一种多喷嘴3d打印机及其速度和精度控制方法
【专利摘要】本发明涉及3D打印【技术领域】，尤其是一种多喷嘴3D打印机及其速度和精度控制方法。本发明包括有输料管路、连接底座、转盘及通道内径大小不同的多个挤料喷嘴，连接底座固定在输料管路的下端，转盘安装在连接底座的下端，同时转盘可绕轴相对于连接底座转动，多个通道内径大小不同的挤料喷嘴安装于转盘的下端；输料管路、连接底座、转盘和某一挤料喷嘴内部形成物料传输通道；通过调整形成通道的挤料喷嘴而调控喷头喷丝的截面积。本发明可以控制打印的速度和精度，在确保精度要求的情况下，提升整体打印速度；可以应用于3D打印机的喷头结构及控制上。
【专利说明】一种多喷嘴3D打印机及其速度和精度控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及3D打印【技术领域】，尤其是一种多喷嘴3D打印机及其速度和精度控制 方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印，即快速成形技术的一种，它通过软件把3D数字模型进行分层离散化处 理，然后运用粉末状金属或塑料等可粘合性材料，通过逐层堆积的方式来构造实体。3D打印 技术属于一种加式制造范畴，有别于传统的减式制造范畴，能够更好的节约生产原料。在面 向个性化和特定性服务制造要求的推动之下，3D打印已经开始应用在模具生成、个性化产 品生产、医疗、军事等方面。相信在不久的将来，3D打印机会走进大众的家庭，为我们的生活 和工作服务。
[0003] 常见的3D打印技术有熔丝沉积技术，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有 一个微细通道的喷头挤喷出来，从喷嘴喷出后，沉积在工作台上，温度低于固化温度后开始 固化，通过材料的层层堆积最终形成成品。其中的喷头就是一个核心部件，但是常规的3D 打印机的打印喷头的挤料喷嘴内径截面形状只有固定的圆形，单位时间内喷嘴喷丝的体积 一定。由于喷嘴内径截面面积的不可调，我们不能控制3D打印机的打印精度和速度，然而 针对不同的打印目的和不同的打印区域，需要不同的打印精度和速度。即使是同一模型，模 型内部和边缘也有不同的精度要求。基于目前的3D打印机喷嘴内径截面形状都是圆形的， 不能做到针对不同模型或者同一模型不同区域的打印速度和精度的控制。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题之一在于基于目前的3D打印机喷嘴内径截面形状都是圆 形的，不能做到针对不同模型或者同一模型不同区域的打印速度和精度的控制的现状，提 供一种多喷嘴3D打印机，可以调节打印速度和精度。
[0005] 本发明解决的技术问题之二在于基于目前的3D打印机喷嘴内径截面形状都是圆 形的，不能做到针对不同模型或者同一模型不同区域的打印速度和精度的控制的现状，提 供一种可以根据打印需求控制打印速度和精度的速度和精度控制方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题之一的技术方案是：
[0007] 包括有输料管路；其特征在于：还包括有连接底座、转盘及通道内径大小不同的 多个挤料喷嘴，连接底座固定在输料管路的下端，转盘安装在连接底座的下端，同时转盘可 绕轴相对于连接底座转动，多个通道内径大小不同的挤料喷嘴安装于转盘的下端；输料管 路、连接底座、转盘和某一挤料喷嘴内部形成物料传输通道；通过调整形成通道的挤料喷嘴 而调控喷头喷丝的截面积。
[0008] 所述的连接底座中设有电机，可带动转盘转动。
[0009] 通道内径大小不同的多个挤料喷嘴可卸除地均匀安装于转盘的下端。
[0010] 所述的连接底座在与输料管路的连接处有与输料管路内通道内径大小相同的圆 柱槽，转盘在安装挤料喷嘴处也有与输料管路内通道内径大小相同的圆柱槽；处于工作位 的挤料喷嘴的内通道与输料管路内通道共同形成一个无阻碍的物料通道。
[0011] 所述的挤料喷嘴内通道截面形状的重心与输料管路内通道截面形状的重心位于 垂直于挤料喷嘴和输料管路内通道截面的同一轴上。
[0012] 接底座内部含有加热元件，加热输料管路传输的物料，使其为熔融状态。
[0013] 本发明解决上述技术问题之二的技术方案是：
[0014] 所述的打印速度调控方法是：
[0015] 打印速度V = K*S*L ;其中S为喷嘴实际喷丝的截面积，L为单位打印成形面积，K 是与打印机有关的常量；
[0016] 喷嘴实际喷丝截面积S和单位打印成形面积L决定进料速度，并影响热熔速度；进 料速度和热熔速度共同决定打印速度；
[0017] 通过S与L的改变形成一个信号来控制打印速度，即调控喷头输料管路的进料速 度；
[0018] 所述的精度调控方法是：根据打印精度的不同需求，调整打印速度以控制打印精 度；打印精度要求高时，打印速度慢；打印精度要求低时，打印速度快。
[0019] 通过控制电机的旋转，选择具体大小内径的挤料喷嘴处于工作位改变喷嘴实际喷 丝截面积S ;由于喷头的工作移动速度大小不变，为确保每层Z轴成型高度不变，实时地调 控输料管路的进料速度，该进料速度与处于工作位的挤料喷嘴的通道内径大小成正比。
[0020] 有益效果：
[0021] 本发明通过控制电机的转动，进而控制挤料喷嘴相对于输料管路的旋转角度；从 而实现对喷嘴实际喷丝截面积的控制；以控制打印机的打印精度和速度。可针对不同的打 印目的和不同的打印区域，调整不同的打印精度和速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本发明进一步说明：
[0023] 图1是本发明多喷嘴喷头主视图；
[0024] 图2是本发明多喷嘴喷头左视图；
[0025] 图3是本发明打印速度影响因素的逻辑图；
[0026] 图4是本发明打印速度调控系统图。
【具体实施方式】
[0027] 如图1、2所示，本发明打印机喷头包含有输料管路801、连接底座803、转盘804及 多个不同大小内径通道的挤料喷嘴。
[0028] 连接底座803固定在输料管路801的下端，其中连接底座803内部含有加热元件， 加热输料管路传输的物料，使其为熔融状态。转盘804安装在连接底座803的下端，同时转 盘可绕轴相对于连接底座803转动，连接底座803中包含有电机，可带动转盘804的转动。
[0029] 多个不同大小内径通道的挤料喷嘴805、807、808可卸除均匀安装于转盘804的下 端。通过控制电机的工作旋转转盘804来选择具体大小内径通道的挤料喷嘴工作。连接底 座803在与输料管路801的连接处有与输料管路内通道802 -样大小内径的圆柱槽，同时 转盘804在安装挤料喷嘴处也有与输料管路内通道802 -样大小内径的圆柱槽。处于工作 位的挤料喷嘴，如挤料喷嘴内通道806与输料管路内通道802共同形成一个无阻碍的工作 通道，其中挤料喷嘴内通道806截面形状的重心与输料管路内通道802截面形状的重心同 在垂直于挤料喷嘴内通道806截面与输料管路内通道802截面的轴上。
[0030] 如图3、4所示，打印速度调控方法是：
[0031] 打印速度V = K*S*L ;其中S为喷嘴实际喷丝的截面积，L为单位打印成形面积，K 是与打印机有关的常量；
[0032] 喷嘴实际喷丝截面积S和单位打印成形面积L决定进料速度，并影响热熔速度；进 料速度和热熔速度共同决定打印速度；
[0033] 通过S与L的改变形成一个信号来控制打印速度，即调控喷头输料管路的进料速 度；
[0034] 精度调控方法是：根据打印精度的不同需求，调整打印速度以控制打印精度；打 印精度要求高时，打印速度慢；打印精度要求低时，打印速度快。
[0035] 本发明通过精确控制电机的旋转，来选择具体大小内径的挤料喷嘴处于工作位。 由于喷头的工作移动速度大小不变，为确保每层Z轴成型高度不变，要实时地调控输料管 路801的进料速度，该进料速度与处于工作位的挤料喷嘴的通道内径大小成正比。针对不 同打印精度需求的应用，可以旋转相应大小内径的挤料喷嘴处于工作位。
【权利要求】
1. 一种多喷嘴3D打印机，包括有输料管路；其特征在于：还包括有连接底座、转盘及通 道内径大小不同的多个挤料喷嘴，连接底座固定在输料管路的下端，转盘安装在连接底座 的下端，同时转盘可绕轴相对于连接底座转动，多个通道内径大小不同的挤料喷嘴安装于 转盘的下端；输料管路、连接底座、转盘和某一挤料喷嘴内部形成物料传输通道；通过调整 形成通道的挤料喷嘴而调控喷头喷丝的截面积。
2. 根据权利要求1所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：所述的连接底座中设有电 机，可带动转盘转动。
3. 根据权利要求1所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：通道内径大小不同的多个挤 料喷嘴可卸除地均匀安装于转盘的下端。
4. 根据权利要求2所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：通道内径大小不同的多个挤 料喷嘴可卸除地均匀安装于转盘的下端。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：所述的连接底座 在与输料管路的连接处有与输料管路内通道内径大小相同的圆柱槽，转盘在安装挤料喷嘴 处也有与输料管路内通道内径大小相同的圆柱槽；处于工作位的挤料喷嘴的内通道与输料 管路内通道共同形成一个无阻碍的物料通道。
6. 根据权利要求5所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：所述的挤料喷嘴内通道截面 形状的重心与输料管路内通道截面形状的重心位于垂直于挤料喷嘴和输料管路内通道截 面的同一轴上。
7. 根据权利要求6所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：连接底座内部含有加热元 件，加热输料管路传输的物料，使其为熔融状态。
8. 权利1至7任一项所述的3D打印机速度和精度控制方法，其特征在于： 所述的打印速度调控方法是： 打印速度V = K*S*L ;其中S为喷嘴实际喷丝的截面积，L为单位打印成形面积，K是与 打印机有关的常量； 喷嘴实际喷丝截面积S和单位打印成形面积L决定进料速度，并影响热熔速度；进料速 度和热熔速度共同决定打印速度； 通过S与L的改变形成一个信号来控制打印速度，即调控喷头输料管路的进料速度； 所述的精度调控方法是：根据打印精度的不同需求，调整打印速度以控制打印精度； 打印精度要求高时，打印速度慢；打印精度要求低时，打印速度快。
9. 根据权利要求8所述的3D打印机喷头的速度和精度调控方法，其特征在于：通过控 制电机的旋转，选择具体大小内径的挤料喷嘴处于工作位改变喷嘴实际喷丝截面积S ;由 于喷头的工作移动速度大小不变，为确保每层Z轴成型高度不变，实时地调控输料管路的 进料速度，该进料速度与处于工作位的挤料喷嘴的通道内径大小成正比。
【文档编号】B22F3/115GK104085111SQ201410331490
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】熊刚, 沈震, 刘学, 王飞跃 申请人:东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心