CN213919598U - 3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种3D打印设备，包括：机架、打印平台、驱动装置、喷头装置、以及控制装置。所述驱动装置包括Z轴驱动机构、X轴驱动机构及Y轴驱动机构，其中，所述X轴驱动机构借由第一速度电机驱动，所述Y轴驱动机构借由第二速度电机驱动。本申请中的3D打印设备借由第一速度电机驱动高频运动轴及第二速度电机驱动低频运动轴，从而提高了打印效率并将生产成本控制在较低范围内。其次，本申请通过在打印平台底部设置旋转机构，使打印阶段的打印方式更具灵活性，便于高频运动轴的利用。同时，本申请通过多平台、多喷头的设计，利用同步作业大幅提高了生产效率，适于工业大批量高效生产。

Description

3D打印设备

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种3D打印设备。

背景技术

在基于熔融层积成型的打印设备中，通常利用步进电机驱动各轴运动，具有设备造价低、生产原料成本低、易于普及的特点，但同时也伴随着生产效率慢的缺点，其在1秒内仅能达到几十毫米的行程，打印物件时通常需要耗费大量的时间，不利于工业生产。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种3D打印设备，用于解决现有技术中基于熔融层积成型的打印设备工作效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供3D打印设备，包括：机架；打印平台，用于附着堆叠成型的打印物件；驱动装置，包括可相对所述打印平台升降运动的Z轴驱动机构，设置在所述Z轴驱动结构上的X轴驱动机构及Y轴驱动机构，其中，所述X轴驱动机构借由第一速度电机驱动，所述Y轴驱动机构借由第二速度电机驱动；喷头装置，设置在所述X轴驱动机构或所述Y轴驱动机构上，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台；控制装置，用于依据读取的打印物件的各层切片数据控制所述第一速度电机及第二速度电机执行协同作业。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述X轴驱动机构的工作运动行程大于所述Y轴驱动机构运动行程，所述喷头装置设置在所述X轴驱动机构上。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述第一速度电机的运行速度/加速度大于所述第二速度电机的运行速度/加速度。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述第一速度电机为直线电机，所述第二速度电机为步进电机。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述附着堆叠成型的打印物件在X轴方向的长度大于其在Y轴方向的长度。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述附着堆叠成型的打印物件为牙齿或鞋垫或鞋底或鞋面。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述打印平台为1个，设置在所述X轴驱动机构或Y轴驱动机构上的所述喷头装置为多个，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台上的不同位置，以在所述打印平台上的不同位置分别使热熔性材料固化并堆叠成型。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述打印平台为多个，设置在所述Z轴驱动机构上的X轴驱动机构为对应的多个，各所述X轴驱动机构上分别对应设置有一喷头装置，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至对应的打印平台，以使热熔性材料固化并堆叠成型。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述X轴驱动机构为多个的情况下，所述X轴驱动机构依次设在同一Y轴驱动机构上，用于在所述Y轴驱动机构的驱动下在Y轴方向上同步运动。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述打印平台底部连接一旋转机构，所述旋转机构连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下旋转运动。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述旋转机构包括一驱动电机，所述驱动电机连接设置于所述打印平台底部的传动部件，用于在所述控制装置的控制下驱动所述打印平台旋转运动。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述传动部件包括：第一齿轮，设置于所述驱动电机的输出轴端，用于在所述驱动电机的驱动下旋转；第二齿轮，与所述第一齿轮啮合，用于在所述第一齿轮的驱动下同步旋转；传动轴，一端连接所述第二齿轮，另一端连接所述打印平台底部，用于在所述第二齿轮的驱动下驱动所述打印平台旋转。

如上所述，本申请的3D打印设备，具有以下有益效果：本申请中的3D打印设备借由第一速度电机驱动高频运动轴及第二速度电机驱动低频运动轴，从而提高了打印效率并将生产成本控制在较低范围内。其次，本申请通过在打印平台底部设置旋转机构，使打印阶段的打印方式更具灵活性，便于高频运动轴的利用。同时，本申请通过多平台、多喷头的设计，利用同步作业大幅提高了生产效率，适于工业大批量高效生产。

附图说明

图1显示为本申请3D打印设备在一实施例中的结构示意主视图。

图2显示为本申请3D打印设备在一实施例中的结构示意俯视图。

图3显示为本申请3D打印设备在另一实施例中的结构示意主视图。

图4显示为本申请3D打印设备在另一实施例中的结构示意俯视图。

图5显示为本申请中喷头装置在一实施例中的结构示意图。

图6显示为本申请中的打印物件在一实施例中的结构示意图。

图7显示为本申请中喷头装置为多个时的一实施例示意图。

图8显示为本申请中喷头装置为多个时的另一实施例示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一速度电机可以被称作第二速度电机，并且类似地，第二速度电机可以被称作第一速度电机，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一速度电机和速度电机均是在描述一个电机，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个速度电机。相似的情况还包括第一齿轮与第二齿轮。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料和树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印设备通过执行该种打印技术制造3D物体。3D打印设备由于成型精度高在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。目前3D打印中的常用技术包括SLA(Stereo lithographyApparatus，光固化成型)、SLM(Selective Laser Melting，选区激光熔化成型)、SLS(Selective Laser Sintering，选区激光烧结成型)、FDM(Fused Deposition Modeling，熔积成型)、DLP(Digital Light Procession，数字光处理)等。其中，一些技术是基于底面曝光成型的原理、另一些技术是基于激光烧结的原理，还有一些技术是基于熔融堆积成型的原理等。

以FDM为代表的基于熔融层积成型的打印设备通常利用X轴、Y轴、Z轴及步进电机构成驱动机构，具有设备造价低、生产原料成本低、易于普及的特点，但同时也伴随着生产效率慢的缺点，在打印物件时通常需要耗费大量的时间，不利于工业上的批量生产及应用。

鉴于现有技术中基于熔融层积成型的打印设备普遍存在生产效率慢的缺点，本申请提供一种3D打印设备，通过第一速度电机驱动X轴驱动机构即运动频率相对高的轴，并通过第二速度电机驱动Y轴驱动机构即运动频率相对较低的轴，其中所述第一速度电机的运行速度/加速度大于所述第二速度电机的运行速度/加速度，从而提高了基于熔融层积成型的打印设备在3D打印过程中的工作效率。

基于熔融层积成型的打印设备主要通过将各种丝材加热熔化进而堆积成型，其加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面信息沿X轴和Y轴做平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，基于计算机的控制信息选择性地将热熔材料涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片。一层截面成型完成后再进行下一层的熔覆，如此循环，最终形成三维产品零件。

在一个示例性的实施例中，请参阅图1～图2，图1显示为本申请3D打印设备在一实施例中的结构示意主视图，图2显示为本申请3D打印设备在一实施例中的结构示意俯视图，如图所示，所述3D打印设备包括：打印平台11、驱动装置、喷头装置13、以及控制装置。

在图1所示的实施例中，所述打印平台11用于附着堆叠成型的打印物件。所述打印平台11设于所述X轴驱动机构14以及Y轴驱动机构15的下方。由于在打印过程中，所述打印平台11会与打印材料存在至少一个接触面，如果在打印过程中打印平台11与打印材料发生反应或粘结在一起，则会难以分离进而只能通过暴力或其他后处理方式将两者分离以获得打印物件，如此便会影响打印物件的精度。因此，所述打印平台11采用与打印材料易于分离的材料制成，或所述打印平台11顶部具有与打印材料易于分离的材料的涂层。

应当理解，所述堆叠成型是指在基于熔融层积成型的打印设备工作过程中，打印材料丝通过喷头装置13熔融后被喷涂在打印平台11上，冷却后形成一层薄片。一层截面成型完成后再执行下一层的打印操作，即在该薄片表面继续喷涂以将熔融后的打印材料丝堆叠从而形成打印物件。

在一些实施方式中，所述打印平台11包括用于在打印过程中承载堆叠成型的打印物件的工作台面以及用于支撑所述工作台面的支撑垫板。

在还有一些实施方式中，所述打印平台11还包括一加热装置，通过加热装置对打印平台11加热可为成型过程提供一个过渡环境，以免熔融状态的丝挤出成型后由于熔融的温度与成型的温度温差过大而在成型过程中形成了较大的内应力，不利于产品结构的稳定性，影响产品质量。因此，借由加热装置可提供一恒温环境从而将温度控制在适宜的范围内，以便材料成型并避免在成型过程中产生较大内应力，由此提高成型的质量和打印物件的精度。

在另一些实施方式中，所述打印平台11还包括一构件板(或称构建板)，用于作为打印平台11的承载部从而在打印过程中承载堆叠成型的打印物件。

在一个示例性的实施例中，所述Z轴驱动机构12驱动的并非必须为X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15，还可以为所述打印平台11，为此，请参阅图3～图4，图3显示为本申请3D打印设备在另一实施例中的结构示意主视图，图4显示为本申请3D打印设备在另一实施例中的结构示意俯视图，如图所示，所述3D打印设备包括机架(未予以图示)、打印平台11、驱动装置、喷头装置13、以及控制装置(未予以图示)。其中，所述打印平台11设置在所述Z轴驱动机构12上，用于附着堆叠成型的打印物件并可在Z轴驱动机构12的驱动下沿Z轴升降运动。所述X轴驱动机构14以及Y轴驱动机构15设置在所述机架顶部，从而可调整喷头装置13在X轴方向以及Y轴方向上的位置。所述喷头装置13在计算机的控制下，根据产品零件的截面信息沿X轴和Y轴做平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至喷头装置13，在喷头装置13中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，基于计算机的控制信息选择性地将热熔材料涂覆在打印平台11上，快速冷却后形成一层薄片。一层截面成型完成后所述打印平台11沿Z轴方向下降一定高度，再进行下一层的熔覆，如此循环，最终形成三维产品零件。

在本实施例中的一些情况下，所述构件板还通过一调平装置连接所述Z轴驱动机构12以调节构件板的水平度。在此，所述调平装置包括至少一用于调平构件板的活动件以及用于锁紧所述活动件的锁紧件，从而一方面在调平阶段可以调节构件板的水平度，另一方面在打印阶段所述调平组件能保持构件板无偏转。所述调平装置还包括调平检测装置，其设置在所述活动件或构件板或Z轴驱动机构12上，用于获取调平检测参数，当基于所述调平检测参数确定调平时，所述锁紧件固定活动件。

在图1所示的实施例中，所述驱动装置包括可相对所述打印平台11升降运动的Z轴驱动机构12，设置在所述Z轴驱动结构上的X轴驱动机构14及Y轴驱动机构15。其中，所述X轴驱动机构14包括X轴导轨、以及设置在X轴导轨上的电机，所述Y轴驱动机构15包括Y轴导轨、以及设置在Y轴导轨上的电机；所述Z轴驱动机构12包括Z轴导轨、以及设置在Z轴导轨上的电机。

在此，所述电机包括第一速度电机以及第二速度电机，其中所述第一速度电机的运行速度大于所述第二速度电机的运行速度，或称所述第一速度电机的转速大于所述第二速度电机的转速，或者所述第一速度电机的运行加速度大于所述第二速度电机的运行加速度，或者所述第一速度电机的运行速度和加速度均分别大于所述第二速度电机的运行速度和加速度。

在一些实施方式中，为使打印效率最大化，可将设置在X轴导轨、Y轴导轨、以及Z轴导轨上的电机均配置为第一速度电机，即所述X轴驱动机构14、Y轴驱动机构15、以及Z轴驱动机构12均借由第一速度电机驱动。在打印过程中，在Z轴方向上通过第一速度电机驱动X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15沿Z轴方向高速移动，在Y轴方向上通过第一速度电机驱动X轴驱动机构14沿Y轴方向高速移动，并在X轴方向上通过第一速度电机驱动喷头装置13沿X轴方向高速移动；或者，在打印过程中，在Z轴方向上通过第一速度电机驱动X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15沿Z轴方向高速移动，在X轴方向上通过第一速度电机驱动Y轴驱动机构15沿X轴方向高速移动，并在Y轴方向上通过第一速度电机驱动喷头装置13沿Y轴方向高速移动。

在还有一些实施方式中，为在提高打印效率的同时保证较低的生产成本，可在运动频率较高的轴上配置第一速度电机，在运动频率较低的轴上配置第二速度电机。例如：当X轴为运动频率较高的轴时，所述X轴驱动机构14借由第一速度电机驱动，所述Y轴驱动机构15和所述Z轴驱动机构12均借由第二速度电机驱动。在打印过程中，在Z轴方向上通过第二速度电机驱动设置在Z轴驱动结构上的X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15沿Z轴方向移动，在Y轴方向上通过第二速度电机驱动X轴驱动机构14沿Y轴方向移动，并在X轴方向上通过第一速度电机驱动喷头装置13沿X轴方向高速移动。

在此，所述运动频率较高的轴是指喷头装置13在打印工作过程中相对移动更频繁的方向所对应的轴。例如，当打印一细长型物件时，则该物件的长度方向所对应的轴被定义为运动频率较高的轴，进而可在该运动频率较高的轴上配置第一速度电机以提升该轴方向上的运动速度，从而提高打印效率。

其中，所述第一速度电机包括但不限于为直线电机(或称线性马达)或其他转速大于600r/min的电机，所述第二速度电机包括但不限于为步进电机或其他使用或制造成本相对于第一速度电机较低的电机。

在本实施例中，由于X轴为运动频率较高的轴，即该方向上的运动量更大，或者该方向上的加减速情况更多。因此所述X轴驱动机构14的工作运动行程被配置为大于所述Y轴驱动机构15的运动行程，且所述喷头装置13设置在所述X轴驱动机构14上。换言之，所述附着堆叠成型的打印物件在X轴方向的长度大于其在Y轴方向的长度。所述运动行程是指在打印过程中工作途经的轨迹长度。其中，当所述附着堆叠成型的打印物件为矩形或狭长型的物件，或者轮廓较薄且内部填充较多的物件时，打印效率的提升尤其显著，例如螺丝、牙齿、鞋垫、鞋底、鞋面等。在此，尽管当所述附着堆叠成型的打印物件为矩形或狭长型的物件时，打印效率尤其显著，但当所述打印物件为其他形状时，通过本申请的上述方案仍可借由第一速度电机驱动X轴驱动机构14上的喷头装置13沿X轴方向高速运动从而在一定程度上提升打印效率。

应当理解，在上述实施例中是以X轴方向上通过第一速度电机驱动作为示例以便于说明，但其主要原理是通过第一速度电机驱动运动频率较高的轴以提高打印效率，因此在实际应用中，所述第一速度电机也可依据实际情况被配置在Y轴方向上或Z轴方向上。

在一实施方式中，在打印每一层截面时，可以先打印外轮廓，再填充轮廓内部。例如，X轴驱动机构和Y轴驱动机构相互配合插补运动以打印出截面轮廓，再在轮廓中通过在Y轴方向确定移动步距，并在X轴方向的高速移动中挤出热熔后的打印材料，以形成一层薄片。在另一实施方式中，也可以不区分轮廓。例如，直接在Y轴方向确定移动步距，并在X轴方向的高速移动中挤出热熔后的打印材料，从而逐行形成一层薄片，同时完成轮廓和轮廓内部的打印。

在一个示例性的实施方式中，为进一步提高3D打印设备的打印效率，可设置多个打印平台11协同多个驱动装置同时打印，或者在一个打印平台11上配置多个喷头装置13同时打印。

在一个示例性的实施例中，请参阅图7，其显示为本申请中喷头装置13为多个时的一实施例示意图。如图所示，所述打印平台11为1个，设置在所述X轴驱动机构14或Y轴驱动机构15上的所述喷头装置13为多个，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台11上的不同位置，以在所述打印平台11上的不同位置分别使热熔性材料固化并堆叠成型。

在此，所述打印平台11被配置为一个，所述X轴驱动机构14或所述Y轴驱动机构15上设有多个喷头装置13。以所述X轴驱动机构14上设有多个喷头装置13为例，在工作状态下，所述Z轴驱动机构12驱动所述X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15沿Z轴方向运动，所述Y轴驱动机构15驱动所述X轴驱动机构14沿Y轴方向运动，所述X轴驱动机构14驱动所述多个喷嘴装置沿X轴方向运动。在打印过程中，所述X轴驱动机构14被驱动至Y方向上相应的的位置后，借由第一速度电机在X轴方向上运动以在运动过程中通过设置在X轴上的多个喷头装置13将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台11上的不同位置，在打印完一层后，再进行下一层的熔覆，如此循环，从而在所述打印平台11上的不同位置分别使热熔性材料固化并堆叠成型。

其中，所述X轴驱动机构14可以配置为与所述喷头装置13一一对应地设置，即所述X轴驱动机构14的数量与所述喷头装置13的数量一致且一一对应，或者所述多个喷头装置13可被以预设间距间隔设置在一X轴驱动机构14上。在此，所述预设间距的设置距离以打印过程中不影响同时打印为准。当所述X轴驱动机构14为多个的情况下，所述X轴驱动机构14依次设在同一Y轴驱动机构15上，用于在所述Y轴驱动机构15的驱动下在Y轴方向上同步运动。

在一些实施方式中，可为多个喷头装置13分别配置一送丝机构以进丝，所述多个喷头可被用于同时打印同样的物件。例如：所述多个喷头在同一时刻同步打印物件A，由此在打印工作完成后得到了多个物件A。在另一些实施方式中，所述多个喷头也可被用于打印不同的物件，例如，第一喷头用于打印物件A、第二喷头用于打印物件B；又如，第一喷头用于打印物件A的主体部分，第二喷头用于打印物件A的支撑部分，用于打印主体部分与支撑部分的丝材可被配置为不同颜色，从而实现利于后处理过程中去除支撑部分。当利用多个喷头打印不同的物件时，所述X轴驱动机构14被配置为与所述喷头装置13一一对应地设置。

在一个示例性的实施例中，请参阅图8，其显示为本申请中喷头装置13为多个时的另一实施例示意图。如图所示，所述打印平台11为多个，设置在所述Z轴驱动机构12上的X轴驱动机构14为对应的多个，各所述X轴驱动机构14上分别对应设置有一喷头装置13，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至对应的打印平台11，以使热熔性材料固化并堆叠成型。

在此，所述3D打印设备包括多个打印平台11、一Z轴驱动机构12、一个或多个Y轴驱动机构15、以及多个X轴驱动机构14，各所述X轴驱动机构14上分别对应设置有一喷头装置13。其中，所述打印平台11、所述X轴驱动机构14、以及所述喷头装置13的数量对应相等。所述Y轴驱动机构15及所述X轴驱动机构14设置在所述Z轴驱动机构12上，所述Z轴驱动机构12用于控制所述X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15在Z轴方向上的位置，所述Y轴驱动机构15用于控制所述X轴驱动机构14及设置在所述X轴驱动机构14上的喷头装置13在Y轴方向上的位置，所述X轴用于控制所述喷头装置13在X轴方向上的位置。由于所述打印平台11、所述X轴驱动机构14、以及所述喷头装置13的数量对应相等，因此每一喷头装置13在工作时均位于与其对应的打印平台11上方。在此，X轴导轨上设置有第一速度电机，因此所述喷头装置13可在所述第一速度电机的驱动下沿X轴方向高速运动，以在运动过程中使热熔性材料在对应的打印平台11上固化并堆叠成型。在一些实施方式中，所述X轴驱动机构14为多个的情况下，所述多个X轴驱动机构14依次设在同一Y轴驱动机构15上，用于在所述Y轴驱动机构15的驱动下在Y轴方向上同步运动。在本实施例中，所述3D打印设备包括多个打印平台11、一Z轴驱动机构12、一个Y轴驱动机构15、以及多个X轴驱动机构14，各所述X轴驱动机构14上分别对应设置有一喷头装置13。其中，所述打印平台11、所述X轴驱动机构14、以及所述喷头装置13的数量对应相等。在所述3D打印设备的工作过程中，所述X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15在Z轴导轨上设置的电机的驱动下沿Z轴方向运动至Z轴方向的目标位置，再通过Y轴驱动机构15将多个X轴驱动机构14及喷头装置13移动至Y轴方向的目标位置，由于多个X轴驱动机构14被设置为依次设在同一Y轴驱动机构15上，因此当Y轴驱动机构15驱动时，所述Y轴驱动机构15上的每一X轴驱动机构14均被同步带动至Y轴方向上的相应位置，所述喷头装置13通过X轴驱动机构14在X轴方向上高速运动。每一喷头装置13可用于同时打印同一物件或同时打印不同物件，当打印不同物件时，先完成工作的X轴驱动机构14及喷头装置13可在所有的X轴驱动机构14及喷头装置13均完成该Y轴方向的打印任务后，再被同步移动至下一Y轴方向或Z轴方向执行下一步的打印任务。例如，所述Y轴驱动机构将所述多个X轴驱动机构驱动至Y轴方向上的打印位置后，所述多个X轴驱动机构可分别借由第一速度电机高速驱动其上的喷嘴同时打印同一物件；或者，基于打印物件的轮廓特征或特殊的工艺要求，所述多个X轴驱动机构分别以不同的速度驱动其上的喷头进行插补运动。

在另一些实施方式中，所述X轴驱动机构14为多个的情况下，所述多个X轴驱动机构14可分别一一对应地设在多个Y轴驱动机构15上，用于在各自对应的Y轴驱动机构15的驱动下在Y轴方向上运动。在本实施例中，所述3D打印设备包括多个打印平台11、一Z轴驱动机构12、多个Y轴驱动机构15、以及多个X轴驱动机构14，各所述X轴驱动机构14上分别对应设置有一喷头装置13。其中，所述打印平台11、所述X轴驱动机构14、所述Y轴驱动机构15、以及所述喷头装置13的数量对应相等。在所述3D打印设备的工作过程中，所述X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15在Z轴导轨上设置的电机的驱动下沿Z轴方向运动至Z轴方向的目标位置，再通过Y轴驱动机构15将多个X轴驱动机构14及喷头装置13移动至Y轴方向的目标位置。由于每一X轴驱动机构14被配置为设在对应的Y轴驱动机构15上，因此当Y轴驱动机构15驱动时，仅驱动与其对应的X轴驱动机构14和喷头装置13移动。所述喷头装置13通过X轴驱动机构14在X轴方向上高速运动，每一喷头装置13可用于同时打印同一物件或同时打印不同物件，当打印不同物件时，先完成工作的X轴驱动机构14及喷头装置13不受其他X轴驱动机构14上的喷头装置13影响，可继续进行该Z轴位置上的其他部分打印，待所有喷头装置13均完成该Z轴位置上的打印任务时，再执行下一层的打印任务。

应当理解，上述实施例中仅以所述喷头装置13设置在所述X轴驱动机构14上作为举例，在实际应用中，所述喷头装置13也可被配置在所述Y轴驱动机构15上，由于原理相同，故在此不再详述。

在还有一些实施方式中，当所述打印平台11为设置在Z轴驱动机构12上时，所述多个打印平台11均可相对于Z轴驱动机构12升降运动。其中，所述多个打印平台11与所述Z轴驱动机构12的连接方式可以为：所述多个打印平台11均分别连接所述Z轴导轨，由此所述多个打印平台11可在Z轴导轨上设置的电机的驱动下沿Z轴方向运动，或者所述多个打印平台11中的第一打印平台11连接Z轴导轨，其他打印平台11(如第二打印平台11、第三打印平台11等)均与该第一打印平台11直接或间接连接，从而在Z轴导轨上设置的电机的驱动下沿Z轴方向运动。所述直接连接包括但不限于为通过连杆、焊接等形式连接，例如：第一打印平台11与第二打印平台11之间通过连杆连接，或者第一打印平台11与第二打印平台11之间通过焊接连接等；所述间接连接包括但不限于为借由其他打印平台11为媒介与所述第一打印平台11联动从而构成间接连接，例如：所述第一打印平台11与第二打印平台11之间通过连杆直接连接，所述第二打印平台11与第三打印平台11之间通过连杆直接连接，因此所述第一打印平台11与第三打印平台11之间为借由第二打印平台11间接连接。

在图1所示的实施例中，所述喷头装置13设置在所述X轴驱动机构14或所述Y轴驱动机构15上，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台11。

在一些实施方式中，请参阅图5，其显示为本申请中喷头装置13在一实施例中的结构示意图，如图所示，所述喷头装置13包括：导料部1303、加热部1304、以及喷嘴1301。其中，所述导料部包括导料管、送丝齿轮，用以将送丝机构提供的打印材料1302输送至加热部1304加热；所述加热部1304上设有热敏电阻以检测温度，以便将温度加热到打印材料1302的融点；加热熔融后的打印材料1302通过喷嘴1301喷涂在所述打印平台11上。

应当理解，所述喷涂是指通过喷头装置13将引入的热熔性材料融化后借由喷头装置13的喷嘴1301出丝以涂抹至打印平台11上，其可以是将引入的热熔性材料融化后被高压喷出，也可以是将引入的热熔性材料融化后被低压挤出。在此，出丝的压力可通过实际需求，结合打印物件的精度要求、分层厚度、对出丝速度的要求等因素而确定。

其中，为保证所述3D设备在打印物件时每层分层之间能够牢固地粘结，所述喷嘴1301的直径被配置为大于所述3D设备在打印物件时每层分层厚度。应当理解，所述分层厚度为将打印物件的三维数据模型进行切片时层与层之间的高度，即所述热熔性材料固化堆叠成型时每层的厚度。当分层厚度较大时，所述打印物件的三维数据模型表面会出现过渡不均匀的情况发生，例如阶梯状过渡面等，从而影响打印物件的表面质量和精度，反之当分层厚度较小时，尽管能够提高打印物件的精度，但会增加需要加工的层数，增加了成型时间。因此在实际生产中，可依据打印物件的精度要求以设置分层厚度，从而将分层厚度控制在理想范围内。此外，喷嘴1301的直径会影响由喷嘴1301挤出的喷丝的直径，喷丝越细则打印物件的精度越高，但同时每层的加工路径也会更密更长，从而增加了成型时间。

所述喷头装置13通过送丝机构输送原料即打印材料1302，打印材料1302通常被配置为丝状，即打印材料丝，打印材料丝通常被配置为与喷头装置13的出口直径具有较大的直径差，例如打印材料丝的直径在1～2m左右，喷头装置13的出口直径在0.2～0.3mm左右，从而保证了喷头装置13内一定的压力和熔融后的打印材料能够以一定的速度被挤出至所述打印平台11上，其中所述打印材料的挤出速度应当与喷头装置13的移动速度相匹配。应当理解，在保证驱动机构运行平稳的前提下，填充速度越快、成型时间越短、工作效率越高。另一方面，为了保证连续平稳地出丝，需要将挤出速度和填充速度进行合理匹配，使得喷丝从喷嘴1301挤出时的体积等于粘结时的体积。如果填充速度与挤出速度匹配后出丝太慢，则材料填充不足，出现断丝现象，难以成形；反之，如果填充速度与挤出速度匹配后出丝太快，则熔丝会堆积在喷头上，使成型面材料分布不均匀，表面会有凹凸现象，影响产品精度及造型。其中，所述挤出速度是指熔融后的打印材料丝从喷嘴1301中挤出时的速度，所述填充速度是指所述喷头装置13在X轴驱动机构14的作用下，按照轮廓路径和填充路径运动时的速度。通常，所述打印材料1302包括但不限于：ABS(AcrylonitrileButadiene Styrene，丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物)塑料、尼龙、PLA(polylacticacid，聚乳酸)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)塑料、PP(polypropylene，聚丙烯)、PPSF(Polyphenylsulfone，聚亚苯基砜)、PEI(Polyetherimide，醚酰亚胺)等。

其中，所述送丝机构指为喷嘴1301装置提供打印材料丝的机构，在一些实施方式中，所述送丝机构包括用于储存打印材料丝的存储装置，例如用于缠绕并储纳所述打印材料丝的绕线器等。将所述打印材料丝的一端放至喷头装置13的入丝口，所述喷头装置13即可在工作状态下不断引入打印材料丝以熔融后由喷嘴1301出丝。在还有一些实施方式中，所述送丝机构还包括用以将所述打印材料丝引导至喷头装置13入丝口的输料/导向装置，从而在工作状态下将所述打印材料丝输送/导向至所述喷头装置13的入丝口以便所述打印材料丝顺利地进入喷头装置13以熔融。

在图1所示的实施例中，所述控制装置用于依据读取的打印物件的各层切片数据控制所述第一速度电机及第二速度电机执行协同作业。

其中，生成打印物件的各层切片数据的步骤可由控制装置完成或在其他设备端完成后发送给所述控制装置。当生成打印物件的各层切片数据的步骤由控制装置完成时，所述控制装置包含安装在计算机设备中的软件和硬件。其中所述计算机设备包括任何能够进行数值、数据和逻辑处理的电子设备。例如，所述计算机设备包括但不限于：台式电脑、手持电脑、或基于嵌入式操作***的智能终端等。所述控制装置读取打印物件的各层切片数据并生成控制各X轴驱动机构14、Y轴驱动机构15、Z轴驱动机构12、以及喷头装置13的控制信息发送给相应的装置或机构以便执行相应的任务。当生成打印物件的各层切片数据的步骤由其他设备端完成后发送给所述控制装置时，所述其他设备端包括但不限于：台式电脑、手持电脑、或基于嵌入式操作***的智能终端等。所述其他设备端读取打印物件的各层切片数据并发送给控制装置，所述控制装置依据读取的打印物件的各层切片数据生成控制各X轴驱动机构14、Y轴驱动机构15、Z轴驱动机构12、以及喷头装置13的控制信息，并发送给相应的装置或机构以便执行相应的任务。例如，所述控制装置与所述喷头装置13、X轴驱动机构14、所述Y轴驱动机构15、所述Z轴驱动机构12分别电连接，在接收到打印物件的各层切片数据后生成相应的控制信息，驱动所述喷头装置13、X轴驱动机构14、所述Y轴驱动机构15、所述Z轴驱动机构12执行相应操作以打印物件。

在一个示例性的实施例中，所述打印平台11底部连接一旋转机构，所述旋转机构连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下旋转运动。在此，由于一些打印物件的三维数据模型切片并非每一层的长度方向都相同，即可能存在部分切片层的长度方向为X轴方向，部分切片层的长度方向为Y轴方向。因此，通过在打印平台11底部设置旋转机构，借由所述旋转机构驱动所述打印平台11旋转，从而可带动打印平台11上的打印物件旋转，则当打印物件的三维数据模型切片的长度方向改变时，可适应性地旋转打印平台11，从而更好地利用第一速度电机以制造打印物件。

在一些实施方式中，所述旋转机构包括一驱动电机，所述驱动电机连接设置于所述打印平台11底部的传动部件，用于在所述控制装置的控制下驱动所述打印平台11旋转运动。其中，所述传动部件包括第一齿轮、第二齿轮以及传动轴。所述第一齿轮设置于所述驱动电机的输出轴端，用于在所述驱动电机的驱动下旋转；所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，用于在所述第一齿轮的驱动下同步旋转；所述传动轴一端连接所述第二齿轮，所述传动轴另一端连接所述打印平台11底部，用于在所述第二齿轮的驱动下驱动所述打印平台11旋转。所述驱动电机连接所述控制装置，所述控制装置在接收到打印物件的各层切片数据后，依据各层切片的长度方向信息、以及所述打印平台11的当前朝向以确定是否驱动所述驱动电机。请参阅图6，其显示为本申请中的打印物件在一实施例中的结构示意图。如图所示，该打印物件的上半部分与下半部分的长度方向为两个不同的方向。在打印该物件时，所述控制装置首先控制所述Z轴驱动机构12将X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15上升至一定高度以打印该物件三维数据模型的第一层切片，在此，由于所述打印物件的下半部分所对应的长度方向为Y轴方向，而本实施例中的3D打印设备其第一速度电机被配置在X轴方向上，因此，所述控制装置将所述打印平台11旋转以使打印物件下半部分的长度方向对应X轴方向。同时，所述控制装置驱动Y轴驱动机构15以使X轴驱动机构14及喷头装置13移动到相应的Y轴方向位置，再通过X轴方向的第一速度电机驱动喷头装置13在X轴上高速运动以使引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台11上，在打印完该层后，所述控制装置控制X轴驱动机构14、Y轴驱动机构15、以及Z轴驱动机构12运动到相应位置以打印下一层的切片结构。此时，所述控制装置依据待打印层切片的长度方向以及所述打印平台11当前的朝向确定是否需要旋转打印平台11。在本实施例中，当打印完所述物件的下半部分即将打印上半部分时，需要将所述打印平台11旋转以使打印物件上半部分的长度方向对应X轴方向。

在另一些实施例中，当所述打印平台11为设置在Z轴驱动机构12上时，由于所述打印平台11需要实现与Z轴驱动机构12的联动以及自身的旋转，因此，本实施例中的打印平台11包括平台本体、以及设置在所述平台本体上部的构建板，所述打印平台11本体与所述Z轴驱动机构12连接从而带动打印平台11相对于Z轴驱动机构12升降运动。所述打印平台11本体中心具有一通孔以容纳所述传动轴，所述传动轴一端连接构建板的底部，所述传动轴的另一端连接所述第二齿轮。所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮设置于所述驱动电机的输出轴端，从而可在所述驱动电机的驱动下旋转。所述驱动电机连接所述控制装置，所述控制装置在接收到打印物件的各层切片数据后，依据各层切片的长度方向信息、以及所述构建板的当前朝向以确定是否驱动所述驱动电机。继续以图6所示的打印物件为例，该打印物件的上半部分与下半部分的长度方向为两个不同的方向。在打印该物件时，所述控制装置首先控制所述Z轴驱动装置将打印平台11上升至一定高度以打印该物件三维数据模型的第一层切片，在此，由于所述打印物件的下半部分所对应的长度方向为Y轴方向，而本实施例中的3D打印设备其第一速度电机被配置在X轴方向上，因此，所述控制装置将所述打印平台11上的构建板旋转以使打印物件下半部分的长度方向对应X轴方向。同时，所述控制装置驱动Y轴驱动机构15以使X轴驱动机构14及喷头装置13移动到相应的Y轴方向位置，再通过X轴方向的第一速度电机驱动喷头装置13在X轴上高速运动以使引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台11的构建板上，在打印完该层后，所述控制装置控制Z轴驱动装置下降一层打印下一层切片。此时，所述控制装置依据待打印层切片的长度方向以及所述构建板当前的朝向确定是否需要旋转构建板。在本实施例中，当打印完所述物件的下半部分即将打印上半部分时，需要将所述构建板旋转以使打印物件上半部分的长度方向对应X轴方向。

本申请的3D打印设备在第一方面通过第一速度电机驱动X轴驱动机构14即运动频率相对高的轴，并通过第二速度电机驱动Y轴驱动机构15即运动频率相对较低的轴，其中所述第一速度电机的运行速度大于所述第二速度电机的运行速度，从而提高了基于熔融层积成型的打印设备在3D打印过程中的工作效率并将生产成本控制在较低范围内。其次，本申请在第二方面通过在打印平台11底部设置旋转机构，使打印阶段的打印方式更具灵活性，便于高频运动轴的利用。另外，本申请在第三方面通过多平台、多喷头的设计，利用同步作业大幅提高了生产效率，适于工业大批量高效生产。需要说明的是，本领域技术人员可在上述各局部示例的启发下，按照工程需要进行组合装配，甚至在组合装配的基础上进行器件替换都视为本申请的具体示例，在此不予穷举。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种3D打印设备，其特征在于，包括：

打印平台，用于附着堆叠成型的打印物件；

驱动装置，包括可相对所述打印平台升降运动的Z轴驱动机构，设置在所述Z轴驱动结构上的X轴驱动机构及Y轴驱动机构，其中，所述X轴驱动机构借由第一速度电机驱动，所述Y轴驱动机构借由第二速度电机驱动；

喷头装置，设置在所述X轴驱动机构或所述Y轴驱动机构上，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台；

控制装置，用于依据读取的打印物件的各层切片数据控制所述第一速度电机及第二速度电机执行协同作业。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述X轴驱动机构的工作运动行程大于所述Y轴驱动机构运动行程，所述喷头装置设置在所述X轴驱动机构上。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，所述第一速度电机的运行速度/加速度大于所述第二速度电机的运行速度/加速度。

4.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述第一速度电机为直线电机，所述第二速度电机为步进电机。

5.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述附着堆叠成型的打印物件在X轴方向的长度大于其在Y轴方向的长度。

6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述附着堆叠成型的打印物件为牙齿或鞋垫或鞋底或鞋面。

7.据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印平台为1个，设置在所述X轴驱动机构或Y轴驱动机构上的所述喷头装置为多个，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至所述打印平台上的不同位置，以在所述打印平台上的不同位置分别使热熔性材料固化并堆叠成型。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印平台为多个，设置在所述Z轴驱动机构上的X轴驱动机构为对应的多个，各所述X轴驱动机构上分别对应设置有一喷头装置，用于将引入的热熔性材料融化后依据打印轨迹喷涂至对应的打印平台，以使热熔性材料固化并堆叠成型。

9.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述X轴驱动机构为多个的情况下，所述X轴驱动机构依次设在同一Y轴驱动机构上，用于在所述Y轴驱动机构的驱动下在Y轴方向上同步运动。

10.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印平台底部连接一旋转机构，所述旋转机构连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下旋转运动。

11.根据权利要求10所述的3D打印设备，其特征在于，所述旋转机构包括一驱动电机，所述驱动电机连接设置于所述打印平台底部的传动部件，用于在所述控制装置的控制下驱动所述打印平台旋转运动。

12.根据权利要求11所述的3D打印设备，其特征在于，所述传动部件包括：

第一齿轮，设置于所述驱动电机的输出轴端，用于在所述驱动电机的驱动下旋转；

第二齿轮，与所述第一齿轮啮合，用于在所述第一齿轮的驱动下同步旋转；

传动轴，一端连接所述第二齿轮，另一端连接所述打印平台底部，用于在所述第二齿轮的驱动下驱动所述打印平台旋转。

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