一种大型工业级FDM打印机的打印头及其打印方法与流程

本发明涉及一种大型工业级FDM三维打印，尤指一种大型工业级FDM打印机的辊压式打印头及其打印方法。

背景技术：

近年来，3D打印技术蓬勃发展，其中以FDM(熔融挤出)工艺技术为基础的打印机，因其成形速度快、成形材料价格低、技术简单且入门低等优势，在打印机市场非常流行。但是目前市场上FDM打印机打印头因喷嘴的限制，打印效率有限，小到几百克每小时，大至几公斤每小时，远无法满足工业级生产的需要，极大地限制了FDM打印机在大规模工业领域的应用；如公开号为CN105584044A、名称为“一种运用于大型工业级FDM3D打印机的打印头装置”的发明专利公开了一种FDM打印机打印头，该打印头是这样运行的：当伺服电机通电运行时，通过双头长形轴带动螺杆以一定的转速旋转，同时加热套筒开始加热，确保加热套筒内的材料达到熔融状态，熔融状态的材料由螺杆输送到打印头主体处，并由打印头喷嘴喷出，最后在打印平板上堆积成型三维实体模型，在该技术方案中熔融状态的材料由喷嘴喷出，喷嘴直径必须小于一定范围，否则易造成熔融状材料打印后无法定型、喷头堆或堵塞、打印平面不平、层与层之间粘接不牢、易分层等问题，而喷嘴直径较小则极大地限制了打印效率的提升。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明特提供一种即使使用较大直径喷嘴打印时也易定型、打印平面平整、层与层之间粘接牢固且打印效率高的大型工业级FDM打印机的打印头及其打印方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头，包括：打印头传动机构，其上设有驱动装置；材料熔融装置，其上设有熔融加热装置，且所述材料熔融装置上端与所述驱动装置组接，下端与喷嘴及辊压机构组接；进料装置，设于所述材料熔融装置上并位于熔融加热装置上方；熔融冷却装置，设于所述熔融加热装置外；其中所述喷嘴及辊压机构包括安装在所述材料熔融装置下端的安装板，和设于所述安装板上的电机，及设于所述电机的电机轴上的第一链轮及第一锁紧件，模头安装在材料熔融装置上，第二链轮可转动的设置于所述模头与第二锁紧件之间，所述第二链轮与所述第一链轮通过传动件连接，喷嘴安装在所述模头上，辊轮安装支架安装在所述第二链轮上，其安装位置在Y轴方向上可调，辊轮转动安装于所述辊轮安装支架上，其可沿Z轴方向轴心自由转动，且所述辊轮在Y轴方向的最低点始终低于喷嘴在Y轴的最低点。

根据本发明的一个实施例，所述驱动装置为电机减速机或液压缸，以为材料熔融装置提供动力。

根据本发明的一个实施例，所述电机的转动角度通过分析打印轨迹而生成G代码控制或由数控系统程序直接控制。

根据本发明的一个实施例，所述电机的转动角度被定义为使得所述辊轮轴心与打印轨迹切线方向始终垂直，从而保证辊轮始终对新打印的材料进行辊压。

根据本发明的一个实施例，所述辊轮采用不粘接材料，使得所述辊轮与新打印的材料面不会粘接。

根据本发明的一个实施例，所述传动件为链条。

根据本发明的一个实施例，所述喷嘴可更换的安装在所述模头上，可方便用户根据实际需要随时更换不同直径大小的喷嘴。

根据本发明的另一个方面，还提供一种使用上述任一实施例涉及的一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头的打印方法，包括:

S1.所述电机带动所述第一链轮转动；

S2.所述第一链轮带动所述第二链轮沿着所述模头中心转动；

S3.所述第二链轮转动时带动所述辊轮安装支架及所述辊轮沿着所述模头及所述喷嘴中心转动。

本发明的有益技术效果在于：

本发明所涉及的一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头，其通过将所述辊轮在Y轴方向的最低点始终低于喷嘴在Y轴的最低点，使得所述辊轮始终对喷嘴新打印的材料进行辊压，从而压平打印平面，并使得上层新打印面与下层打印面粘接更牢固以方便定型，同时从所述喷嘴新打印的平面可以及时被所述辊轮辊压从而不存在喷头堆或堵塞的问题，故而对所述喷嘴没有直径限制，可以根据需要采用较大直径喷嘴，从而提高打印效率。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例打印头的组装示意图；

图2是根据本发明一个实施例中喷嘴及辊压机构局部放大示意图；

图3是根据本发明一个实施例中打印轨迹的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。

本发明提供一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头，其整体安装于打印机一运动装置上(未图示)，所述运动装置(未图示)可以为滑枕或溜板以带动打印头整体在多轴空间内移动，从而进行扫描打印成型。

如图1和图2所示，一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头包括：打印头传动机构10、材料熔融装置20、进料装置30、熔融冷却装置40、熔融加热装置50和喷嘴及辊压机构60。

其中打印头传动机构10，其上设有一驱动装置(未图示)；材料熔融装置20，其上设有熔融加热装置50，且所述材料熔融装置20上端与所述驱动装置(未图示)组接，下端与所述喷嘴及辊压机构60组接，本实施例中所述熔融加热装置50可以为铸铝式或铸铁式等加热装置，以在熔融过程中提供热量，间接对材料进行热熔；所述进料装置30，设于所述材料熔融装置20上并位于熔融加热装置50上方，以为材料熔融装置20供给材料；所述熔融冷却装置40，设于所述熔融加热装置50外，本实施例中所述熔融冷却装置40围设于所述熔融加热装置50四周，以对所述熔融加热装置50及熔融过程中产生的热量进行冷却和隔绝，避免热量传导而影响打印环境温度及其他部件，而所述熔融加热装置50可以对打印材料进行熔融成形，并输送熔融状材料至喷嘴68进行打印成形；其中所述喷嘴及辊压机构60包括安装在所述材料熔融装置20下端的安装板61，和设于所述安装板61上的一电机62，及设于所述电机62的电机轴上的第一链轮63及第一锁紧件64(本实施例中所述第一锁紧件64为一螺母)，一模头65安装在材料熔融装置20上，一第二链轮66可转动的设置于所述模头65与一第二锁紧件67(本实施例中所述第二锁紧件67为一螺母)之间，所述第二链轮66与所述第一链轮63通过一传动件611连接，本实施例中所述第一链轮63与第二链轮66通过链条连接，一喷嘴68安装在所述模头65上，一辊轮安装支架69安装在所述第二链轮66上，其安装位置在Y轴方向上可调，从而提高了打印的灵活性；一辊轮610转动安装于所述辊轮安装支架69上，其可沿Z轴方向轴心自由转动，所述辊轮610在Y轴方向的最低点始终低于喷嘴68在Y轴的最低点。

本发明一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头的工作方式为：经打印头传动机构10、材料熔融装置20以及进料装置30、熔融冷却装置40、熔融加热装置50的辅助，材料熔融后经模头65及喷嘴68打印至工作面。其中关于材料熔融过程在公开号为CN105584044A，公开日为2016.05.18，名称为“一种运用于大型工业级FDM3D打印机的打印头装置”的专利中已有较全面描述，在此不在赘述。

其中所述打印头传动机构10安装在所述运动装置上(未图示)，所述驱动装置(未图示)的动力输出端与所述材料熔融装置20相组接，其中所述驱动装置(未图示)为电机减速机或液压缸，以为材料熔融装置20提供动力，所述材料熔融装置20可以是熔融挤出成形或柱塞式挤压成形。

如图2所示，所述第一链轮63设于所述电机62的电机轴上，以随所述电机62的转动而转动；所述第一锁紧件64设于所述第一链轮63下方以对所述第一链轮63进行托浮，使第一链轮63不脱落，同时使其在Y轴方向上无法上下窜动并可调整Y轴方向的间隙。所述第二链轮66通过轴承或转动机构安装在模头65上，使其可以沿着模头65中心进行自由转动。所述第二锁紧件67安装在模头65上，对所述第二链轮66进行托浮，使第二链轮66不脱落，同时使其在Y轴方向上无法上下窜动并可调整Y轴方向的间隙。

如图2和图3所示，所述电机62的转动角度可以通过分析打印轨迹而生成G代码控制或由数控系统程序直接控制，且本实施例中所述电机62的转动角度被定义为使得所述辊轮610轴心与打印轨迹切线方向始终垂直，从而保证辊轮610始终对新打印的材料进行辊压。

所述辊轮610在Y轴方向的最低点始终低于喷嘴68在Y轴的最低点，使得所述辊轮610始终对喷嘴68新打印的材料进行辊压，从而压平打印平面，并使得上层新打印面与下层打印面粘接更牢固以方便定型，同时从所述喷嘴68新打印的平面可以及时被所述辊轮610辊压从而不存在喷头68堆或堵塞的问题，故对所述喷嘴68没有直径限制，可以根据需要采用较大直径喷嘴，从而提高打印效率。

另，所述辊轮610采用不粘接材料，且可以沿自身Z轴方向轴心自由转动，使得所述辊轮610与新打印的材料面不会粘接。

所述喷嘴68可更换的安装在所述模头上，以方便用户根据实际需要随时更换不同直径大小的喷嘴68。

本发明还提供一种大型工业级FDM打印机辊压式打印头的打印方法，即：

S1.所述电机62带动所述第一链轮63转动；

S2.所述第一链轮63带动所述第二链轮66沿着所述模头65中心转动(模头65与喷嘴68同一轴心)；

S3.所述第二链轮66转动时带动所述辊轮安装支架69及所述辊轮610沿着所述模头65及所述喷嘴68中心转动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。