CN104690967A - 三维打印机和三维打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维打印机和三维打印方法, 三维打印机包括多个线材轮、打印头、成型座、移动电机组件和耗材供给电机组件，一个线材轮卷绕有一种成像材料，打印头用于挤出成像材料，耗材供给电机组件包括多个电机，一个电机用于驱动一种成像材料输送到打印头中，其中，三维打印机在耗材供给电机组件和打印头之间设置有换线装置，换线装置设置有多个丝料输入端和一个丝料输出端，丝料输出端与打印头连接，换线装置在每一个丝料输入端和丝料输出端之间连通有一个导孔。以及应用在该三维打印机上的三维打印机方法。利用导孔引导丝料有利于提高成像的稳定性，避免线材的错位，亦可使单一打印头实现多色实体成像，三维打印机的结构简单和成本低。

Description

三维打印机和三维打印方法

技术领域

本发明涉及三维成像领域，尤其涉及一种三维打印机和一种三维打印方法。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材（即成型材料）和介质等组成，打印原理也基本类似。

现有的3D打印机大都采用单打印头，当打印的模型需要彩色成像时，目前通用做法是添加多个打印头，通过多个打印头挤出不同颜色成像材料，继而实现彩色成像。然而这种具有多个打印头的打印机成本较高，而且多个打印头均设置在一个导杆上，使得该导杆受重力较大，从而导致导杆容易发生变形，进而导致打印物体精度低，误差较大，而且多打印头也不利于运输保护，容易遭受损坏。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种结构简单且稳定性高的彩色成像三维打印机。

本发明的第二目的是提供一种操作简单且稳定性高的彩色成像三维打印方法。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种三维打印机，三维打印机包括多个线材轮、打印头、成型座、移动电机组件和耗材供给电机组件，一个线材轮卷绕有一种成像材料，打印头用于挤出成像材料，成型座用于承载成像材料，移动电机组件用于移动打印头，耗材供给电机组件包括多个电机，一个电机用于驱动一种成像材料输送到打印头中，其中，三维打印机在耗材供给电机组件和打印头之间设置有换线装置，换线装置设置有多个丝料输入端和一个丝料输出端，丝料输出端与打印头连接，换线装置在每一个丝料输入端和丝料输出端之间连通有一个导孔。

由上述方案可见，通过在换线装置内开设多个连接于丝料输入端和丝料输出端之间的导孔，可通过对耗材供给电机组件的控制，使得不同颜色或不同种类的线材可通过导孔地进入打印头内，继而实现彩色成像，由于采用了在换线装置内开设多个导孔引导成像线材的进退，所以有利于提高成像的稳定性，避免线材的错位，也可避免外界尘土的污染，同时通过换线装置使单一打印头便可实现多色实体成像，使得本发明三维打印机结构更为简单和成本低。

更进一步的方案是，多个导孔呈树杈状地分布。

由上可见，由于只有一个丝料输出端与打印头连接，所以需要将导孔的分布设置为树杈状，通过呈树杈状地分布可尽可能地减少丝料输入端与丝料输出端的水平偏离，从而进一步提高进线或退线的顺畅度，继而提高成像稳定性。

更进一步的方案是，丝料输入端上安装有铁氟龙管。

由上可见，铁氟龙管具有较低的摩擦系数、优良的抗粘性、良好的阻燃性等特点，使得线材不仅可顺畅地从铁氟龙管进退，且受热的线材不容易粘上铁氟龙管，可更进一步地提高成像的稳定性。

更进一步的方案是，打印头包括喷嘴和加热器，加热器套在喷嘴外，丝料输出端上设置有安装孔，安装孔沿喷嘴的径向设置有定位孔，喷嘴安装在安装位中，螺钉穿过定位孔与喷嘴邻接。

由上可见，通过定位孔可方便地使用螺钉对喷嘴实现固定。

更进一步的方案是，在每一个导孔设置有位置检测装置。

由上可见，通过位置检测装置可对线材进退时的位置进行检测，从而可保证切换线材时顺利，避免两种线材堵塞在丝料输出端口。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种三维打印方法，其中，三维打印机包括多个线材轮、打印头、成型座、移动电机组件和耗材供给电机组件，一个线材轮卷绕有一种成像材料，打印头用于挤出成像材料，成型座用于承载成像材料，移动电机组件用于移动打印头，耗材供给电机组件包括多个电机，一个电机用于驱动一种成像材料输送到打印头中，三维打印机在耗材供给电机组件和打印头之间设置有换线装置，换线装置设置有多个丝料输入端和一个丝料输出端，丝料输出端与打印头连接，换线装置在每一个丝料输入端和丝料输出端之间连通有一个导孔，三维打印方法包括：第一电机驱动第一成像材料经过第一导孔输入到打印头中；打印头对第一成像材料打印完毕后；第一电机驱动第一成像材料离开打印头并返回第一导孔中的限定位置；第二电机驱动第二种成像材料经过第二个导孔输入到打印头中；打印头对第二成像材料进行打印。

由上述方案可见，在对第一成像材料打印完毕后，通过控制第一电机将第一成像材料沿着导孔往回退缩，并使第一成像材料退缩到限定位置，再利用第二电机驱动第二成像材料沿着导孔进入到打印头中，继而实现成像材料颜色或种类的切换，从而实现单一打印头多彩成像，利用换线装置内开设多个导孔引导成像线材的进退，所以有利于提高成像的稳定性，避免线材的错位，也可避免外界尘土的污染。

更进一步的方案是，打印头对第一成像材料打印完毕后，三维打印机方法还包括：移动电机组件移动打印头至成像材料更换位置。

更进一步的方案是，在第二电机驱动第二种成像材料经过第二个导孔输入到打印头中后，三维打印机方法还包括：打印头清理第一成像材料。

由上可见，将打印头移动至成像材料更换位置后，再将剩余的第一成像材料进行清理，再对第二成像材料进行成像，有利于提高成像品质。

更进一步的方案是，三维打印机在每一个导孔内设置有位置检测找装置，在第一电机驱动第一成像材料离开打印头并返回第一导孔中的限定位置后，三维打印方法还包括：位置检测装置检测第一成像材料是否到达限定位置，如第一成像材料到达限定位置，则执行第二电机驱动第二种成像材料经过第二个导孔输入到打印头的步骤。

更进一步的方案是，如第一成像材料没有到达限定位置，则等待第一电机驱动第一成像材料至限定位置。

由上可见，位置检测装置可对线材进退时的位置进行检测，从而可保证切换线材时顺利，避免两种线材堵塞在丝料输出端口。

附图说明

图1是本发明三维打印机第一实施例的结构图。

图2是本发明三维打印机第一实施例在另一视角下的结构图。

图3是本发明三维打印机第一实施例线中材轮、耗材供给电机组件和换线装置的连接示意图。

图4是本发明三维打印机第一实施例线中换线装置的结构图。

图5是本发明三维打印机第一实施例线中换线装置的结构分解图。

图6是本发明三维打印机第一实施例线中换线装置的剖视图。

图7是本发明三维打印方法实施例的流程图。

图8是本发明三维打印机第二实施例线中换线装置的俯视图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

三维打印机第一实施例：

参照图1和图2，图1和图2是三维打印机1在不同视角下的结构图。三维打印机1包括壳体11，壳体11围成用于三维成像的空腔，在该空腔内安装有X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机(未标示)，Z轴移动电机安装在空腔的底部，在Z轴移动电机上连接有螺杆，在空腔的底壁还安装有导杆，在导杆上安装有Z轴移动支架131，在该Z轴移动支架131上设置有成型座132，由于Z轴移动支架131与螺杆螺纹啮合，所以当Z轴移动电机工作时，将带动螺杆旋转，继而使得成型座132在Z轴移动电机的驱动下在Z轴方向上移动。

Y轴移动电机122安装在空腔的侧壁上，在侧壁上固定设置有导杆，在导杆上设置有Y轴移动支架，Y轴移动电机通过皮带与Y轴移动支架连接，当Y轴移动电机122转动时，将通过皮带带动Y轴移动支架沿着导杆滑动，即Y轴移动支架在Y轴移动电机122的驱动下在Y轴方向上移动。

在Y轴移动支架上安装有X轴移动电机121和两根导杆，两根导杆分别设置在X轴移动电机121的两侧，在两根导杆上设置有打印头14、耗材供给电机组件和换线装置2(见图3)。当X轴移动电机121转动时，将通过皮带带动打印头14沿着导杆滑动，即打印头14在X轴移动电机121的驱动下在X轴方向上移动。X轴移动电机121、Y轴移动电机122和Z轴移动电机组成了本实施例的移动电机组件。

壳体11在空腔的外侧上设置有线材轮161和线材轮162，线材轮161上卷绕有丝料151，线材轮162上卷绕有丝料152，丝料151和丝料152均作为本实施例用于三维成像的成像材料。

参照图3，图3是线材轮、耗材供给电机组件、换线装置2和打印头14的连接示意图。耗材供给电机组件、换线装置2和打印头14均安装在X轴上的两根导杆上并一体地沿该X轴导杆和Y轴导杆所形成的平面上移动。耗材供给电机组件包括电机171和电机172，由于电机171和电机172结构相同，所以下面以电机171为例进行说明。电机171包括驱动轮181和从动轮191，驱动轮181之间从动轮191夹持有丝料151，当驱动轮181逆时针转动时，可将丝料151自上而下地移动，当驱动轮182顺时针旋转时，可将丝料151自下而上地移动。同理，在电机172的驱动轮的逆时针或顺时针旋转时，可将丝料152自上而下或自下而上地移动。经过耗材供给电机组件驱动丝料151和丝料152后，可将丝料151和丝料152输入到换线装置2。

参照图4、图5和图6，图4是换线装置2和打印头14的结构图，图5是换线装置2和打印头14的结构分解图，图6是换线装置2的剖视图。换线装置2包括第一壳体21、第二壳体22、铁氟龙管23和铁氟龙管24，第一壳体21和第二壳体22均由金属材料或塑料材料制作而成，并且第一壳体21和第二壳体22呈相同结构地相互扣合，下面以第一壳体21上的标号对换线装置2内部结构进行说明。

换线装置2在上端部设置有丝料输入端211和丝料输出端212，在换线装置2在下端部设置有丝料输出端215，丝料输入端211和丝料输出端212均为第一壳体21和第二壳体22在上端部分别开设的圆槽所围成，丝料输出端215为第一壳体21和第二壳体22在下端部开设的圆槽所围成。在丝料输入端212和丝料输出端215之间连通地开设有导孔213，在丝料输入端212和丝料输出端215之间连通地开设有导孔214，导孔213和导孔214均为第一壳体21和第二壳体22在中部分别开设的圆槽所围成。导孔213和导孔214在其各自的下端部相互连通地设置，使得导孔213和导孔214呈Y型树杈状地分布。在导孔213和导孔214靠近上端部的位置上分别安装有位置检测装置(未表示)，位置检测装置可采用激光检测等常用的位置检测器，通过位置检测装置可对丝料151和丝料152的位置进行检测，并将位置检测的结果反馈至三维打印机的主控电路。

在丝料输入端211上安装有铁氟龙管23，在丝料输入端212上安装有铁氟龙管24。打印头包括喷嘴142和加热器141，加热器141套在喷嘴142外，加热器141可对喷嘴142内的丝料进行加热并使丝料加热至熔融状态。丝料输出端215上设置有安装孔，该安装孔由第一壳体21和第二壳体22下端部分别开设圆槽所围成，安装孔沿喷嘴142的径向设置有定位孔25和定位孔26，当喷嘴142安装在安装位中后，两个螺钉可分别穿过定位孔25和定位孔26后与喷嘴142邻接，继而实现打印头14的固定。

三维打印机工作时，电机171驱动丝料151从铁氟龙管23输入，并依次穿过铁氟龙管23、导孔213后输入到喷嘴412内，在加热器141加热的作用下，丝料151呈熔融状态后在喷嘴412的下端部挤出并在成型座132形成三维实体。另外，电机172驱动丝料152从铁氟龙管24输入，并依次穿过铁氟龙管24、导孔214后输入到喷嘴412内，在加热器141加热的作用下，丝料152呈熔融状态后在喷嘴412的下端部挤出并在成型座132形成三维实体，继而实现多色三维实体成像。

三维打印方法实施例：

参照图7，图7是三维打印方法的流程图。在三维打印机1进行三维打印时，首先执行步骤S11，即第一电机驱动第一成像材料经过第一导孔输入到打印头中，随后执行步骤S12，打印头对第一成像材料加热至熔融状态，并将熔融状态的成像材料挤出在成型座上形成三维实体。当第一成像材料打印完毕后，则执行步骤S13，移动电机组件移动打印头至成像材料更换位置，为了避免影响成像模型，所以成像材料更换位置设置为远离成像模型的位置，随后执行步骤S14，第一电机驱动第一成像材料离开打印头，并将第一成像材料沿着第一导孔往回退缩，最后将第一成像材料退缩至限定位置。

然后执行判断步骤S15，位置检测装置检测第一成像材料是否到达限定位置，如第一成像材料没有到达限定位置，则执行步骤S16，等待第一电机驱动第一成像材料至限定位置。

如第一成像材料到达限定位置，则执行步骤S17，第二电机驱动第二种成像材料经过第二个导孔输入到打印头中，再随后执行步骤S18，打印头清理第一成像材料，具体地，打印头在输入第二成像材料的同时，将剩余的第一成像材料在成像材料更换位置挤出多余的成像材料。最后执行步骤S19，打印头返回成像模型上方，打印头对第二成像材料进行打印。

由上可见，在对第一成像材料打印完毕后，通过控制第一电机将第一成像材料沿着导孔往回退缩，并使第一成像材料退缩到限定位置，再利用第二电机驱动第二成像材料沿着导孔进入到打印头中，继而实现成像材料颜色或种类的切换，从而实现单一打印头多彩成像，利用换线装置内开设多个导孔引导成像线材的进退，所以有利于提高成像的稳定性，避免线材的错位，也可避免外界尘土的污染。

然而，上述实施例只是本发明较佳实施例，在实际应用时，可具有更多的变化，例如可将换线装置设置有五个丝料输入端口，参照图8，图8是换线装置3从丝料输入端口朝向线材输出端口视角下的结构图。换线装置3在上端部设置有五个丝料输入端口31，换线装置3在上端部设置有丝料输出端口32，其中四个丝料输入端口31分布在靠外侧，另外一个丝料输入端口31设置在中部，每一个丝料输入端口31和线材输出端口32之间连通地开设有导孔33，多个导孔33在其各自的下端部相互连通地设置，使得导孔33呈立体树杈状地分布在换线装置3中，利用换线装置3是同样可实现本发明的目的。

Claims (10)

1. 三维打印机，包括

多个线材轮，一个所述线材轮卷绕有一种成像材料；

打印头，所述打印头用于挤出所述成像材料;

成型座，所述成型座用于承载所述成像材料；

移动电机组件，所述移动电机组件用于移动所述打印头;

耗材供给电机组件，所述耗材供给电机组件包括多个电机，一个所述电机用于驱动一种所述成像材料输送到所述打印头中；

其特征在于：

所述三维打印机在所述耗材供给电机组件和所述打印头之间设置有换线装置，所述换线装置设置有多个丝料输入端和一个丝料输出端，所述丝料输出端与所述打印头连接，所述换线装置在每一个所述丝料输入端和所述丝料输出端之间连通有一个导孔。

2. 根据所述权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：

多个所述导孔呈树杈状地分布。

3. 根据所述权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：

所述丝料输入端上安装有铁氟龙管。

4. 根据所述权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：

所述打印头包括喷嘴和加热器，所述加热器套在所述喷嘴外；

所述丝料输出端上设置有安装孔，所述安装孔沿所述喷嘴的径向设置有定位孔，所述喷嘴安装在所述安装位中，螺钉穿过所述定位孔与所述喷嘴邻接。

5. 根据所述权利要求1至4任一项所述的三维打印机，其特征在于：

在每一个所述导孔设置有位置检测装置。

6. 三维打印方法，其特征在于：

三维打印机包括多个线材轮、打印头、成型座、移动电机组件和耗材供给电机组件，一个所述线材轮卷绕有一种成像材料，所述打印头用于挤出所述成像材料，所述成型座用于承载所述成像材料，所述移动电机组件用于移动所述打印头，所述耗材供给电机组件包括多个电机，一个所述电机用于驱动一种所述成像材料输送到所述打印头中，所述三维打印机在所述耗材供给电机组件和所述打印头之间设置有换线装置，所述换线装置设置有多个丝料输入端和一个丝料输出端，所述丝料输出端与所述打印头连接，所述换线装置在每一个所述丝料输入端和所述丝料输出端之间连通有一个导孔；

所述三维打印方法包括：

第一电机驱动第一成像材料经过第一导孔输入到所述打印头中；

所述打印头对所述第一成像材料打印完毕后；

所述第一电机驱动所述第一成像材料离开所述打印头并返回所述第一导孔中的限定位置；

第二电机驱动第二种成像材料经过第二个导孔输入到所述打印头中；

所述打印头对所述第二成像材料进行打印。

7. 根据所述权利要求6所述的三维打方法，其特征在于：

所述打印头对所述第一成像材料打印完毕后，所述三维打印机方法还包括：

所述移动电机组件移动所述打印头至成像材料更换位置。

8. 根据所述权利要求7所述的三维打印方法，其特征在于：

在所述第二电机驱动所述第二种成像材料经过所述第二个导孔输入到所述打印头中后，所述三维打印机方法还包括：

所述打印头清理所述第一成像材料。

9. 根据所述权利要求6至8任一项所述的三维打印方法，其特征在于：

所述三维打印机在每一个所述导孔内设置有位置检测装置；

在所述第一电机驱动所述第一成像材料离开所述打印头并返回所述第一导孔中的限定位置后，所述三维打印方法还包括：

所述位置检测装置检测所述第一成像材料是否到达所述限定位置，如所述第一成像材料到达所述限定位置，则执行所述第二电机驱动所述第二种成像材料经过所述第二个导孔输入到所述打印头的步骤。

10. 根据所述权利要求9所述的三维打印方法，其特征在于：

如所述第一成像材料没有到达所述限定位置，则等待第一电机驱动所述第一成像材料至所述限定位置。