3D打印机喷头内积存废料的清理方法与流程

本发明涉及一种3d打印机，特别涉及一种可清除3d打印喷头内腔积存耗材的结构，特别适用于3d混色/彩色打印。

背景技术：

近年来，3d打印技术发展迅速，通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，该技术已成为现代模型、模具和零件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学、文化创意等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等应用领域也占有独特地位。

现有的混色/彩色打印过程中，采用的打印方式还是传统的单头式结构且在换料过程中造成原料的相互融合，造成打印对象的色彩偏差较大；另外，3d打印机处于停机状态时，积存于喷头内的耗材随着温度降低逐步凝固，外力误拔打印耗材时，容易造成喷头内零部件的损伤。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种3d打印机喷头内腔积存耗材的清理技术，可实现混色/彩色打印的换料过程中打印原材料不相互干扰，并且保证3d打印机处于停机或者待机状态时，喷头内腔处于清空状态、无打印原材料的积存。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

3d打印机喷头内积存废料的清理方法，其步骤包括：

s1：将原料通入的熔流通道中，与此同时，安装于支撑主体的加热体散发热源并将位于熔流通道内的原料进行熔化，熔融态原料进熔流通道排出；

s2：安装于支撑主体的动力供应部件提供动力，由动力输出元件接收动力供应部件提供的旋转力并将旋转力传递至动力接收元件，通过动力接收元件驱动旋座本体绕自身轴线转动，旋座本体上设置有若干个喷头，旋座本体上还设置有数目与喷头数量相同并且与喷头内腔呈一一对应接通的导流孔，所述的多个导流孔以旋座本体的旋转中心轴线的周向呈均匀间隔分布，导流孔中心与旋座本体旋转中心的连线所在的平面为基面a，旋座本体每次旋转的角度为相邻的基面a之间夹角的整数倍，并且保持熔流通道的排料端口与其中一个导流孔的入料端口始终接通，自熔流通道排出的熔融态原料流入至与其接通的导流孔内，并流入至与该导流孔接通喷头内，自该喷头喷出；

s3：当切换与熔流通道接通的喷头时，旋座本体旋转的角度为相邻的基面a之间夹角的整数倍；与此同时，设置于支撑主体上的风道接通外部高压气源，并将高压气源自风道的排气端口排出，风道的排气端口与上述步骤s2中与熔流通道接通的喷头接通，并将该喷头内的滞留原料排除。

进一步的优化，支撑主体的端面上开设有中心轴线与多喷头组件旋转中心轴线共线的环腔一，设置于支撑主体并套接于环腔一内、且与环腔一共轴线布置的环腔二，环腔一、环腔二之间设置有凸起的环状台阶，多喷头组件包括旋座本体，且旋座本体上开设有与环腔一相匹配的外环凸起，旋座本体上还开设有套接于外环凸起内并与其共轴线布置、且与环腔二相匹配的内环凸起，旋座本体上还开设有介于外环凸起、内环凸起之间并与环状台阶相匹配的环槽，旋座本体可绕环腔一的中心轴线旋转。

进一步的优化，熔流通道的排料端口、风道的排风端口均穿设于环状台阶朝向旋座本体的端面，且熔流通道的排料端口与多喷头组件旋转中心轴线的连线与风道的排风端口与多喷头组件旋转中心轴线的连线之间的夹角为相邻的基面a之间夹角的整数倍。

进一步的优化，熔流通道的排料端口指向风道的排风端口的方向与多喷头组件的旋转方向相同，熔流通道的排料端口与多喷头组件旋转中心轴线的连线与风道的排风端口与多喷头组件旋转中心轴线的连线之间的夹角等于相邻的基面a之间夹角。

进一步优化，上述的多个喷头以多喷头组件的旋转中心轴线的周向呈均匀间隔分布，且喷头中心与多喷头组件旋转中心的连线所在的平面为基面b，相邻的基面b之间的夹角与相邻的基面a之间的夹角相同。

更为优化地，喷头、与该喷头接通的导流孔、多喷头组件旋转中心位于同一平面上。

本发明与现有技术相比，取得的进步以及优点在于，1、清理滞留的原料，当下一种不同原料进入时，不会产生混合，影响产品品质；2、避免喷头内温度降低时，原料凝固造成阻塞；3、现有打印机的热机主要目的就是为了熔化喷头内滞留物并通过喷丝的方式排除，采用本发明的结构，打印机开机时是不需要进行热机工作的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为支撑主体的结构示意图。

图3为支撑主体的剖面结构示意图。

图4为支撑主体的剖面结构示意图。

图5为多喷头组件与动力机构的结构示意图。

图6为多喷头组件的结构示意图。

图7为旋座本体的结构示意图。

图8为旋座本体与喷头相匹配的结构示意图。

图9为旋座本体的结构示意图。

图10为旋座本体与动力接收机构相匹配的结构示意图。

图11为喷头与废料积存器相匹配的结构示意图。

图12为废料积存器的结构示意图。

图中标示为：

10、支撑主体；110、环腔一；120、环腔二；130、中心柱；140、弧形气槽；150、熔流通道；151、熔流段a；152、熔流段b；160、风道；161、风道a；162、风道b；170、安装孔；

20、加热体；

30、多喷头组件；310、旋座本体；320、外环凸起；321、卡槽；330、环槽；340、导流孔；341、导流段一；342、导流段二；350、内环凸起；360、中心定位件；370、喷头；380、安装板；381、夹板a；382、夹板b；

40、动力供应部件；410、电机；420、电机安装座；430、连轴；440、动力输出元件；

450、动力接收元件；

50、接料管；

60、废料积存器；610、引导板；620、切割槽；630、收料槽。

具体实施方式

下面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，而不是全部实施例。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，都属于本发明保护范围。

如图1-12所示，应用于混色/彩色打印的疏通式3d打印机喷头，其主要包括支撑主体10、设置于支撑主体10并且可绕自身轴线转动的多喷头组件30、安装于支撑主体10的动力供应部件，支撑主体10上还设置有用于引导原料流动的熔流通道150，多喷头组件30上设置有若干个喷头370，多喷头组件30还包括数目与喷头370数量相同并且与喷头370内腔呈一一对应接通的导流孔340，所述的多个导流孔340以多喷头组件30的旋转中心轴线的周向呈均匀间隔分布，导流孔340中心与多喷头组件30旋转中心的连线所在的平面为基面a，多喷头组件30每次旋转的角度为相邻的基面a之间夹角的整数倍，并且保持熔流通道150的排料端口与其中一个导流孔340的入料端口始终接通；支撑主体10上还设置有风道160，风道160的入风端口连接高压气源，风道160的排风端口可与切换过程中的导流孔340依次接通；动力供应部件包括与多喷头组件30连接并且用于驱动多喷头组件30旋转的动力接收元件450、接收旋转力并将动力传递至动力接收元件450的动力输出元件440。

与熔流通道150接通的导流孔340为工作状态导流孔，其他的为非工作状态导流孔，原料进入熔流通道150经由导流孔340的传导并自喷头流出，从而完成预设打印程序；当需要更换与熔流通道150接通的喷头时，原工作状态导流孔旋转一定角度（角度为基面a之间夹角的整数倍）并与风道160接通，高压气源经由风道160的传导并流入至原工作状态导流孔中，将滞留于原工作状态导流孔内的原料喷出，从而完成清理过程；其主要目的以及优点在于，1、清理滞留的原料，当下一种不同原料进入时，不会产生混合，影响产品品质；2、避免喷头内温度降低时，原料凝固造成阻塞；3、现有打印机的热机主要目的就是为了熔化喷头内滞留物并通过喷丝的方式排除，采用本发明的结构，打印机开机时是不需要进行热机工作的。

如图1所示，多喷头组件30的旋转中心轴线呈水平状态布置，喷头370的喷射方向沿竖直方向布置；采用该种结构的限定，其主要为常规的3d打印方式，打印对象沿竖直方向自下而上逐步堆叠。

需要补充的是，本发明中的多喷头组件30的旋转中心轴线还可以呈竖直状态布置，喷头370的喷射方向沿水平方向布置；采用该种结构的限定，打印对象的堆叠方式沿水平方向自内而外逐层堆叠。

进一步的改进，参见附图1、5-8，上述的多个喷头370以多喷头组件30的旋转中心轴线的周向呈均匀间隔分布，且喷头370中心与多喷头组件30旋转中心的连线所在的平面为基面b，相邻的基面b之间的夹角与相邻的基面a之间的夹角相同；更为优化地，喷头370、与该喷头接通的导流孔340、多喷头组件30旋转中心位于同一平面上，可提高系统的控制精度以及降低系统的控制难度。

如图1-4，支撑主体10上设置有安装孔170，且安装孔170内匹配有加热体20，加热体20产生的热能可使得位于熔流通道150内的原料熔化。当然，直接将熔融状的原料注入至熔流通道150内也是一种可替代方式，可直接省略加热体20。

如图1、2所示，支撑主体10上还连接有与熔流通道150入料端口接通的接料管50，接料管50上设置有用于散热的散热片；其目的在于，当支撑主体10上安装有加热体20时，加热体20产生的热能会导致位于接料管50内的原料发生物理状态的改变（熔化或者软化），通过增设散热片，可降低热能对位于接料管50内的原料产生影响。

如图2-4，支撑主体10的端面上开设有中心轴线与多喷头组件30旋转中心轴线共线的环腔一110，设置于支撑主体10并套接于环腔一110内、且与环腔一110共轴线布置的环腔二120，环腔一110、环腔二120之间设置有凸起的环状台阶，多喷头组件30包括旋座本体310，且旋座本体310上开设有与环腔一110相匹配的外环凸起320，旋座本体310上还开设有套接于外环凸起320内并与其共轴线布置、且与环腔二120相匹配的内环凸起350，旋座本体310上还开设有介于外环凸起320、内环凸起350之间并与环状台阶相匹配的环槽330，旋座本体310可绕环腔一110的中心轴线旋转。

进一步的完善，上述的环腔一110的中心轴线呈水平方向布置；此时，多喷头组件30的旋转轨迹沿竖直平面分布，在对打印对象进行打印过程中，可实现由底层向高层（自下而上）逐层打印。

如图2-4，熔流通道150的排料端口、风道160的排风端口均穿设于环状台阶朝向旋座本体310的端面，且熔流通道150的排料端口与多喷头组件30旋转中心轴线的连线与风道160的排风端口与多喷头组件30旋转中心轴线的连线之间的夹角为相邻的基面a之间夹角的整数倍；尤为具体地，熔流通道150的排料端口与多喷头组件30旋转中心轴线的连线与风道160的排风端口与多喷头组件30旋转中心轴线的连线之间的夹角等于相邻的基面a之间夹角。

更为完善地，熔流通道150的排料端口指向风道160的排风端口的方向与多喷头组件30的旋转方向相同，并且当熔流通道150的排料端口与多喷头组件30旋转中心轴线的连线与风道160的排风端口与多喷头组件30旋转中心轴线的连线之间的夹角等于相邻的基面a之间夹角时，可以用最短的时间将喷头内积存的原料进行清除，其优点主要在于，原工作状态喷头内原料处于熔融状，且该喷头的温度较高，此时进行清理可达到的效果更好、且可保证无残留。

如图2、4所示，环状台阶上设置有与环腔一110共轴的弧形气槽140，弧形气槽140的一端与风道160的排风端口接通、另一端朝向熔流通道150的排料端口方向弯曲，弧形气槽140可与旋转过程中的导流孔接通；更为具体地，弧形气槽140与风道160的排风端口接通的端部为末端部，弧形气槽140朝向熔流通道150的排料端口弯曲的端部为起始端部，弧形气槽140的起始端部指向其末端部的方向为旋座本体的旋转方向；原工作状态导流孔与熔流通道150脱离后，沿指定方向旋转并与弧形气槽140的起始端接通，高压气源可通过风道160、弧形气槽140流入至原工作状态导流孔内；通过增设弧形气槽140的主要目的在于，增加高压气源的通气时间以及路程，并且可进一步的缩短喷头内积存的原料进行清除时间。

如图3所示，熔流通道150由相互接通的熔流段a151、熔流段b152组成，熔流段a151的入料端连接于接料管50的排料端口，熔流段b152的排料端用于向与其接通的导流孔340注入熔融态原料。更为具体地，熔流段a151的延伸方向垂直于环腔一110的中心轴线，熔流段b的延伸方向平行于环腔一110的中心轴线，熔流段b的排料端口垂直于旋座本体310的端面。

如图4所示，风道160由相互接通的风道a161、风道b162组成，风道a161的入风端口连接高压气源，风道a161可向风道b162内注入高压气源，风道b162的排风端口可向与其接通的导流孔内注入高压气源或者向弧形气槽140内注入高压气源。更为具体地，风道a161的延伸方向垂直于环腔一110的中心轴线，且风道a161的延伸方向垂直于熔流段a151的延伸方向，风道b162的延伸方向平行于环腔一110的中心轴线，且风道b162的延伸方向垂直于旋座本体310的端面。

如图2-4所示，支撑主体10上设置有位于环腔一110中心处的中心柱130，旋座本体310的中心处穿设有与中心柱130相固定的中心定位件360，中心定位件360的外部套接有轴承，并且中心定位件360与轴承的内圈固定，旋座本体310与轴承的外圈相固定；优选地，中心定位件360为螺栓，中心定位件360与中心柱130螺纹连接，轴承套接于中心定位件360的光杆段。

如图5-7、10所示，上述的动力接收元件450为套接于旋座本体310的大直齿轮，上述的动力输出元件440为安装于旋座本体310且与大直齿轮相啮合的小直齿轮，小直齿轮接收旋转力并将旋转力传递至大直齿轮，从而驱动旋座本体310绕自身轴线的转动。

更为完善地，动力供应部件40还包括安装于支撑主体10的电机410，电机410的输出轴端连接有与其同轴的连轴430，连轴430的输出端连接有与其共轴线的动力输出元件440（小直齿轮）。

如图1、5所示，电机410通过电机安装座420设置于支撑本体10，且动力输出元件440、电机410分别位于支撑主体10的一侧。

如图8-10所示，多喷头组件30通过安装板380与支撑主体10连接，外环凸起320的外环壁部设置有向内凹陷并且与外环凸起320同轴线的环状卡槽321，安装板380有形状相同的夹板a381、夹板b382组成，夹板a381、夹板b382的相对端面上开设有与卡槽321相匹配的环状凹槽，安装板380通过紧固件与支撑主体10相连接；更为优化地，动力输出元件440、动力接收元件450位于安装板380的相同端侧。

如图8-10所示，上述的导流孔340的入料端口设置于环槽330的槽底面；更为具体地，导流孔340由相互接通的导流段一341、导流段二342组成，导流段一341的开口端设置于环槽330的槽底面并且导流段一341的延伸方向沿旋座本体310的中心轴线方向延伸，导流段二342的延伸方向与导流段一341的延伸方向垂直并且导流段二342的排料端与喷头370的内腔接通。

如图8所示，喷头370的中心轴线垂直于旋座本体310的中心轴线，且喷头370与旋座本体310通过可拆卸连接的方式建立连接，更为具体地，喷头370通过螺纹连接方式与旋座本体310连接。

如图1、11、12，本发明还包括安装于支撑主体10的废料积存器60，废料积存器60包括朝向旋座本体310方向弯曲的引导板610，引导板610上开设有用切割自喷头喷出的废料的切割槽620；原工作状态喷头内积存的原料在高压气源的作用下，自该喷头喷出，原料自喷头喷出后会发生固化或者凝固，为此，可由切割槽620将其切断，使得清理更加完善。

进一步的完善，引导板610的底部还设置有开口向上且位于引导板610外壁部的收料槽630；收料槽630可用于收集废弃原料，并避免与打印对象粘黏。

更为完备地，切割槽620的宽度自旋座本体310的旋转方向逐步的收窄；切割槽620的起始端较宽，其可便于自喷头喷出的废弃原料进入，并逐步的由切割槽进行切割。

更为完备地，切割槽620的宽度为中心较宽，两端逐步的收窄；其可适应旋座本体310正、反转的需要，并可进行有效的切割。

进一步的完善，引导板610与旋座本体310共轴线布置，喷头370的最大旋转轨迹与引导板610内壁之间的间隔为0.5mm-2mm。

如图1、5-10所示，旋座本体310上设置有四个喷头，并且相邻的喷头之间的夹角为90°。

更为优化地，上述的四个喷头的喷口截面形状和/或尺寸不同，从而适应不同环境的打印；当喷头的喷口的形状和/或尺寸发生改变时，可调整3d打印机对打印对象的打印方式进行调整，例如打印基面时，采用较小口径的喷头打印效率慢，耗时长，如果通过切换喷头并采用较大口径或者矩形开口，可显著提高打印效率，缩短打印时间，并且可针对特殊要求，进行打印方式的替换。

3d打印机喷头内积存废料的清理方法，其步骤包括：

s1：将原料通入至接料管50内，并由接料管50引导至支撑主体10内的熔流通道150中；与此同时，安装于支撑主体10的加热体20散发热源并将位于熔流通道150内的原料进行熔化，熔融态原料进熔流通道150排出；

s2：安装于支撑主体10的动力供应部件40提供动力，由动力输出元件440接收动力供应部件40提供的旋转力并将旋转力传递至动力接收元件450，通过动力接收元件450驱动旋座本体310绕自身轴线转动，旋座本体310上设置有若干个喷头370，旋座本体310上还设置有数目与喷头370数量相同并且与喷头370内腔呈一一对应接通的导流孔340，所述的多个导流孔340以旋座本体310的旋转中心轴线的周向呈均匀间隔分布，导流孔340中心与旋座本体310旋转中心的连线所在的平面为基面a，旋座本体310每次旋转的角度为相邻的基面a之间夹角的整数倍，并且保持熔流通道150的排料端口与其中一个导流孔340的入料端口始终接通，自熔流通道150排出的熔融态原料流入至与其接通的导流孔340内，并流入至与该导流孔340接通喷头内，自该喷头喷出；

s3：当切换与熔流通道150接通的喷头时，旋座本体310旋转的角度为相邻的基面a之间夹角的整数倍；与此同时，设置于支撑主体10上的风道160接通外部高压气源，并将高压气源自风道160的排气端口排出，风道160的排气端口与上述步骤s2中与熔流通道150接通的喷头接通，并将该喷头内的滞留原料排除。

本发明提供的上述技术方案还特别适用于在食品打印，其具备喷头的自动切换功能，并且可及时的清理内部残留物，解决喷头内阻塞难清理问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明；对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限定于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。