三维打印的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种三维打印机，该三维打印机包括至少两个打印盒、打印盒安装架、移动框架、驱动头、至少二个打印头以及至少二个切换装置，打印盒安装架用于安装打印盒，驱动头安装在移动框架上，每一个打印头接收一个打印盒供给的耗材，打印头通过第一连接装置可分离地与驱动头连接，每一个切换装置通过第二连接装置与一个打印头可分离地连接。该三维打印机具有结构简单、易于控制、成本低等优点。
【专利说明】三维打印机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及打印领域，尤其设置一种三维打印机。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]现阶段，3D打印技术快速发展并已逐渐进入各个领域，一台3D打印机可以采用多种材料进行打印，例如，使用ABS材料的3D打印机，还可使用一些与ABS相近的材料如尼龙等材料进行打印。而且，3D打印机进行打印时可采用多种颜色的材料直接打印出彩色的三维实体。如申请公布号为CN103481515A名为“3D打印机”的中国发明专利申请，参照图1，该申请公开了一种三维打印机1，其包括打印头11和打印盒安装架12，多个打印盒2安装在打印盒安装架12内，并通过出料口将其内容纳的耗材提供至打印头11。在打印头11内，各种耗材熔融并混合，经喷头喷出，以形成三维彩色实体22。三维打印机I还包括移动框架13、滑架14、底板16和成型座17，移动框架13可沿螺杆15上下移动，滑架14可在移动框架13确定的平面内前后移动,而打印头11可沿滑架14左右移动，从而可在成型座17上打印出三维实体22。打印盒安装架12内可安装四种不同颜色的打印盒2，且打印盒2上设置有防装错结构21，与打印盒安装架上防装结构121相配合，不同颜色的打印盒的防装错结构21不同，从而使打印盒2不可安装至打印盒安装架的与其不匹配的部分内。
[0004]然而，上述这种三维打印机的打印头11是将多个打印盒2中的各种丝料进行熔融并将混合后的耗材经喷头喷出继而形成三维实体，由于需要对不同耗材进行不同分量的搭配融合，同时又需要对熔融后耗材进行保温，以防固化导致堵塞出料口，所以该打印头11结构较为复杂，且三维打印机需要配套多套控制系统来控制不同的耗材之间的配料，导致该三维打印机造价成本高。同时，当停止打印时，由于耗材是通过高温熔融成型的，所以打印头喷嘴处容易累积固化，继而堵塞打印头。
【发明内容】
[0005]本实用新型的第一目的是提供一种结构简单且成本低的三维打印机。
[0006]为了实现本实用新型的第一目的，本实用新型提供一种三维打印机，包括至少两个打印盒、打印盒安装架、移动框架、驱动头、至少二个打印头以及至少二个切换装置，打印盒内容纳有耗材，打印盒安装架用于安装打印盒，驱动头安装在移动框架上，每一个打印头接收一个打印盒供给的耗材，打印头通过第一连接装置可分离地与驱动头连接，每一个切换装置通过第二连接装置与一个打印头可分离地连接。[0007]由上述方案可见，通过在三维打印机设置有多个打印头和多个安装有打印头的切换装置，利用驱动头按实际所需移动到切换装置处来选择结构相对简单的单色打印头，从而实现利用结构简单的打印头实现彩色成型，当一种颜色的材料成型完毕后，通过驱动头带动打印头移动到切换装置中，再通过控制第二连接装置使得切换装置与该打印头连接，以及控制第一连接装置使得驱动头与该打印头分离，继而驱动头通过移动到另一安装有另一打印头的切换装置处，连接该打印头并继续另一颜色的成型，可见，通过驱动头切换不同的打印头来实现彩色的三维实体成型，其具有结构简单、易于控制、成本低等优点。
[0008]更进一步的方案是，第一连接装置设置在驱动头上或打印头上；第二连接装置设置在切换装置上或打印头上。
[0009]更进一步的方案是，第一连接装置为第一磁性装置；第二连接装置为第二磁性装置。
[0010]由上可见，驱动头、打印头和切换装置之间的连接和分离可以通过多种不同的连接装置实现，例如通过定位柱和定位孔相互配合的连接装置，又例如通过机械紧固配合的连接装置等均可实现可分离地连接，并且可以将连接装置根据三维打印机的实际需要安装在驱动头、打印头或切换装置中，但是通过为磁性装置的连接装置，利用磁性装置产生的磁性，可简单地实现驱动头、打印头和切换装置之间的连接和分离，且连接稳定性高，有利于提闻机器的智能化。
[0011]更进一步的方案是，打印头设有第一安装部和第二安装部，驱动头设有第三安装部，切换装置设置第四安装部；
[0012]第一安装部和第三安装部具有相互对应的弧形外壁；
[0013]第二安装部和第四安装部具有相互对应的弧形外壁。
[0014]由上可见，驱动头、打印头和切换装置之间的定位可以通过多种方法实现，例如可通过卡槽、三角、矩形等定位方式使驱动头、打印头和切换装置之间的位置相对固定，但是通过相对应的弧面外壁和磁性连接的配合，有利于提高连接的容差，减低连接故障率。
[0015]更进一步的方案是，三维打印机还包括保温装置，保温装置套在打印头的出料端外周。
[0016]由上可见，通过将保温装置设置在打印头的出料端，有利于防止熔融的耗材固化，避免堵塞出料口。
[0017]更进一步的方案是，三维打印机还包括清洁装置，清洁装置包括泵、第一管、阀、上清洗盒、第二管和下清洗盒，第一管的第一端与泵连接，阀设置在管上，阀用于控制第一管的通断，上清洗盒围成用于盛装清洗液的腔体，上清洗盒的上端与第一管的第二端接通，上清洗盒的下端用于与打印头的进料端接通，第二管的第一端与打印头的出料口连接，下清洗盒盛装有清洗液，清洗液浸没第二管的第二端。
[0018]由上可见，清洁装置可以对打印头的残余耗材进行清理，通过泵对上清洗盒施加负压，使得下清洗盒的清洗液穿过打印头的耗材腔体到达上清洗盒，再通过泵对上清洗盒施加正压，使得上清洗盒的清洗液穿过打印头的耗材腔体返回到下清洗盒，由于清洗液为可溶解或分解耗材的液体，所以通过清洁装置对打印头进行清洁有利于避免残余耗材的累积固化，避免堵塞打印头，也有利于提高三维打印机的实体成型品质。
[0019]更进一步的方案是，三维打印机还包括弹性材料制成的擦拭件，擦拭件在其中部开设有狭缝，打印头的出料端穿过狭缝并与狭缝过盈配合。
[0020]由上可见，通过打印头的出料端与具有弹性的狭缝进行过盈配合，使得打印头的出料口上的残余耗材可以被狭缝擦拭走，通过擦拭件对出料口的清洁，有利于提高下一次成型质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021 ]图1是现有三维打印机的结构图。
[0022]图2是本实用新型三维打印机第一实施例的结构图。
[0023]图3是本实用新型三维打印机第一实施例中驱动头、打印头和切换装置的结构图。
[0024]图4是本实用新型三维打印机第一实施例中驱动头、打印头和切换装置的分解图。
[0025]图5是本实用新型三维打印机第一实施例中驱动头、打印头和切换装置的结构示意图。
[0026]图6是本实用新型三维打印机第二实施例的结构图。
[0027]图7是本实用新型三维打印机第二实施例中打印头、切换装置和保护装置的部分结构图。
[0028]图8是本实用新型三维打印机第二实施例中保护装置的局部分解图。
[0029]图9是本实用新型三维打印机第二实施例中驱动头、打印头、切换装置和保护装置的结构示意图。
[0030]图10是本实用新型三维打印机第二实施例中打印头、保护装置和清洁装置的连接示意图。
[0031]图11是本实用新型三维打印机第三实施例中清洁装置的局部原理示意图。
[0032]图12是本实用新型三维打印机第四实施例中清洁装置的局部原理示意图。
[0033]以下结合附图及实施例对实用新型作进一步说明。
【具体实施方式】
[0034]三维打印机第一实施例:
[0035]参照图2，图2是三维打印机3的结构图，三维打印机3包括四个打印头31、四个切换装置39和打印盒安装架32，打印盒安装架32内安装有多个打印盒321，打印盒321分别通过其出料口将其内容纳的耗材322提供至打印头31，该耗材322可以为固态丝状耗材，耗材也可为粉末状的、液态的等形态，容纳不同形态耗材的打印盒的结构有所不同，本实施例以装有固态丝状耗材的打印盒为例对三维打印机3进行说明。四个切换装置39安装在打印盒安装架32的一端上，且每一个切换装置可安装一个打印头31。
[0036]三维打印机3还包括移动框架33、滑架34、底板36、成型座37和驱动头38，移动框架33可沿螺杆35上下移动，滑架34可在移动框架33确定的平面内左右移动，而驱动头38安装在滑架34上并可沿滑架34前后移动，从而可通过驱动头38与打印头31进行连接继而在安装在底板36上的成型座37上打印出三维实体371。
[0037]参照图3和图4，图3和图4分别为驱动头38、打印头31和切换装置39的结构图和分解图。驱动头38包括基部381和设置在基部381上方的安装部382，基部381与安装部382之间形成一用于将打印头31进行定位的平台385，在基部381沿径向贯穿地开设有一通孔384，驱动头38通过利用滑架34穿过通孔384安装到滑架34上，并使驱动头38可沿滑架34往复滑动。在安装部382的中部安装有作为连接装置的磁性装置383，磁性装置383可为通过电线绕铁芯而成的电磁铁，且在安装部382形成有外凸弧形的外壁。
[0038]打印头31包括位于打印头31上端的进料端311、位于打印头31下端的出料端312以及位于进料端311和出料端312之间的主体314。在进料端311上开设有进料口 315，打印盒321的耗材322通过从进料口 315输入到由主体314所围成的耗材腔体内。在出料端312的最下端形成有一出料口 313，出料口 313用于将耗材腔体内的耗材喷出，继而形成三维实体。在主体314的两侧分别形成有内凹弧形的外壁316、317。
[0039]切换装置39包括安装部391和安装在安装部391的下方的导杆392，在安装部391的端部安装有作为连接装置的磁性装置393，磁性装置393可为通过电线绕铁芯而成的电磁铁，且安装有磁性装置393的端部形成有外凸弧形的外壁。安装部391的另一端用于安装固定在打印盒安装架32上。
[0040]参照图5并结合图3，图5是驱动头38、打印头31和切换装置39相互配合时的部分剖视图。由于磁性装置383和磁性装置393均为具有能够产生磁性的装置，所以用能够被磁性吸引的材料来制作打印头31的主体314，或用能够被磁性吸引的材料固定在主体314对应的位置上，而在本实施例中，主体314的外壁316、317均采用能够被磁性吸引的金属制作而成。
[0041]当磁性装置383产生磁性的时候，外壁316将被磁性装置383产生的磁性所吸附，同时由于外壁316和安装部382具有相对应的弧形外壁，所以外壁316和安装部382的弧形外壁相互接触，从而驱动头31顺利地安装到平台385上，并完成驱动头38与打印头31之间连接。当磁性装置383不产生磁性时，外壁316将不再被磁性装置383所吸引，使得打印头31可从驱动头38处分离。
[0042]当磁性装置393产生磁性的时候，外壁317将被磁性装置393产生的磁性所吸附，同时由于外壁317和安装部391具有相对应的弧形外壁，所以外壁317和安装部391的弧形相互接触，从而驱动头31顺利地安装到安装部391上，并完成切换装置39与打印头31之间连接。当磁性装置393不产生磁性时，外壁317将不再被磁性装置393所吸引，使得打印头31可从切换装置39处分离。
[0043]参照图1，由于在初始状态下多个打印头31通过启动磁性装置393来安装到切换装置39上，当三维打印机3工作时，需要通过移动框架33、滑架34和驱动头38相互之间的配合，将驱动头移动到所需打印头处，并利用外壁316和安装部382的弧形外壁相互配合来固定驱动头38和打印头31之间的相对位置，随后通过控制磁性装置383，使得磁性装置383产生磁性，并完成驱动头38与打印头31之间的连接。随后，控制对应的磁性装置393使其不产生磁性，从而打印头31可从切换装置39处分离。最后，通过驱动头38的移动带动打印头31的移动，从而实现在成型座37上打印出三维实体371。当需要切换不同的打印头31进行三维成型时，驱动头38将带动打印头31返回相对应的切换装置39中，通过启动磁性装置393和关闭磁性装置383，从而将打印头31返回到切换装置39位置处，继而驱动头31通过移动到不同的打印头31进行不同打印头的切换，通过不同打印头装有不同颜色的耗材，从而实现在成型座37上打印出彩色三维实体371。
[0044]三维打印机第二实施例:
[0045]在三维打印机3第一实施例的基础上，三维打印机3还可以在四个切换装置39的下方的导杆392上分别安装有四个保护装置4。参照图7和图8，保护装置4包括壳体41，壳体41的一侧贯穿地形成有一安装孔411，安装孔411套装在导杆392中，并在壳体41和导杆392下方设置的固定部394之间设置弹簧42，通过弹簧42为保护装置4提供复位力。保护装置4还包括擦拭件43、保温装置45和盖合件44。擦拭件43由橡胶类或聚烯烃类等弹性材料制作而成，并在擦拭件43的中部开设有一狭缝431。保温装置45为由金属材料绕制而成的弹簧状保温器件，通过将该保温装置45通电，可使保温装置45发出热量。盖合件44在其中部向下延伸形成有一擦拭件43的安装位442，并在安装位442开设有通孔441。
[0046]参照图9并结合图8，在壳体41内形成有一有底筒状的保温装置安装位412，当将擦拭件43、保温装置45和盖合件44安装在壳体41上时，将保温装置45安装在该安装位412中，盖合件44盖合在壳体41的上方，并使盖合件44的通孔441位于保温装置45正上方，再将擦拭件43安装到安装位442中。
[0047]当需要对连接在切换装置39上的打印头31进行保护时，保护装置4沿着导杆392向上滑动，位于出料端312下方的出料口 313首先与擦拭件43接触，继而出料端312穿过狭缝431，通过出料端312与狭缝431的过盈配合，使得出料口 313上的残余耗材可以被狭缝431擦拭走。随后出料端312穿过通孔441到达安装位412中，由于安装位412安装有弹簧状的保温装置45，保温装置45套装在出料端312外，当保温装置45通电发热时，可防止出料端312熔融状态下耗材固化。
[0048]三维打印机第三实施例:
[0049]在三维打印机3第二实施例的基础上，三维打印机3还可以增加清洁装置5。清洁装置5可采用申请公布号为CN103317853A名为“打印头清洗装置及清洗方法”的中国发明专利申请所公开的清洁装置。参照图10和图11，清洁装置5的泵51为微型真空泵。泵51具有一出气口 511和一进气口 512。清洁装置5还包括第一泄压阀52、第一通断阀53、第二泄压阀54、第二通断阀55、气压传感器56、保护仓57、上清洗盒58、下清洗盒59和管，其中，该管由主管61、第一支管62和第二支管63组成。第一支管62的第一端与出气口 511接通，第二支管63的第一端与进气口 512接通。主管61的前端、第一支管62的第二端和第二支管63的第二端通过三通管件接通。第一泄压阀52和第一通断阀53设置在第一支管62上，第二泄压阀54和第二通断阀55设置在第二支管63上。气压传感器56和保护仓57设置在主管61上。
[0050]在打印头31的进料端311的上端可设一个孔，通过该孔连通有管64的第一端，管64的第二端与上清洗盒58的下端连通，上清洗盒58的上端与主管61的后端接通。
[0051 ] 在保温装置安装位412的底部贯通地开设有连通部413，连通部413用于密封地连通出料口 313和管65的第一端，管65的第二端浸没于装在下清洗盒59的清洗液中。
[0052]当对打印头31进行清洁工序时，通过控制泵51、第一泄压阀52、第一通断阀53、第二泄压阀54和第二通断阀55，使得上清洗盒58交替地出现负压和正压。施加负压则使得下清洗盒59的清洗液依次通过管65、出料口 313、出料端312、打印头31的耗材腔体、出料端311、管64，最后到达上清洗盒58。然后，施加正压则使得上清洗盒58的清洗液沿原路返回到达下清洗盒59，通过清洗液对耗材的溶解或分解，从而实现对打印头31的残余耗材进
行清洁。
[0053]三维打印机第四实施例:
[0054]在三维打印机3第三实施例的基础上，清洁装置5还可以采用申请公布号为CN103317853A中国发明专利申请所公开的另一种清洁装置。参照图12，清洁装置7的泵为由电机71驱动的电动气缸。电机71通过齿轮齿条或蜗轮蜗杆驱动活塞72向左运动即可向上清洗盒78加载正压，驱动活塞72向右运动即可向上清洗盒78加载负压。上清洗盒78的下端连通有管64的第二端，管64的第一端与进料端311连通。通过该清洁装置7同样可以实现对打印头31的残余耗材进行清洁
[0055]三维打印机的打印方法实施例:
[0056]首先三维打印机对需要打印的三维实体进行逐层分切处理，然后将分层处理的信息传递到下料中心，随后下料中心按照指令首先选用一种颜色的耗材，三维打印机将驱动头移动到装有该颜色的打印头处，通过控制安装在驱动头的磁性装置，将驱动头与打印头进行连接。然后，切换装置将连接在其上的该打印头进行分离，随后，驱动头带动打印头进行移动，并通过打印头将耗材液化并挤出在成型座上从而打印出三维实体。
[0057]当需要切换不同颜色进行打印时，则需要移动驱动头进行打印头的切换。即首先驱动头带动打印头移动到原来的切换装置位置上，通过控制安装在切换装置的磁性装置，将切换装置与打印头进行连接。随后，再控制安装在驱动头的磁性装置，将连接在其上的该打印头进行分离。驱动头从而实现分离打印头，再通过移动驱动头到另一个装有所需颜色的打印头处，再将驱动头与该打印头进行连接，并将切换装置对该打印头进行分离，从而实现对不同打印头的切换，并在成型座上打印出彩色的三维实体。
[0058]当打印头与切换装置进行连接时，下料中心可以对装在该打印头的耗材进行判断，判断该耗材是否还会将被使用，当该耗材还需要将被使用的，则移动保护装置沿导杆滑动并套装在打印头的出料端外，并启动套装在打印头出料端外周的保温装置。
[0059]当该耗材不再需要将被使用的，即该颜色的耗材已经完成打印完毕后，则移动保护装置沿导杆滑动并套装在打印头的出料端外，并启动清洁装置，通过清洁装置对打印头内的残余耗材进行清洁，其中，清洁装置的泵首先对上清洗盒施加负压，将装在下清洗盒的清洗液依次沿出料口、出料端、打印头的耗材腔体、出料端抽到上清洗盒中。然后清洁装置的泵对上清洗盒施加正压，使得装在上清洗盒的清洗液沿原路返回，从而实现对打印头内的残余耗材进行清洁。
[0060]由上述方法可见，通过在三维打印机设置有多个打印头和多个安装有打印头的切换装置，利用驱动头按实际所需移动到切换装置处来选择结构相对简单的单色打印头，从而实现利用结构简单的打印头实现彩色成型。当一种颜色的材料成型完毕后，通过驱动头带动打印头移动到切换装置中，再通过切换装置与该打印头的连接，以及驱动头与该打印头分离，继而驱动头通过移动到另一安装有另一打印头的切换装置处，连接该打印头并继续另一颜色的成型。可见，通过驱动头切换不同的打印头来实现彩色的三维实体成型，其具有结构简单、易于控制、成本低等优点。并通过保温装置、擦拭件和清洁装置对打印头进行保护和清洁，有利于避免耗材的累积固化，继而造成堵塞打印头。
[0061]最后需要强调的是，本实用新型并不限于上述的实施方式，如连接装置采用其他例如通过定位柱和定位孔的配合，又例如通过机械紧固配合等方式均可实现可分离地连接。再例如打印头和切换装置的数量还以为四个以上等，这些都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.三维打印机，包括 至少两个打印盒，每一所述打印盒内容纳有耗材； 打印盒安装架，用于安装所述打印盒； 移动框架； 驱动头，安装在所述移动框架上； 其特征在于: 至少二个打印头，每一个所述打印头接收一个所述打印盒供给的耗材，所述打印头通过第一连接装置可分离地与所述驱动头连接； 至少二个切换装置，每一个所述切换装置安装在所述打印盒安装架的一端上，每一个所述切换装置通过第二连接装置与一个所述打印头可分离地连接。
2.根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于: 所述第一连接装置设置在所述驱动头上或所述打印头上； 所述第二连接装置设置在所述切换装置上或所述打印头上。
3.根据权利要求2所述的三维打印机，其特征在于: 所述第一连接装置为第一磁性装置； 所述第二连接装置为第二磁性装置。
4.根据权利要求3所述的三维打印机，其特征在于: 所述打印头设有第一安装部和第二安装部，所述驱动头设有第三安装部，所述切换装置设置第四安装部； 所述第一安装部和所述第三安装部具有相互对应的弧形外壁； 所述第二安装部和所述第四安装部具有相互对应的弧形外壁。
5.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印机，其特征在于: 所述三维打印机还包括保温装置，所述保温装置套在所述打印头的出料端外周。
6.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印机，其特征在于: 所述三维打印机还包括清洁装置，所述清洁装置包括 栗; 第一管，所述第一管的第一端与所述泵连接； 阀，所述阀设置在所述管上，所述阀用于控制所述第一管的通断； 上清洗盒，围成用于盛装清洗液的腔体，所述上清洗盒的上端与所述第一管的第二端接通，下端用于与所述打印头的进料端接通； 第二管，所述第二管的第一端与所述打印头的出料口连接； 下清洗盒，盛装有所述清洗液，所述清洗液浸没所述第二管的第二端。
7.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印机，其特征在于: 所述三维打印机还包括由弹性材料制成的擦拭件，所述擦拭件在其中部开设有狭缝，所述打印头的出料端穿过所述狭缝并与所述狭缝过盈配合。
【文档编号】B41J3/00GK203805507SQ201420092091
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】苏健强, 何永刚 申请人:珠海天威飞马打印耗材有限公司