一种3D打印机的制作方法

本发明涉及3d打印设备，特别是涉及一种连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机。

背景技术：

3d打印是目前一种被广泛应用的快速成型技术，能够不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，即可快速完成各种形状的三维实体物件的快速打印。3d打印机的种类多种多样，其中存在一种连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机，该3d打印机包括基座、打印平台和复合挤出装置。打印平台和复合挤出装置自上而下依次安装于基座上。其中，复合挤出装置具有用于挤出熔融打印材料到打印喷嘴的挤出机构、及将连续长纤维输入至打印喷嘴与熔融打印材料复合的输送机构。在进行3d打印时，打印材料从复合挤出装置的加料斗加入后进入机筒内加热，挤出机构的基础电机驱动螺杆，螺杆转动将打印材料冲机筒输送到打印喷嘴中；同时，连续长纤维通过输送机构的输送电机驱动输送辊而带入到打印喷嘴中，从而使得连续长纤维被打印材料复合浸渍，并一同从打印喷嘴流出而送至打印平台，由此实现3d打印。

但是，由于现有的连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机的制造需要整套制造，制造所需时间较长，成本较高，且由于设备功能的局限性，不能够提高设备的有效利用率。并且，该3d打印机的连续长纤维的输出需要利用到输送电机才能实现输送，则在输送电机故障的时候就无法正常打印，且耗费能源。

技术实现要素：

为解决上述现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种3d打印机，通过在打印平台上设置自身不需要耗费电能的长纤维牵引机构，使得长纤维牵引机构直接利用打印平台的运动而对连续长纤维的产生拉力，即能实现拉动连续长纤维，从而不需要应用到输送电机才能实现在打印过程中保持对连续长纤维的持续牵引，能够避免输送电机故障时而无法正常打印的现象发生，且可节省能耗，降低制造成本。

一种3d打印机，包括熔料送料机构、打印喷嘴、打印平台、平台行走机构、长纤维送料机构、长纤维牵引机构、控制机构和供电机构；所述熔料送料机构包括上料机构和挤出送料机构；所述打印喷嘴与所述挤出送料机构的挤出口连通相接，且其喷嘴朝向所述打印平台；所述平台行走机构与所述打印平台驱动连接，并可驱动所述打印平台在三维方向运行；所述长纤维送料机构包括长纤维输送管和长纤维输送辊；所述长纤维输送管一端沿轴向贯穿所述打印喷嘴，并伸入到打印喷嘴内且正对悬置于所述打印喷嘴的喷嘴上方，且该端端面与打印喷嘴的喷嘴里端端面之间的空隙形成一由打印喷嘴的内腔包裹的包裹复合空间，及所述长纤维输送管的另一端外露于所述打印喷嘴的上方；所述长纤维输送辊设置于所述长纤维输送管外露的一端上方，且其输出侧所在的切线与所述长纤维输送管的轴线共线；所述长纤维牵引机构设置于打印平台，用于固定从打印喷嘴输出的由熔料包裹连续长纤维而形成的复合型物料，以在打印过程中通过打印平台的运动而连续牵引连续长纤维；所述控制机构与熔料送料机构和平台行走机构电连接；所述供电机构为所述控制机构、熔料送料机构和平台行走机构供电。

相对于现有技术，本发明3d打印机通过在打印平台上设置自身不需要耗费电能的长纤维牵引机构，使得长纤维牵引机构直接利用打印平台的运动而对连续长纤维的产生拉力，即能实现拉动连续长纤维，从而不需要应用到输送电机才能实现在打印过程中保持对连续长纤维的持续牵引，能够避免输送电机故障时而无法正常打印的现象发生，且可节省能耗，降低制造成本。

进一步，所述长纤维牵引机构为由打印平台顶面局部挖空形成的一夹缝或凹槽；或者，所述长纤维牵引机构为钉子或夹子或柱子，用于将流出到打印平台的复合型物料固定于打印平台上。通过此处限定，直接利用夹缝或凹槽作为长纤维牵引机构，容纳刚刚输出的复合型物料，而在复合型物料静置成型后即可实现对复合型物料的固定，不仅有利于简化长纤维牵引机构的结构，降低3d打印机的制造成本，而且还能保证对复合型物料的固定。

进一步，所述夹缝或所述凹槽包括沿打印平台的高度方向依次设置且相互连通的多层固定空间；每相邻两层固定空间的体积大小不同。通过此处限定，有利于利用多层固定空间对复合型物料进行加固，从而增强长纤维牵引机构对连续长纤维进行牵引的稳定性。

进一步，作为长纤维牵引机构的另一种结构，所述长纤维牵引机构包括设置于所述打印平台顶面一侧的长纤维固定体；所述长纤维固定体的外围壁面往外延伸形成多层夹板；每相邻两夹板之间的空间形成用于夹置复合型物料的固定空间。通过此处限定，利用多层夹板形成的多个固定空间对复合型物料进行固定，从而更好地增强了长纤维牵引机构对连续长纤维的牵引力，能够进一步提高本发明用于连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机进行3d打印的稳定性。

进一步，所述多层夹板沿打印平台的高度方向由上往下依次设置，且每夹板的一端开设有开口，每相邻两固定空间通过相应的开口连通。通过此处限定，有利于复合型物料能够顺利地流入到每层固定空间中，并由每层固定空间进行加固，从而进一步增强长纤维牵引机构对连续长纤维的牵引力，进一步保证连续长纤维输出的顺畅性。

进一步，每相邻两夹板的开口相互交错设置；且/或，所述多层夹板的外径由上往下依次递增。通过此处限定，能够使得进入到固定空间中的复合型物料进一步通过开口固定，从而进一步增强长纤维牵引机构对连续长纤维的牵引力，进一步保证连续长纤维输出的顺畅性。

进一步，作为多层夹板的位置的另一种结构，所述多层夹板沿打印平台宽度方向或长度方向依次设置。

进一步，本发明3d打印机还包括与控制机构电连接的长纤维输入电机；所述长纤维输入电机的电机轴与所述长纤维输送辊驱动连接；打印开始时，控制机构控制长纤维输入电机运行，驱动长纤维输送辊转动而带动连续长纤维输入到长纤维输送管中而与打印喷嘴内的熔料复合，直至复合型物料从打印喷嘴输出到打印平台并由所述长纤维牵引机构固定；在复合型物料被长纤维牵引机构固定后，控制机构控制长纤维输入电机停止运行，由长纤维牵引机构通过打印平台的运动而连续牵引连续长纤维。通过此处限定，使得在长纤维与熔料复合前，利用电机替换人手转动长纤维输送辊而实现将连续长纤维送入到打印喷嘴中与熔料复合，并输出到长纤维牵引机构中，由长纤维牵引机构固定，有利于方便的长纤维的输入操作和提高长纤维输入的稳定性，降低人工负担；而在长纤维与熔料复合并由长纤维牵引机构固定后，不再使用长纤维输入电机进行长纤维的输送，而是直接利用长纤维牵引机构对长纤维的牵引力完成长纤维的输入、复合和输出，从而不仅有利于节省能源，还能保证长纤维的输出节奏与打印节奏更加贴切。

进一步，所述平台行走机构包括x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构；

所述y轴移动机构包括底座、y轴直线驱动机构和y轴基座；所述x轴移动机构包括x轴直线驱动机构和x轴基座；所述z轴移动机构包括z轴直线驱动机构；

所述y轴基座滑动设置于所述底座上，并与所述y轴直线驱动机构驱动连接；所述x轴基座滑动设置于所述y轴基座上，并与所述x轴直线驱动机构驱动连接；所述z轴直线驱动机构设置于所述x轴基座上，并与所述打印平台驱动连接。

通过此处限定，提高了打印平台移动的稳定性，也避免了打印平台的移动过程中会对本发明的其它结构造成干扰。

进一步，所述上料机构和所述挤出送料机构分别为一塑料挤出成型机的上料机构和挤出送料机构。通过此处限定，实现本发明直接在任一种塑料挤出成型两用机的基础上进行改进，不需要另外增设挤出机构和上料机构，有效降低了连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机的制造难度，并简化了制造工序，在一定程度上降低了成本。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明3d打印机的结构示意图；

图2为本发明3d打印机的剖视结构示意图；

图3为本发明3d打印机的打印喷嘴及安装于打印喷嘴中的长纤维输送管的剖视结构示意图；

图4为本发明3d打印机的平台行走机构驱动打印平台带动长纤维牵引机构靠近打印喷嘴的喷嘴时的结构示意图；

图5为本发明3d打印机的打印平台及固定于打印平台上的长纤维牵引机构的结构示意图；

图6为本发明3d打印机变形实施例1)中的打印平台及固定于打印平台上的长纤维牵引机构的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1～图3，本发明提供了一种3d打印机，其包括熔料送料机构1、打印喷嘴2、打印平台3、平台行走机构4、长纤维送料机构5、长纤维牵引机构6、控制机构和供电机构。所述熔料送料机构1包括机台11、设置于机台11顶面的挤出送料机构12、以及与挤出送料机构12的进料口连通相接的上料机构13。所述打印喷嘴2与所述挤出送料机构12的挤出口连通相接，且其喷嘴朝向所述打印平台3。所述平台行走机构4与所述打印平台3驱动连接，并可驱动所述打印平台3在三维方向运行。所述长纤维送料机构5包括长纤维输送管51和长纤维输送辊52；所述长纤维输送管51一端沿轴向贯穿所述打印喷嘴2，并伸入到打印喷嘴2内且正对悬置于所述打印喷嘴2的喷嘴21上方，且该端端面与打印喷嘴2的喷嘴21里端端面之间的空隙形成一由打印喷嘴2的内腔包裹的包裹复合空间a，及所述长纤维输送管51的另一端外露于所述打印喷嘴2的上方。所述长纤维输送辊52设置于所述长纤维输送管51外露的一端上方，且其输出侧所在的切线与所述长纤维输送管51的轴线共线。所述长纤维牵引机构6设置于打印平台3，用于固定从打印喷嘴2输出的由熔料包裹连续长纤维而形成的复合型物料，以在打印过程中通过打印平台3的运动而连续牵引连续长纤维。所述控制机构与熔料送料机构1和平台行走机构4电连接；所述供电机构为所述控制机构、熔料送料机构1和平台行走机构4供电。

由此，在需要进行3d打印时，控制机构控制上料机构13、挤出送料机构12和平台行走机构4运行。首先，平台行走机构4驱动打印平台3运行，直至带动长纤维牵引机构6位于打印喷嘴2的喷嘴21的正下方，并与靠近打印喷嘴2，如图4所示。其次，上料机构13将塑料物料输入到挤出送料机构12中，由挤出送料机构12对塑料物料进行加热形成熔融塑料后，再挤出到打印喷嘴2中；与此同时，通过手动转动长纤维输送辊52，带动连续长纤维b输入到长纤维输送管51中。当连续长纤维从长纤维输送管51进入到所述包裹复合空间a时，打印喷嘴2中的熔料也刚好进入到所述包裹复合空间a中，并包裹连续长纤维的外围，由此形成复合型物料。然后，随着挤出送料机构12的继续挤出和长纤维输送辊52的继续转动，不断进入到所述包裹复合空间a中的连续长纤维和熔料相互融合，不断形成复合型物料，并不断输出到设置在打印平台3的长纤维牵引机构6中。当熔融的复合型物料静置成型后，其便会固定在长纤维牵引机构6中，而不会脱落变形，此时，即可松开长纤维输送辊52，控制机构会根据所需打印的3d制品控制平台行走机构4运行，而驱动打印平台3运动，则固定在打印平台3的长纤维牵引机构6便会利用打印平台3的移动而对长纤维输送管51中的连续长纤维进行拉动，实现连续长纤维不断经过长纤维输送辊52和长纤维输送管51而与熔料复合并输出到打印平台3，实现3d打印。

其中，控制机构如何实现适时对上料机构13、挤出送料机构12和平台行走机构4的控制，可根据本发明对打印机的工作过程的说明结合现有技术的控制手段得到，故在此不进行赘述。

本实施例中，所述上料机构13的结构与现有用于塑料物料的上料机构13的结构相同，所述挤出送料机构12的结构也与现有用于塑料物料的熔融和挤出的挤出送料机构12的结构相同，所述打印喷嘴2与现有3d打印机的打印喷嘴2结构相同，故在此不赘述。

而为有效降低本发明用于连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机的制造难度，简化其制造工序，并在一定程度上降低成本，作为一种更优的技术方案，所述上料机构13和所述挤出送料机构12分别为现有的塑料挤出成型机的上料机构13和挤出送料机构12。如，为注塑机的上料机构13和挤出送料机构12，此时，注塑机的挤出送料机构12的注塑喷嘴不需要使用，而是替换为3d打印机专用的打印喷嘴2。

为尽可能地简化本发明3d打印机的结构，在保证对连续长纤维的稳定牵引的同时，降低制造成本和使用成本，本实施例优选地，请参阅图5，所述长纤维牵引机构6为由打印平台3顶面局部挖空形成的一夹缝或凹槽。

在本实施例中，所述夹缝或凹槽为长条形形状。而在其它变形实施例中，可以不对夹缝和凹槽的形状进行限定，如所述夹缝或所述凹槽还可以为波浪形或锯齿形或多边形或圆形或圆环形；而夹缝或凹槽的形状具有更多的弯折处时，其对置于自身中的复合型物料便具有更强的固定性，从而也对连续长纤维具有更强的牵引力。

为进一步对复合型物料进行加固，进一步增强长纤维牵引机构6对连续长纤维进行牵引的稳定性，作为一种更优的技术方案，所述夹缝或所述凹槽包括沿打印平台3的高度方向依次设置且相互连通的多层固定空间；每相邻两层固定空间的体积大小不同。由此，在进行正式打印前，熔融的复合型材料不断流入到每层固定空间中，等到静置成型后，每层固定空间便会对其容纳的成型复合型材料具有固定作用力。

本实施例中，请参阅图1，所述平台行走机构4包括x轴移动机构41、y轴移动机构42和z轴移动机构(图未示)。所述y轴移动机构42包括底座421、y轴直线驱动机构422和y轴基座423。所述x轴移动机构41包括x轴直线驱动机构411和x轴基座412。所述z轴移动机构包括z轴直线驱动机构。所述y轴基座423滑动设置于所述底座421上，并与所述y轴直线驱动机构422驱动连接。所述x轴基座412滑动设置于所述y轴基座423上，并与所述x轴直线驱动机构411驱动连接。所述z轴直线驱动机构设置于所述x轴基座412上，并与所述打印平台3驱动连接。

上述各个直线驱动机构与控制机构电连接，并且，各直线驱动机构可以为气缸或油缸或电动推杆或电缸或动力轴通过滚珠丝杆将转动运动转换为直线运动的电机或通过皮带将转动运动转换直线运动的电机直线驱动机构。

本发明中所说的连续长纤维可以为碳纤维或高分子纤维或植物纤维或金属纤维。

另外，本发明还具有其它变形实施例，例如：

1)改变长纤维牵引机构6的结构，也即，请参阅图6，结构改变后的长纤维牵引机构6’包括设置于所述打印平台3顶面一侧的长纤维固定体61。所述长纤维固定体61的外围壁面往外延伸形成多层夹板611。每相邻两夹板之间的空间形成用于夹置复合型物料的固定空间d。此时，利用多层夹板611形成的多个固定空间对复合型物料进行固定，有利于更好地增强了长纤维牵引机构6对连续长纤维的牵引力，能够进一步提高本发明用于连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机进行3d打印的稳定性。

2)在基于变形实施例1)的基础上，为进一步增强长纤维牵引机构6对连续长纤维的牵引力，优选地，所述多层夹板611沿打印平台3的高度方向由上往下依次设置，且每夹板的一端开设有开口，每相邻两固定空间通过相应的开口连通。而更优选地，每相邻两夹板的开口相互交错设置。为保证连续长纤维输出的顺畅性，进一步优选地，所述多层夹板611的外径由上往下依次递增。

3)在基于变形实施例1)的基础上，为进一步增强长纤维牵引机构6对连续长纤维的牵引力，优选地，所述多层夹板611沿打印平台3宽度方向或长度方向依次设置。

4)在变形实施例1)～3)任一实施例的基础上，还可以进一步利用钉子或柱子或夹子对在长纤维牵引机构6’上的复合型物料进一步加固。

5)改变长纤维牵引机构6的结构，也即，直接用钉子或柱子或夹子作为长纤维牵引机构，在复合型物料流出到打印平台3时，直接用钉子或柱子或夹子将其固定于打印平台3上。

6)增设一与控制机构电连接的长纤维输入电机。所述长纤维输入电机的电机轴与所述长纤维输送辊52驱动连接。打印开始时，控制机构控制长纤维输入电机运行，驱动长纤维输送辊52转动而带动连续长纤维输入到长纤维输送管51中而与打印喷嘴2内的熔料复合，直至复合型物料从打印喷嘴2输出到打印平台3并由所述长纤维牵引机构6固定。在复合型物料被长纤维牵引机构6固定后，控制机构控制长纤维输入电机停止运行，由长纤维牵引机构6通过打印平台3的运动而连续牵引连续长纤维。由此，使得在长纤维与熔料复合前，利用电机替换人手转动长纤维输送辊52而实现将连续长纤维送入到打印喷嘴2中与熔料复合，并输出到长纤维牵引机构6中，由长纤维牵引机构6固定，有利于方便的长纤维的输入操作和提高长纤维输入的稳定性，降低人工负担；而在长纤维与熔料复合并由长纤维牵引机构6固定后，不再使用长纤维输入电机进行长纤维的输送，而是直接利用长纤维牵引机构6对长纤维的牵引力完成长纤维的输入、复合和输出，从而不仅有利于节省能源，还能保证长纤维的输出节奏与打印节奏更加贴切。

相对于现有技术，本发明3d打印机通过在打印平台上设置自身不需要耗费电能的长纤维牵引机构，使得长纤维牵引机构直接利用打印平台的运动而对连续长纤维的产生拉力，即能实现拉动连续长纤维，从而不需要应用到输送电机才能实现在打印过程中保持对连续长纤维的持续牵引，能够避免输送电机故障时而无法正常打印的现象发生，且可节省能耗，降低制造成本。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。