CN112026171A

CN112026171A - 一种多喷头3d打印装置

Info

Publication number: CN112026171A
Application number: CN202010788781.0A
Authority: CN
Inventors: 宋菊青; 丁鹏; 招健斌
Original assignee: Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan University of Technology
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2020-12-04

Abstract

本发明涉及3D打印的技术领域，更具体地，涉及一种多喷头3D打印装置，包括打印室、制冷室、设于打印室内的打印组件以及设于制冷室内的制冷组件，制冷室位于打印室上方；打印组件包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、工作平台及多组喷头组件，Y轴运动组件为两组、两组Y轴运动组件分别连接于X轴运动组件的两端，喷头组件与X轴运动组件连接；Z轴运动组件置于打印室内，工作平台与Z轴运动组件连接；打印件装载于工作平台，喷头组件位于工作平台上方。本发明采用多组喷头组件用于挤出不同颜色的丝料，适应性更强，可提升使用者体验；设置制冷组件降低打印室内温度、提高成型效率；降低打印件表面温度，改善打印件的表面质量。

Description

一种多喷头3D打印装置

技术领域

本发明涉及3D打印的技术领域，更具体地，涉及一种多喷头3D打印装置。

背景技术

3D打印技术作为一种新型生产制造方式，最早出现于上世纪的八十年代。与传统的减材制造不同，是以数字模型为基础，以金属粉末、塑料等为原材料，通过层层打印、层层堆叠来制造出所需要的零件和模型。按照技术原理分类，现比较常见的有熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、选择性激光烧结成型(SLS)、选择性激光融化成型(SLM)等，其中，FDM 3D打印技术，以无毒无害、操作平台简单易上手、成本较低等优势，广泛受到家庭和办公室的喜爱。目前市面上的桌面级3D打印机大多是基于Makebot机型，采用的喷头多为单喷头或双喷头，打印件的色彩单调，无法满足人们的需求。

中国专利CN108312523A公开了一种多喷头3D打印机，采用伺服电机与齿带连接的方式提供XYZ三个方向的移动策略；采用喷头固定盘带多个喷头设计，打印全程自动切换喷头提高生产效率。上述方案虽然采用了多个喷头设计，可以满足用户对色彩的要求。然而，上述打印机中，由于没有设计冷却装置，打印过程中产生的热量无法及时散发，导致该打印机的成型效率低、该打印机打印的打印件表面易出现打印层坍塌、表面质量不佳的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多喷头3D打印装置，不仅可满足用户多色彩的需求，还可及时对打印件表面冷却，改善打印件的表面质量、提高成型效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种多喷头3D打印装置，包括打印室、制冷室、设于打印室内的打印组件以及设于制冷室的制冷组件，所述制冷室位于打印室上方；所述打印组件包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、工作平台及多组喷头组件，所述Y轴运动组件为两组、两组Y轴运动组件分别连接于X轴运动组件的两端，所述喷头组件与X轴运动组件连接；所述Z轴运动组件置于打印室内，所述工作平台与Z轴运动组件连接；所述打印件装载于工作平台，所述喷头组件位于工作平台上方。

本发明的多喷头3D打印装置，打印时，将打印件装载于工作平台，工作平台在Z轴运动组件的作用下调整工件的Z向位移，X轴运动组件、Y轴运动组件共同控制喷头组件的X向位移和Y向位移，如此便可满足3D打印的需求；打印室及时通过制冷组件降温、提高成型效率，打印件表面也可通过制冷组件及时冷却、改善打印件的表面质量。

进一步地，还包括壳体及盖体，盖体与壳体铰接；打印室位于壳体内，制冷室位于盖体内，制冷室和打印室为两个相互独立的空间。进一步地，所述X轴运动组件包括第一同步带、第一电机和两组第一同步轮，所述第一电机与其中一组第一同步轮连接，所述第一同步带环绕于两组第一同步轮的外周，所述喷头组件与所述第一同步带连接。

进一步地，所述第一同步带的侧部平行设有X轴导杆，所述喷头组件与所述X轴导杆滑动连接；所述X轴导杆的两端、第一同步轮均安装于第一安装座，所述第一安装座与Y轴运动组件连接。

进一步地，所述Y轴运动组件包括第二同步带、第二电机和多组第二同步轮，所述第二电机与其中一组第二同步轮连接，其他第二同步轮安装于支撑轴，所述第二同步带环绕于两组第二同步轮的外周，所述第一安装座与第二同步带连接；所述支撑轴为两组，两组支撑轴平行固定于壳体内壁。

进一步地，所述Z轴运动组件包括第三电机、丝杆、支撑座及工作平台，所述第三电机安装于打印室内，所述丝杆与第三电机连接，所述工作平台安装于支撑座，所述工作平台、支撑座均与丝杆活动连接。

进一步地，所述丝杆侧部平行设置有Z轴导杆，所述Z轴导杆固定于打印室内；所述支撑座及工作平台均与Z轴导杆滑动连接。

进一步地，多组所述喷头组件均安装于底座，所述喷头组件旁侧设有散热组件，所述散热组件安装于固定块，所述固定块安装于底座。

进一步地，所述喷头组件包括进料导口、第四电机、送料滚轮、送料导管及喷嘴，所述送料滚轮连通于进料导口和送料导管之间，所述送料滚轮连接于第四电机的输出端，所述喷嘴连接于送料导管的末端，所述喷嘴旁侧设有加热组件。

进一步地，所述制冷组件包括导冷片、制冷片、散热片及散热风扇，多组导冷片安装于制冷片，制冷片安装于散热片的一侧且制冷片外侧设有隔热垫片，所述散热风扇安装于散热片的另一侧；所述制冷组件安装于盖体侧部，所述盖体底部设有将冷气导向至打印室的轴流风扇。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的多喷头3D打印装置，多组喷头组件用于挤出不同颜色的丝料，适应性更强，可提升使用者体验；设置制冷组件对打印室内制冷降温以提高成型效率，及时冷却打印件表面以改善打印件的表面质量。

附图说明

图1为多喷头3D打印装置的结构示意图I；

图2为多喷头3D打印装置的结构示意图II；

图3为喷头组件的结构示意图I；

图4为喷头组件的结构示意图II；

图5为喷头组件喷嘴的结构示意图；

图6为打印组件的结构示意图I；

图7为打印组件的结构示意图II；

图8为打印组件的结构示意图III；

图9为盖体的结构示意图I；

图10为盖体的结构示意图II；

附图中：1-打印室；11-壳体；12-盖体；13-把手；2-制冷组件；21-导冷片；22-制冷片；23-第一散热片；24-第一散热风扇；25-隔热垫片；26-轴流风扇；27-绝热隔板；3-X轴运动组件；31-第一同步带；33-第一同步轮；34-X轴导杆；35-第一安装座；4-Y轴运动组件；41-第二同步带；42-第二电机；43-第二同步轮；44-支撑轴；45-Y轴导杆；46-第三同步带；5-Z轴运动组件；51-第三电机；52-丝杆；53-支撑座；54-Z轴导杆；55-调平螺母；56-调平弹簧；57-挡板；6-工作平台；7-喷头组件；71-底座；72-固定板；73-进料导口；74-第四电机；75-送料滚轮；76-喷嘴；77-加热管；78-加热块；79-送料导管；8-散热组件；81-第二散热片；82-第二散热风扇；83-固定块；9-物料卷；10-制冷室。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至图10所示为本发明的多喷头3D打印装置的实施例，包括打印室1、制冷室10、设于打印室1内的打印组件以及设于制冷室10内的制冷组件2，制冷室位于打印室1上方；打印组件包括X轴运动组件3、Y轴运动组件4、Z轴运动组件5、工作平台6及多组喷头组件7，Y轴运动组件4为两组、两组Y轴运动组件4分别连接于X轴运动组件3的两端，喷头组件7与X轴运动组件3连接；Z轴运动组件5置于打印室1内，工作平台6与Z轴运动组件5连接；打印件装载于工作平台6，喷头组件7位于工作平台6上方。

本实施例在打印时，将打印件装载于工作平台6，工作平台6在Z轴运动组件5的作用下调整工件的Z向位移，X轴运动组件3、Y轴运动组件4共同控制喷头组件7的X向位移和Y向位移，如此便可满足3D打印的需求；3D打印过程产生的高热及时通过制冷组件2冷却、提高成型效率，打印件表面也可通过制冷组件2及时冷却、从而改善打印件的表面质量。

在其中一个实施例中，打印装置包括壳体11及盖体12，盖体12与壳体11铰接；打印室1位于壳体11内，制冷室10位于盖体12内，制冷室10和打印室1各自独立，如图1至图2所示。盖体12与壳体11铰接形成翻盖式的设计，既可以在打印过程中打印组件和制冷组件2相互配合工作，也可以在打印结束后为打印件的取出、机器的维修提供方便。本实施例的壳体11侧壁可设置一个或多个透明窗口，用于实时观察打印室1内打印工作的情况。为了便于盖体12的打开或关闭，本实施例在盖体12的顶部设置有把手13。

在其中一个实施例中，X轴运动组件3包括第一同步带31、第一电机和两组第一同步轮33，第一电机与其中一组第一同步轮33连接，第一同步带31环绕于两组第一同步轮33的外周，喷头组件7与第一同步带31连接，如图6至图8所示。实施时，第一电机带动一组第一同步轮33转动，从而带动第一同步带31在两组第一同步轮33之间运动，带动喷头组件7在X向移动。但需要说明的是，本实施例的X轴运动组件3不限于采用同步带的传动形式，其他如线性模组、丝杆52滑块、齿轮齿条等能够带动喷头组件7在X向线性运动的传动组件均可适用于本发明。

在其中一个实施例中，第一同步带31的侧部平行设有X轴导杆34，喷头组件7与X轴导杆34滑动连接；X轴导杆34的两端、第一同步轮33均安装于第一安装座35，第一安装座35与Y轴运动组件4连接。设置X轴导杆34是为了改善喷头组件7运动的平稳性而做出的优选，而并不作为本发明的限制性规定。另外，本实施例中X轴导杆34可设置为两组、对称设置在第一同步带31的两侧，以改善喷头组件7运动的平稳性。在设置X轴导杆34和连接喷头组件7时，需要为喷头组件7的喷嘴76预留空间；另外设置第一安装座35将X轴导杆34、X轴向运动组件组装为一体，可获得紧凑的结构，便于X轴向运动组件与Y轴向运动组件的连接安装。

在其中一个实施例中，Y轴运动组件4包括第二同步带41、第二电机42和多组第二同步轮43，第二电机42与其中一组第二同步轮43连接，其他第二同步轮43分别安装于两组支撑轴44，第二同步带41环绕于两组第二同步轮43的外周，第一安装座35与第二同步带41连接；两组支撑轴44平行固定于壳体11内壁，如图6至图8所示。本实施例中第二同步轮43的数量可设置为六组，其中一组连接于第二电机42，另外五组安装于支撑轴44，其中一组支撑轴44安装两组第二同步轮43，另一组支撑轴44安装三组第二同步轮43，第二同步带41分别缠绕于两组相对设置的第二同步轮43的外周，另一组第二同步轮43安装在其中一组支撑轴44的端部，与连接于第二电机42的第二同步轮43的外周缠绕有第三同步带46。实施时，第二电机42工作，带动与其连接的第二同步轮43转动，从而带动第三同步带46的运动进而带动支撑轴44的转动，支撑轴44转动带动与其连接的第二同步轮43运动，第二同步带41绕第二同步轮43转动从而带动第一安装座35线性运动；两组第一安装座35安装于两组平行设置的Y轴运动组件4，两组第二同步带41同步运动，可赋予X轴运动组件3和喷头组件7以较好的平稳性。但需要说明的是，本实施例的Y轴运动组件4不限于采用同步带的传动形式，其他如线性模组、丝杆52滑块、齿轮齿条等能够带动喷头组件7在Y向线性运动的传动组件均可适用于本发明。本实施例中，两组支撑轴44和两组同步带围绕成方框结构，结构紧凑且外表美观。

在其中一个实施例中，第二同步带侧部平行设有Y轴导杆45，第一安装座35与Y轴导杆45滑动连接，Y轴导杆45的两端固定安装于壳体11内壁。本实施例中Y轴导杆45可设置为两组、对称设置在第二同步带41的两侧，以改善喷头组件7运动的平稳性。如此，Y轴导杆45引导第一安装座35的运动方向，但需要说明的是，Y轴导杆45的设置是为了获得更好的平稳性而做出的限制，并不作为发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，Z轴运动组件5包括第三电机51、丝杆52、支撑座53及工作平台6，第三电机51安装于打印室1下方，打印室1下方设置机座用于安装第三电机51等设备，丝杆52与第三电机51连接，工作平台6安装于支撑座53，工作平台6、支撑座53均与丝杆52活动连接，如图8所示。本实施例实施时，第三电机51工作，带动丝杆52旋转，支撑座53和工作平台6与丝杆52通过螺纹连接，丝杆52的转动转化为支撑座53与工作平台6的升降运动，从而调整打印件的高度。另外，本实施例的第三电机51可连接于丝杆52的底部、安装于壳体11的底部，以避免第三电机51的重量对丝杆52运动产生不良影响。

在其中一个实施例中，丝杆52侧部平行设置有Z轴导杆54，Z轴导杆54固定于打印室1内；支撑座53及工作平台6均与Z轴导杆54滑动连接。本实施例中，Z轴导杆54可设置为两组，Z轴导杆54的底部固定在壳体11的底部，两组Z轴导杆54对称设置于丝杆52的两侧，以改善工作平台6运动的平稳性。但需要说明的是，设置Z轴导杆54是为了改善工作平台6运动的平稳性而做出的优选，而并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，工作平台6并不是直接固定在支撑座53上，而是在工作平台6和支撑座53之间连接多组均匀分布的调平螺母55，调平螺母55外周套有调平弹簧56，调平弹簧56位于工作平台6和支撑座53之间。其中，当工作平台6为矩形结构时，调平螺母55可设置为四组，四组调平螺母55分别位于工作平台6的四个角落。如此，打印时可有效保证工作平台6位于水平面，以保证打印的精确性和准确性。另外，本实施例还可在工作平台6侧部设置挡板57，以防止操作过程中废料进入Z轴传动组件造成不必要的卡死。

在其中一个实施例中，多组喷头组件7均安装于底座71，喷头组件7旁侧设有散热组件8，散热组件8安装于底座71。多组喷头组件7的上部连接有固定板72，固定板72、底座71与多组喷头组件7形成一个矩形盒式结构，结构紧凑，可有效保证工作的稳定性。不同喷头组件7可用于挤出不同颜色的丝料，赋予打印件不同的颜色；喷头组件7的数量可根据使用需要进行适应性调整。打印时，喷头组件7常保持一定温度，为防止高温对各部件使用寿命的影响，设置散热组件8及时散除喷头组件7产生的热量。本实施例中，散热组件8包括第二散热片81和第二散热风扇82，若干第二散热片81均匀排布，第二散热片81置于第二散热风扇82和喷头组件7之间，第二散热风扇82的数量和喷头组件7的数量相等，且第二散热风扇82的安装位置与喷头组件7的安装位置一一对应。

在其中一个实施例中，喷头组件7包括进料导口73、第四电机74、送料滚轮75、送料导管79及喷嘴76，送料滚轮75连通于进料导口73和送料导管79之间，送料滚轮75连接于第四电机74的输出端，喷嘴76连接于送料导管的末端，喷嘴76旁侧设有加热组件，如图3、图4所示。本实施例的加热组件包括加热管77和加热块78，加热管77嵌于加热块78内，加热块78设于喷嘴76旁侧，为喷嘴76处丝料提供热量，防止丝料凝固导致堵塞。本实施例在实施时，加热管77工作，第四电机74启动，通过送料滚轮75将丝料送达喷嘴76，丝料在喷嘴76内部保持熔融状态，并由喷嘴76挤出。为了获得较好的打印效果，本实施例采用近端送料的方式，喷嘴76出口处截面角度为60°，如图5所示。

在其中一个实施例中，3D打印采用的原材料常为丝料，为便于物料的输送，本实施例在壳体11的侧壁转动连接有物料卷9，原材料卷绕于物料卷9，在送料滚轮75的作用下，原材料可顺利输送至喷头组件7并挤出，如图2所示。

在其中一个实施例中，制冷组件2包括导冷片21、制冷片22、第一散热片23及第一散热风扇24，多组导冷片21安装于制冷片22，制冷片22安装于第一散热片23的一侧且制冷片外侧设有隔热垫片25，第一散热风扇24安装于第一散热片23的另一侧；制冷组件2安装于盖体12侧部，盖体12底部设有将冷气导向至打印室1的轴流风扇26，如图9、图10所示。第一散热片23安装于盖体12侧壁，导冷片21及制冷片22设于盖体12内部，第一散热片23穿过盖体12侧壁与外界空气连通。其中，隔热垫片25可为“回”字型结构，但不限于该结构，其他形状的隔热垫片也可适用于本发明。本实施例中，若干导冷片21平行排列，垂直安装于制冷片22；第一散热片23包括安装部和散热部，安装部与盖体12侧壁固定连接，散热部为若干平行排列且与安装部垂直连接的片状结构。实施时，第一散热风扇24负责热端的散热，第一散热风扇24对着第一散热片23吹；导冷片21和制冷片22作为冷端，其温度可通过调节电压进行控制；轴流风扇26将制冷组件2产生的冷气导向至打印室1内。本实施例的制冷组件2可设置为两组，分别安装于盖体12两相对侧壁；本实施例还可在盖体12内部设置凹凸板，一方面减小制冷室的空间，提高制冷效率，另一方面为丝料进入打印室留下足够的空间。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种多喷头3D打印装置，其特征在于，包括打印室(1)、制冷室(10)、设于打印室(1)内的打印组件以及设于制冷室(10)内的制冷组件(2)，所述制冷室(10)位于打印室(1)上方；所述打印组件包括X轴运动组件(3)、Y轴运动组件(4)、Z轴运动组件(5)、工作平台(6)及多组喷头组件(7)，所述Y轴运动组件(4)为两组、两组Y轴运动组件(4)分别连接于X轴运动组件(3)的两端，所述喷头组件(7)与X轴运动组件(3)连接；所述Z轴运动组件(5)置于打印室(1)内，所述工作平台(6)与Z轴运动组件(5)连接；所述打印件装载于工作平台(6)，所述喷头组件(7)位于工作平台(6)上方。

2.根据权利要求1所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，还(1)包括壳体(11)及盖体(12)，所述盖体(12)与壳体(11)铰接；所述打印室位于壳体(11)内，所述制冷室(10)位于盖体(12)内。

3.根据权利要求2所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述X轴运动组件(3)包括第一同步带(31)、第一电机和两组第一同步轮(33)，所述第一电机与其中一组第一同步轮(33)连接，所述第一同步带(31)环绕于两组第一同步轮(33)的外周，所述喷头组件(7)与所述第一同步带(31)连接。

4.根据权利要求3所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述第一同步带(31)的侧部平行设有X轴导杆(34)，所述喷头组件(7)与所述X轴导杆(34)滑动连接；所述X轴导杆(34)的两端、第一同步轮(33)均安装于第一安装座(35)，所述第一安装座(35)与Y轴运动组件(4)连接。

5.根据权利要求4所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述Y轴运动组件(4)包括第二同步带(41)、第二电机(42)和多组第二同步轮(43)，所述第二电机与其中一组第二同步轮(43)连接，其他第二同步轮(43)安装于支撑轴(44)，所述第二同步带(41)环绕于两组第二同步轮(43)的外周，所述第一安装座(35)与第二同步带(41)连接；所述支撑轴(44)为两组，两组支撑轴(44)平行固相定于壳体(11)内壁。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述Z轴运动组件(5)包括第三电机(51)、丝杆(52)、支撑座(53)及工作平台(6)，所述第三电机(51)安装于打印室(1)下方，所述丝杆(52)与第三电机(51)连接，所述工作平台(6)安装于支撑座(53)，所述工作平台(6)、支撑座(53)均与丝杆(52)活动连接。

7.根据权利要求6所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述丝杆(52)侧部平行设置有Z轴导杆(54)，所述Z轴导杆(54)固定于打印室(1)内；所述支撑座(53)及工作平台(6)均与Z轴导杆(54)滑动连接。

8.根据权利要求1所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，多组所述喷头组件(7)均安装于底座(71)，所述喷头组件(7)旁侧设有散热组件(8)，所述散热组件(8)安装于固定块(83)，所述固定块安装于底座(71)。

9.根据权利要求8所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述喷头组件(7)包括进料导口(73)、第四电机(74)、送料滚轮(75)、送料导管(87)及喷嘴(76)，所述送料滚轮(75)连通于进料导口(73)和送料导管(87)之间，所述送料滚轮(75)连接于第四电机(74)的输出端，所述喷嘴(76)连接于送料导管(87)的末端，所述喷嘴(76)旁侧设有加热组件。

10.根据权利要求1所述的多喷头3D打印装置，其特征在于，所述制冷组件(2)包括导冷片(21)、制冷片(22)、第一散热片(23)及第一散热风扇(24)，多组导冷片(21)安装于制冷片(22)，制冷片(22)安装于第一散热片(23)的一侧且制冷片外侧设有隔热垫片(25)，所述第一散热风扇(24)安装于第一散热片(23)的另一侧；所述制冷组件(2)安装于制冷室(10)侧部，所述制冷室(10)底部设有将冷气导向至打印室(1)的轴流风扇(26)。