来越大，因此彩色3D打印如今也正成为各类增材制造的研究热点。

熔融层积成型技术(fused deposition modeling，FDM)在3D打印方面应用广泛，但彩色3D打印技术并不成熟，对于彩色3D打印技术目前市场上有两种解决方案，第一是通过现有彩色原料丝材的颜色是按照四色印刷原理形成的，通过混合后的色彩融合到熔融丝材内，形成彩色的丝材，但这种彩色3D打印机仅能实现单色分层堆叠成型，且打印工件的颜色取决于原料丝材的颜色，不能实现彩色打印。另外一种就是基于FDM技术的彩色多喷头3D打印机，包括主副两个喷头，或者多个喷头通过打印过程中不断地切换喷头实现双色或多色材料打印，也可以实现两种或两种以上不同颜色的材料混合打印。

上述设计的缺点与不足：

1、普通单色FDM3D打印机的打印喷头一次性只能挤出一种材料，若要更换打印材料的颜色，需要替换上料机构的卷线盘，并将打印材料与喷头连接，操作麻烦；

2、通过更换不同喷头来输出不同颜色材料的方式，若是在打印过程中进行颜色切换，容易导至更换后的喷头输出的材料与已经打印的材料衔接不精确的现象，导致模型在衔接处材料分层偏移的问题，影响成品率，同时由于需要切换喷头，导致加工速度慢，且喷头维护成本高；

3、通过多合一喷头套件进行多种材料的交替供料时维护复杂、稳定性差，并且在换料过程中容易出现堵头的现象，并且易出现颜色分层明显的问题。

综上所，这两种解决方案均未实现真正意义上的全彩3D打印机，都在颜色上有所限制，对此本申请提出基于FDM技术的三原色全彩3D打印喷头设计方案。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，本实用新型在现有的FDM3D打印机单色喷头的基础上进行改进，通过设计一种喷头结构来实现全彩混色3D打印。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，包括喷头本体，所述喷头本体的上端和下端均为圆锥体，所述喷头本体的中部开设有竖直的加热腔，所述喷头本体的底端中部开设有与加热腔连通的出料口，所述喷头本体的上表面位于加热腔的外侧均匀开设有多个进料口，所述进料口倾斜设置且底端与加热腔的中部连通，所述加热腔的内部竖直设置有搅拌块，所述搅拌块的外侧开设有螺旋槽，所述喷头本体的上方设置有驱动机构，所述搅拌块的转轴贯穿喷头本体后与驱动机构的输出端连接，所述驱动机构用于带动搅拌块在加热腔内水平旋转，即在加热腔内作回转运动，所述喷头本体的上表面位于加热腔的外侧均匀开设有多个加热棒安装孔，所述喷头本体的上表面位于加热腔的外侧开设有传感器安装孔。

进一步的，所述加热腔的上表面敞开，所述加热腔的顶部由下至上顺次设置有底盖、轴承和顶盖，所述转轴顺次穿过底盖、轴承和顶盖后与驱动机构的输出端连接。

进一步的，所述驱动机构包括步进电机、电机架和联轴器，所述电机架设置于喷头本体的正上方，所述步进电机竖直设置于电机架的顶部，所述联轴器竖直设置于电机架的中部，所述步进电机的输出端通过联轴器与转轴连接。

进一步的，所述加热腔为圆柱体形。

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型的单色打印喷头的基础上进行改进，将进料口的数量增加至三个，且三个进料口均与加热腔连通，通过将红、绿、蓝三种原色的原材料输入加热腔内熔融混合，再通过搅拌块将其进行充分混合，以得到新的颜色材料，并通过三级缓存技术来根据打印颜色需求来实时调节三种原材料的混合比例，通过出料口将熔融后的丝材挤出，再由3D打印机的传动机构来带动喷头移动，实现全彩工件的打印；且喷头本体的呈现“钻石”形，优点在于整体热量的传导，以及便于熔融态的打印材料从尖端的出料口挤出。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型另一角度的立体结构示意图；

图3为本实用新型喷头本体的俯视图；

图4为本实用新型的剖面示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、喷头本体；11、加热腔；12、出料口；13、进料口；14、加热棒安装孔；15、传感器安装孔；2、搅拌块；21、螺旋槽；3、转轴；41、底盖；42、轴承；43、顶盖；51、步进电机；52、电机架；53、联轴器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、图2、图3和图4所示，基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，包括喷头本体1，所述喷头本体1的上端和下端均为圆锥体，所述喷头本体1的中部开设有竖直的加热腔11，所述喷头本体1的底端中部开设有与加热腔11连通的出料口12，所述喷头本体1的上表面位于加热腔11的外侧均匀开设有多个进料口13，所述进料口13倾斜设置且底端与加热腔11的中部连通，所述加热腔11的内部竖直设置有搅拌块2，所述搅拌块2的外侧开设有螺旋槽21，所述喷头本体1的上方设置有驱动机构，所述搅拌块2的转轴3贯穿喷头本体1后与驱动机构的输出端连接，所述驱动机构用于带动搅拌块2在加热腔11内水平旋转，所述喷头本体1的上表面位于加热腔11的外侧均匀开设有多个加热棒安装孔14，所述喷头本体1的上表面位于加热腔11的外侧开设有传感器安装孔15。

作为一种实施方式，所述加热腔11的上表面敞开，所述加热腔11的顶部由下至上顺次设置有底盖41、轴承42和顶盖43，所述转轴3顺次穿过底盖41、轴承42和顶盖43后与驱动机构的输出端连接；

具体的，加热腔11的顶部开设有用于支撑底盖41的环形凸起，底盖41的底端由环形凸起进行支撑，轴承42设置于底盖41和顶盖43之间且套设于转轴3的外侧，顶盖43可通过螺纹固定于喷头本体1的顶部，通过底盖和顶盖对轴承进行限位，且通过底盖41密封住加热腔11，防止打印材料溢出。

作为一种实施方式，所述驱动机构包括步进电机51、电机架52和联轴器53，所述电机架52设置于喷头本体1的正上方，所述步进电机51竖直设置于电机架52的顶部，所述联轴器53竖直设置于电机架52的中部，所述步进电机51的输出端通过联轴器53与转轴3连接。

作为一种实施方式，所述加热腔11为圆柱体形。

具体的，喷头本体1和电机架52均固定于3D打印机的传动机构的移动端上，通过传动机构来带动喷头本体1沿规定路径行走。

本实用新型的工作原理：

在本实施例中，进料口13的数量为三个，且三个进料口13等角度分布于加热腔11的轴线外侧，加热棒安装孔14的数量为两个，两个加热棒安装孔14均匀分布于加热腔11的轴线外侧，且每个加热棒安装孔14内均安装有一个加热棒，加热棒用于对加热腔进行加热，传感器安装孔15的数量为一个，传感器安装孔15内安装有温度传感器，温度传感器用于检测加热腔的温度；

将每个进料口13与一个进料机构连接，每个进料机构分别用于输出一种颜色的原材料(红、绿、蓝其中之一种颜色)，打印时，通过三个进料机构向加热腔11内输入三原色打印材料，加热棒对加热腔11进行加热，以使打印材料熔融混合，步进电机51通过联轴器53驱动转轴3旋转，以使搅拌块2在加热腔11内旋转，对打印材料进行搅拌，使打印材料充分混合，得到新的颜色材料，最后新的颜色材料从出料口挤出，且由3D打印机的传动机构带动喷头按照规定路径行走，以进行全彩工件的打印。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，其特征在于，包括喷头本体(1)，所述喷头本体(1)的上端和下端均为圆锥体，所述喷头本体(1)的中部开设有竖直的加热腔(11)，所述喷头本体(1)的底端中部开设有与加热腔(11)连通的出料口(12)，所述喷头本体(1)的上表面位于加热腔(11)的外侧均匀开设有多个进料口(13)，所述进料口(13)倾斜设置且底端与加热腔(11)的中部连通，所述加热腔(11)的内部竖直设置有搅拌块(2)，所述搅拌块(2)的外侧开设有螺旋槽(21)，所述喷头本体(1)的上方设置有驱动机构，所述搅拌块(2)的转轴(3)贯穿喷头本体(1)后与驱动机构的输出端连接，所述驱动机构用于带动搅拌块(2)在加热腔(11)内水平旋转，所述喷头本体(1)的上表面位于加热腔(11)的外侧均匀开设有多个加热棒安装孔(14)，所述喷头本体(1)的上表面位于加热腔(11)的外侧开设有传感器安装孔(15)。

2.根据权利要求1所述的基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，其特征在于，所述加热腔(11)的上表面敞开，所述加热腔(11)的顶部由下至上顺次设置有底盖(41)、轴承(42)和顶盖(43)，所述转轴(3)顺次穿过底盖(41)、轴承(42)和顶盖(43)后与驱动机构的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机(51)、电机架(52)和联轴器(53)，所述电机架(52)设置于喷头本体(1)的正上方，所述步进电机(51)竖直设置于电机架(52)的顶部，所述联轴器(53)竖直设置于电机架(52)的中部，所述步进电机(51)的输出端通过联轴器(53)与转轴(3)连接。

4.根据权利要求1所述的基于三原色耗材混合的全彩FDM3D打印喷头结构，其特征在于，所述加热腔(11)为圆柱体形。