CN114889129A - 一种3d打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头及其使用方法，包括电机，所述电机的转轴上固定装有转筒，所述转筒的半圆周面上均匀地设有多个通孔，所述通孔中装有喉管，所述喉管的外端固定装有加热模块，所述加热模块的外端面装有喷嘴；所述喉管的内端连通有穿丝管，打印丝在所述挤出机构的挤压并推动下顺着所述穿丝管、喉管到达其对应的加热模块中，所述打印丝通过加热模块的加热、熔化后填充在喷嘴中。同时，本发明还公开了该打印头的使用方法。本发明通过由电机带动的多喷嘴旋转式打印头，提高了3D打印中两种材料进行交替打印的打印效率，能够通过其中一个可喷涂辅助粘结材料的喷嘴在材料交替界面涂覆辅助粘接材料，改善了层间结合质量。

Description

一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头及其使用方法

技术领域

本发明涉及3D打印机的技术领域，具体而言，尤其涉及一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头及其使用方法。

背景技术

3D打印时，一个零件往往要用到两种以上的打印材料，目前对于同一零件的两种材料交替进行3D打印时，有采用双进双出双喷嘴的3D打印机进行双材料的交替打印，也有使用双进一出单喷嘴的3D打印机进行打印的。对于需要打印完成后通过胶粘的方式对两个或者多个零件进行连接的组合部件，可以使用3D打印机分别进行打印后进行手动粘接。

目前的3D打印机无法很好的改善两种粘接情况差的材料的层间结合强度；双进双出的3D打印机不能快速的更换喷嘴进行连续的打印，从而使层间强度更差而且延长了整体的打印时间；双进一出打印机在进行交替打印时由于喷嘴内会留有上一种材料的残余，使得零件分层界面不够清晰；对于需要进行的粘接的两个零件，上述的两种打印机都无法完成一站式打印。

发明内容

针对目前的3D打印机对由多种打印材料组合打印出来的零件存在的不同材料层间粘合不好的情况，以及多种材料使用一个喷嘴存在上一种材料残余的技术问题，本发明提供每个喷头只喷涂一种材料、且在部分喷头上可喷涂辅助粘结材料的一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，包括安装在3D打印机机体内执行机构上的电机，所述电机的转轴上固定装有一个半圆筒状的转筒，所述转轴穿装并固定在转筒底板的圆心处；所述转筒的半圆周面上均匀地设有多个通孔，所述通孔中装有喉管，所述喉管的外端固定装有加热模块，所述加热模块的外端面上装有喷嘴；所述喉管的内端连通有穿丝管，多根所述穿丝管的另一端从所述转筒侧壁上设有的槽口处引出于转筒的外部；引出后的穿丝管与安装在所述3D打印机机体上的挤出机构连通；打印丝在所述挤出机构的挤压并推动下顺着所述穿丝管、喉管到达其对应的加热模块中，所述打印丝通过加热模块的加热、熔化后填充在喷嘴中。

进一步地，所述喉管和穿丝管之间加装有散热器，所述散热器的一端通过管接头与穿丝管连接、另一端与喉管固定连接，所述打印丝穿过管接头、散热器及喉管后被加热模块加热成熔融状态，并通过喷嘴流出。

进一步地，所述散热器为多个中间设有圆孔的圆形金属盘，所述圆孔两侧或一侧的盘面上设有环状凸台，所述环状凸台使相邻的金属盘隔离开以便于散热。

进一步地，所述转筒的底板上设有三个通气孔，所述通气孔的外壁上装有冷却所述转筒内部打印丝的风机。

进一步地，所述转筒的外侧装有保护罩，所述保护罩上设有多个散热孔。

进一步地，所述散热孔是均与分布、且呈上下排列的长条孔。

进一步地，所述穿丝管是铁氟龙管。

进一步地，作为一种优选的实施方式，所述电机是步进电机。

本发明还公开了一种上述的旋转式多喷嘴打印头的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、根据打印试样所需材料的需求，将缠绕有不同打印丝的线轴放置在3D打印机上的排线架上，如相邻两层打印材料的打印丝熔化后不能有效粘结，其中N-1个喷嘴所属的穿丝管及挤出机构中穿入熔化后可将两种不同材料粘结在一起的、由辅助粘接材料制成的打印丝。

N代表相邻的、不能有效粘结的打印材料的种类数量。

步骤二、根据打印试样的要求启动第一层打印材料所属加热模块先行对与之连接的喷嘴预热，同时对打印基板进行预热，并同时启动风机对散热器进行冷却；待喷嘴和打印基板预热完成后，启动电机将该喷嘴旋转至基板的正上方后电机停止旋转。

步骤三、启动相应的挤出机构，在3D打印机内执行机构的带动下，打印头开始在基板上打印。

步骤四、当第一层打印完成前，提前启动辅助粘接材料所属加热模块先行对与之连接的喷嘴进行预热，同时启动风机对散热器进行冷却，并在第一层打印完成时完成带有辅助粘接材料的喷嘴的加热工作，停止第一层打印材料所属加热模块的加热；启动电机将带有辅助粘接材料的喷嘴旋转至基板的正上方，参照第三步骤，在第一层的上面打印辅助粘接材料，若相邻两层的打印材料具有可满足要求的粘结特性，本步骤略去，提前预热下一层材料所属的喷嘴的加热模块，并同时启动风机对散热器进行冷却，待第一层打印完成后启动电机将下一层打印材料所属的喷嘴旋转至基板的正上方。

步骤五、辅助粘接材料打印完前，提前启动第二层材料所属加热模块先行对与之连接的喷嘴进行预热，并同时启动风机对散热器进行冷却，并在辅助粘接材料打印完成时，完成带有第二层材料的喷嘴的加热工作，停止辅助粘接材料所属加热模块的加热；启动电机，将第二层打印材料所属的喷嘴旋转至基板的正上方，参照第三步骤，在辅助粘接材料的上面开始第二层的打印。

步骤六、第二层打印完成后，停止加热模块的加热，关闭挤出机构，将打印好的型材从基板上取下。

本发明具有以下优点：

1、本发明的多喷嘴旋转式结构，提高了3D打印中两种材料进行交替打印的打印效率，能够通过其中一个可喷涂辅助粘结材料的喷嘴在材料交替界面涂覆辅助粘接材料，以改善两种3D打印材料接触界面的层间结合质量，提高双材料交替打印制件的力学性能。

2、能够一次性完成原本需要两个或多个需要进行胶粘连接零件的组合部件的3D打印工作，省去了胶粘装配和后处理过程，提高了生产效率以及最终零部件整体的加工精度。

基于上述理由，本发明可以在3D打印的领域中广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的三维图。

图2是本发明去掉保护罩后的三维图。

图3是图2中转筒的结构示意图。

图4是本发明的主视图。

图5是图4的后视图。

图6是本发明打印过程示意图。

图7是本发明打印结束示意图。

图8是图1中保护罩的主视图。

图中：1、电机；1.1、转轴；2、穿丝管；3、转筒；3.1、底板；3.2、通气孔；3.3、通孔；3.4、槽口；4、保护罩；4.1、散热孔；5、喷嘴；6、加热模块；7、散热器；8、喉管；9、风机；10、基板；11、第一层；12、辅助粘接材料；13、第二层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供一种3D打印机旋转式多喷嘴5的打印头，如图2示，包括安装在3D打印机机体内执行机构(图中未示出)上的电机1，电机1的转轴1.1上固定装有一个半圆筒状的一端敞开的转筒3，转轴1.1穿装并固定在转筒3底板3.1的圆心处；如图3所示，在转筒3的半圆周面上均匀地设有三个通孔3.3，每两个相邻通孔3.3之间夹角为60°；如图2、4所示，在每个通孔3.3中都装有一个喉管8，在喉管8的外端固定装有一个加热模块6，加热模块6的外端面上装有喷嘴5，喉管8的内端连通有穿丝管2，多个穿丝管2的另一端从转筒3侧壁上设有的槽口3.4处引出于转筒3的外部；引出后的穿丝管2与安装在3D打印机机体上的挤出机构连通；打印丝在挤出机构的挤压并推动下顺着穿丝管2、喉管8到达其对应的加热模块6中，打印丝通过加热模块6的加热、熔化后填充在喷嘴5中，其后部持续不断过来的打印丝的推动下熔化后塑料从喷嘴5流出。

作为一种优选的实施方式，如图2所示，所述喉管8和穿丝管之间加装有一个散热器7，散热器7的一端通过管接头与穿丝管2连接、另一端与喉管8固定连接，打印丝穿过管接头、散热器7及喉管8后被加热模块6加热成熔融状态，并通过喷嘴5流出；散热器7可将加热模块6传导过来的热量及时地散发掉，以免打印丝被从加热模块6传导过来的热量提前软化或熔化。

作为一种优选的实施方式，所述散热器7为六个中间设有圆孔的圆形金属盘，圆孔两侧或一侧的盘面上设有环状凸台，打印丝从六个圆孔组成的通道中通过，环状凸台使相邻的金属盘隔离开，以利于散热。

作为一种优选的实施方式，如图3、5所示，所述转筒3的底板3.1上设有三个通气孔3.2，在每个通气孔3.2的外壁上都装有一个风机9，在风机9起动后通过通气孔3.2向散热器7吹冷空气，加快散热器7的散热。

作为一种优选的实施方式，如图4、8所示，所述转筒3的外侧装有保护罩4，保护罩4上设有多个可使散热器7散出的热量从转筒3中排出的散热孔4.1。

作为一种优选的实施方式，如图8所示，所述散热孔4.1是均匀分布、且呈上下排列的长条孔。

作为一种优选的实施方式，所述穿丝管2是铁氟龙管。

作为一种优选的实施方式，所述电机1是步进电机。

下面以需要用到两种不同材料进行3D打印的过程将本发明的使用方法进行阐述。

步骤一、根据打印试样所需材料的需求，将缠绕有不同打印丝的线轴放置在3D打印机上的排线架上，如果两种打印丝熔化后具有良好的粘结性能，只使用两个喷嘴5即可；如两种打印丝熔融后的粘结性能不佳，则在中间喷嘴5所属的穿丝管及挤出机构中穿入熔化后可将两种不同材料粘结在一起的、由辅助粘接材料12制成的打印丝。

步骤二、根据打印试样的要求启动第一层11打印材料所属加热模块6先行对与之连接的喷嘴5预热，同时对打印基板10进行预热，并同时启动风机9对散热器7进行冷却；待喷嘴5和打印基板10预热完成后，启动电机1将该喷嘴5旋转至基板10的正上方后电机1停止旋转。

步骤三、同时启动相应的挤出机构，在3D打印机内执行机构的带动下，打印头开始在基板10上打印。

步骤四、当第一层11打印完成前，提前启动辅助粘接材料所属加热模块6先行对与之连接的喷嘴5进行预热，同时启动风机9对散热器7进行冷却，并在第一层11打印完成时完成带有辅助粘接材料12的喷嘴5的加热工作，停止第一层11打印材料所属加热模块6的加热；启动电机1将带有辅助粘接材料12的喷嘴5旋转至基板10的正上方，参照第三步骤，开始在第一层11的上面打印辅助粘接材料12；若相邻两层的打印材料具有可满足要求的粘结特性，本步骤略去，提前启动下一层材料所属的喷嘴5的加热模块，同时启动风机9对散热器7进行冷却，待第一层11打印完成后可启动电机1将下一层打印材料所属的喷嘴5旋转至基板10的正上方。

步骤五、辅助粘接材料12打印完时，提前启动第二层材料13所属加热模块6先行对与之连接的喷嘴5进行预热，并同时启动风机9对散热器7进行冷却，并在辅助粘接材料12打印完成时完成第二层13材料所属喷嘴5的加热，停止辅助粘接材料12所属加热模块6的加热；启动电机1，将第二层13打印材料所属的喷嘴5旋转至基板10的正上方，参照第三步骤，在辅助粘接材料12的上面开始第二层13的打印。

步骤六、第二层13打印完成后，停止加热模块6的加热，关闭挤出机构和风机9，将打印好的型材从基板10上取下。

对于打印试样含三种及三种以上的，本发明可在转筒3上设置相应数量的喷嘴5及相关结构，所用的辅助粘接材料12可根据实际情况选用一种或一种以上，根据打印材料的特性去排布辅助粘接材料12所属喷嘴5的位置顺序；选择辅助粘结材料所用喷嘴5的数量为N-1个。

N代表相邻的、不能有效粘结的打印材料的种类数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：包括安装在3D打印机机体内执行机构上的电机(1)，所述电机(1)的转轴(1.1)上固定装有一个半圆筒状的转筒(3)，所述转轴(1.1)穿装并固定在转筒(3)底板(3.1)的圆心处；所述转筒(3)的半圆周面上均匀地设有多个通孔(3.3)，所述通孔(3.3)中装有喉管(8)，所述喉管(8)的外端固定装有加热模块(6)，所述加热模块(6)的外端面上装有喷嘴(5)；所述喉管(8)的内端连通有穿丝管(2)，多根所述穿丝管(2)的另一端从所述转筒(3)侧壁上设有的槽口(3.4)处引出于转筒(3)的外部；引出后的穿丝管(2)与安装在所述3D打印机机体上的挤出机构连通；打印丝在所述挤出机构的挤压并推动下顺着所述穿丝管、喉管(8)到达其对应的加热模块(6)中，所述打印丝通过加热模块(6)的加热、熔化后填充在喷嘴(5)中。

2.根据权利要求1所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：所述喉管(8)和穿丝管(2)之间加装有散热器(7)，所述散热器(7)的一端通过管接头与穿丝管(2)连接、另一端与喉管(8)固定连接，所述打印丝穿过管接头、散热器(7)及喉管(8)后被加热模块(6)加热成熔融状态，并通过喷嘴(5)流出。

3.根据权利要求2所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：所述散热器(7)为多个中间设有圆孔的圆形金属盘，所述圆孔两侧或一侧的盘面上设有环状凸台，所述环状凸台使相邻的金属盘隔离开以便于散热。

4.根据权利要求1所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：所述转筒(3)的底板(3.1)上设有三个通气孔(3.2)，所述通气孔(3.2)的外壁上装有冷却所述转筒(3)内部打印丝的风机(9)。

5.根据权利要求1所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：所述转筒(3)的外侧装有保护罩(4)，所述保护罩(4)上设有多个散热孔(4.1)。

6.根据权利要求5所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：所述散热孔(4.1)是均与分布、且呈上下排列的长条孔。

7.根据权利要求1所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：所述穿丝管(2)是铁氟龙管。

8.根据权利要求1所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头，其特征在于：作为一种优选的实施方式，所述电机(1)是步进电机。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述一种3D打印机上应用的旋转式多喷嘴打印头的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据打印试样所需材料的需求，将缠绕有不同打印丝的线轴放置在3D打印机上的排线架上，如相邻两层打印材料的打印丝熔化后不能有效粘结，其中N-1个喷嘴(5)所属的穿丝管及挤出机构中穿入熔化后可将两种不同材料粘结在一起的、由辅助粘接材料(12)制成的打印丝。

N代表相邻的、不能有效粘结的打印材料的种类数量。

步骤二、根据打印试样的要求启动第一层(11)打印材料所属加热模块(6)先行对与之连接的喷嘴(5)预热，同时对打印基板(10)进行预热，并同时启动风机(9)对散热器(7)进行冷却；待喷嘴(5)和打印基板(10)预热完成后，启动电机(1)将该喷嘴(5)旋转至基板(10)的正上方后电机(1)停止旋转。

步骤三、启动相应的挤出机构，在3D打印机内执行机构的带动下，打印头开始在基板(10)上打印。

步骤四、当第一层(11)打印完成前，提前启动辅助粘接材料所属加热模块(6)先行对与之连接的喷嘴(5)进行预热，同时启动风机(9)对散热器(7)进行冷却，并在第一层(11)打印完成时完成带有辅助粘接材料(12)的喷嘴(5)的加热工作，停止第一层(11)打印材料所属加热模块(6)的加热；启动电机(1)将带有辅助粘接材料(12)的喷嘴(5)旋转至基板(10)的正上方，参照第三步骤，在第一层(11)的上面打印辅助粘接材料(12)，若相邻两层的打印材料具有可满足要求的粘结特性，本步骤略去，提前启动下一层材料所属的喷嘴(5)的加热模块，同时启动风机(9)对散热器(7)进行冷却，待第一层(11)打印完成后启动电机(1)将下一层打印材料所属的喷嘴(5)旋转至基板(10)的正上方。

步骤五、辅助粘接材料(12)打印完前，提前启动第二层材料(13)所属加热模块(6)先行对与之连接的喷嘴(5)进行预热，并同时启动风机(9)对散热器(7)进行冷却，并在辅助粘接材料(12)打印完成时完成带有第二层材料(13)的喷嘴(5)的加热工作，停止辅助粘接材料(13)所属加热模块(6)的加热；启动电机(1)，将第二层(13)打印材料所属的喷嘴(5)旋转至基板(10)的正上方，参照第三步骤，在辅助粘接材料(12)的上面开始第二层(13)的打印。

步骤六、第二层(13)打印完成后，停止加热模块(6)的加热，关闭挤出机构，将打印好的型材从基板(10)上取下。

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