协同并行多喷头的3D打印装置的制作方法

本申请涉及3d打印领域，特别是涉及一种协同并行多喷头的3d打印装置。

背景技术：

3d打印(3dp)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

其中，fff(熔丝制造法)是一种对丝材进行加热熔化，再由喷嘴挤出并逐层叠加，形成所需零件的增材制造方法。由于原理的限制，零件必须逐层扫描叠加，对于大型零件的打印会消耗太多的时间，使得打印效率低下。受效率的制约使fff3d打印机很难真正的市场化应用，阻碍了fff3d打印机的发展。

技术实现要素：

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

本申请提供了一种协同并行多喷头的3d打印装置，包括：

主体支架，设置在底部，用于支撑所述3d打印装置中的其他零件；

打印平台，支撑在所述主体支架处，用作打印支撑；

y轴丝杠，数量为两个，两个y轴丝杠对应于所述主体支架的两侧，每侧的主体支架的两端对应设有一个y轴丝杆支撑座，每一y轴丝杠沿所述主体支架的竖向设置并通过对应的y轴丝杆支撑座安装在所述主体支架处；和

多个3d打印单元，沿所述y轴丝杠垂直叠加布置，每一3d打印单元用于单独打印零件或与其他3d打印单元共同打印零件，每一3d打印单元具有对应的安装架以及安装于其上的y向运动机构、z向运动机构、x向运动机构及挤出机构，所述y向运动机构与所述安装架相连，所述x向运动机构通过所述安装架与所述z向运动机构相连，所述挤出机构与所述x向运动机构相连，所述y向运动机构用于带动对应的3d打印单元沿所述y轴丝杠往复运动，所述z向运动机构用于带动所述x向运动机构及所述挤出机构沿z轴往复运动，所述x向运动机构用于带动所述挤出机构沿x轴往复运动，所述挤出机构用于打印；

其中，所述主体支架的水平方向定义为x轴，所述主体支架的竖直方向定义为y轴，垂直于所述主体支架的方向定义为z轴。

可选地，所述安装架包括：

z轴支架，数量为两个并对应于两个y轴丝杠，每一z轴支架用于对应安装y向运动机构和z向运动机构，所述每一z轴支架通过所述y向运动机构可相对于其对应的y轴丝杠滑动；

连接横梁，设置在两个z轴支架上部位置处并与它们垂直，且与所述两个z轴支架形成门框型结构；和

x轴支架，垂直于所述两个z轴支架，通过所述z向运动机构沿所述两个z轴支架的轴向滑动。

可选地，所述y向运动机构的数量为两个，对应于两个y轴丝杆，所述y向运动机构包括：

y轴伺服电机，固定在对应的z轴支架处，用于提供运动动力；

同步轮，对应设置在所述y轴伺服电机的输出轴及所述y轴丝杠处；

同步带，绕过所述同步轮并与所述同步轮形成带传动结构；和

丝杆旋转螺母，安装所述y轴丝杆处并与其相啮合，所述丝杆旋转螺母与所述z轴支架及所述y轴丝杠处的同步轮固定连接；

其中，所述y轴伺服电机输出动力，经所述同步轮及所述同步带传动，带动所述丝杆旋转螺母相对所述所述y轴丝杆沿y轴运动，进而使得其对应的3d打印单元沿y轴往复运动。

可选地，所述y向运动机构还包括：

y轴导轨，固定在所述主体支架处，且与对应的y轴丝杆垂直叠加设置，用于提供导向；和

y轴滑块，固定在对应的z轴支架下部，可相对所述y轴导轨滑动。

可选地，所述z向运动机构的数量为两个，对应于两个z轴支架，所述z向运动机构包括：

z轴伺服电机，固定在对应的z轴支架的顶端，用于提供运动动力；

z轴联轴器，固定在所述z轴伺服电机的输出轴处；

z轴丝杆支撑座及z轴丝杆固定座，分别固定在对应的z轴支架的上部和下部位置处，用做支撑；

z轴丝杆，安装在所述z轴丝杆支撑座及所述z轴丝杆固定座处并通过所述z轴联轴器与所述z轴伺服电机相连；和

z轴丝杆螺母，安装在所述z轴丝杆上并与其相啮合，所述z轴丝杆螺母还与所述x轴支架固定连接；

其中，所述z轴伺服电机输出动力，带动所述z轴丝杆转动，使得所述z轴丝杆螺母相对所述z轴丝杆沿z轴运动，进而带动所述x轴支架、所述x向运动机构及所述挤出机构沿z轴往复运动。

可选地，所述z向运动机构还包括：

直线导轨，设置在对应的z轴支架的内侧，并相对z轴支架的轴线平行，用于提供运动导向；和

z轴滑块，固定在对应的z轴丝杆螺母与所述x轴支架之间，可相对所述直线导轨滑动。

可选地，所述x向运动机构包括：

x轴电机，固定在所述x轴支架处，用于提供运动动力；

x轴联轴器，固定在所述x轴伺服电机的输出轴处；

x轴丝杆固定座及x轴丝杆支撑座，分别固定在对应的x轴支架的左端和右端位置处，用做支撑；

x轴丝杆，安装在所述x轴丝杆支撑座及所述x轴丝杆固定座处并通过所述x轴联轴器与所述x轴伺服电机相连；和

x轴丝杆滑块，具有内螺纹，其安装在所述x轴丝杆上并与所述x轴丝杆相啮合，所述x轴丝杆滑块还与所述挤出机构固定连接；

其中，所述x轴伺服电机输出动力，带动所述x轴丝杆转动，使得所述x轴丝杆滑块相对所述x轴丝杆沿x轴运动，进而带动所述挤出机构沿x轴往复运动。

可选地，所述x向运动机构还包括x轴导轨，数量为两个，设置在所述x轴支架的上端和下端处，并相对所述x轴支架的轴线平行，用于提供运动导向，所述x轴丝杆滑块可相对所述x轴导轨滑动。

可选地，所述挤出机构包括：

挤出机固定块，与所述x向运动机构固定连接；

挤出机，固定连接在所述挤出机固定块的下方；

挤出电机，安装在所述挤出机处，用于提供挤出动力；

散热风扇，安装在所述挤出机的侧部处；

散热器，安装在所述挤出机的下方；

加热块，位于所述散热器的下方，与所述挤出机相连，其内设有料管；和

喷嘴，固定连接在所述加热块处，并与所述料管相连通。

本申请的协同并行多喷头的3d打印装置，采用多个3d打印单元共用y轴丝杠及打印平台，每一3d打印单元具有独立的y向运动机构、z向运动机构、x向运动机构及挤出机构，能够实现单独打印零件或与分区域共同打印零件。通过对零件的分区域同时打印可以大大的减小大型零件的成型时间，提升打印效率。使得本申请便于市场化应用，加速了fff3d打印机的发展。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请一个实施例的协同并行多喷头的3d打印装置的示意性立体图；

图2是图1所示协同并行多喷头的3d打印装置的示意性主视图；

图3是图2所示协同并行多喷头的3d打印装置的剖开x轴支架后的示意性结构图；

图4是图1所示a的示意性局部放大视图；

图5是图1所示b的示意性局部放大视图。

1003d打印装置，

1013d打印单元，

iy向运动机构，iiz向运动机构，iiix向运动机构，vi挤出机构，

1主体支架、2y轴丝杆支撑座、3y轴丝杆、4丝杆旋转螺母、5y轴伺服电机、6z轴丝杆支撑座、7z轴支架、8z轴丝杆、9z轴丝杆螺母、10x轴支架、11z轴丝杆固定座、12z轴联轴器、13z轴伺服电机、14直线导轨、15打印平台、16x轴电机、17挤出电机、18挤出机、19散热器、20散热风扇、21加热块、22喷嘴、23同步带、24同步轮、25z轴滑块、26x轴丝杆、27x轴导轨、28挤出机固定块、29x轴丝杆滑块、30x轴联轴器、31x轴丝杆固定座、32连接横梁、33y轴导轨、34y轴滑块、35x轴丝杆支撑座。

具体实施方式

图1是根据本申请一个实施例的协同并行多喷头的3d打印装置的示意性立体图。图2是图1所示协同并行多喷头的3d打印装置的示意性主视图。图3是图2所示协同并行多喷头的3d打印装置的剖开x轴支架后的示意性结构图。图4是图1所示a的示意性局部放大视图。图5是图1所示b的示意性局部放大视图。

如图1所示，还可参见图2-图5，本实施例中，一种协同并行多喷头的3d打印装置100，一般性可以包括：主体支架1、打印平台15、y轴丝杠和多个3d打印单元101。主体支架1设置在底部，用于支撑所述3d打印装置100中的其他零件。更具体地，主体支架1为框架结构。打印平台15支撑在所述主体支架1处，用作打印支撑。y轴丝杠的数量为两个。两个y轴丝杠对应于所述主体支架1的两侧。每侧的主体支架1的两端对应设有一个y轴丝杆3支撑座2。每一y轴丝杠沿所述主体支架1的竖向设置并通过对应的y轴丝杆支撑座2安装在所述主体支架1处。多个3d打印单元101沿所述y轴丝杠垂直叠加布置。每一3d打印单元101用于单独打印零件或与其他3d打印单元共同打印零件。每一3d打印单元101具有对应的安装架以及安装于其上的y向运动机构i、z向运动机构ii、x向运动机构iii及挤出机构vi。所述y向运动机构i与所述安装架(图中未标出)相连。所述x向运动机构iii通过所述安装架与所述z向运动机构ii相连。所述挤出机构vi与所述x向运动机构iii相连。所述y向运动机构i用于带动对应的3d打印单元101沿所述y轴丝杠往复运动。所述z向运动机构ii用于带动所述x向运动机构iii及所述挤出机构vi沿z轴往复运动。所述x向运动机构iii用于带动所述挤出机构vi沿x轴往复运动，所述挤出机构vi用于打印。其中，所述主体支架1的水平方向定义为x轴，所述主体支架1的竖直方向定义为y轴，垂直于所述主体支架1的方向定义为z轴。

本申请的协同并行多喷头的3d打印装置100，采用多个3d打印单元101共用y轴丝杠及打印平台15，每一3d打印单元101具有独立的y向运动机构i、z向运动机构ii、x向运动机构iii及挤出机构vi，能够实现单独打印零件或与分区域共同打印零件。本申请通过通过对大型零件分区域同时打印，不再需要对零件进行分割打印后拼接成整体，可以一次性打印出来，因此可以大大的减小大型零件的成型时间，提升打印效率。使得本申请便于市场化应用，对fff3d打印机市场应用起到积极的推动作用。

进一步地，本申请还可以配置成使打印零件在同一层喷头与喷头衔接处发散分布，使衔接点不会在同一处，从而不会影响打印件的强度。

更进一步地，本申请中每一3d打印单元101中的挤出机构vi固定在各自的x向运动机构iii处，使得本申请能实现真正的并联打印，还能实现每一3d打印单元101的单独打印和独立工作。本申请的每一3d打印单元101的挤出机构vi拥有自己独立的x轴及z轴，只是在y轴方向上相同，共用一个y轴，相当于3d打印单元101的并联，但是每个3d打印单元101又同时拥有整个y轴长度的打印范围。故本申请可以在打印同一种材料时，多个挤出机构vi中的多个喷嘴22同时工作，也可以用每个喷嘴22单独打印单独的零件或用其中一个喷嘴22打印一个大范围零件，真正意义上实现并联协同打印，实现打印效率的提升。

如图3所示，本实施例中，所述安装架包括：z轴支架7、连接横梁32和x轴支架10。z轴支架7的数量为两个并对应于两个y轴丝杠。每一z轴支架7用于对应安装y向运动机构i和z向运动机构ii。所述每一z轴支架7通过所述y向运动机构i可相对于其对应的y轴丝杠滑动。连接横梁32设置在两个z轴支架7上部位置处并与它们垂直，且与所述两个z轴支架7形成门框型结构。x轴支架10垂直于所述两个z轴支架7，通过所述z向运动机构ii沿所述两个z轴支架7的轴向滑动。

如图1所示，还可参见图5，本实施例中，所述y向运动机构i的数量为两个，对应于两个y轴丝杆3。如图5所示，所述y向运动机构i包括：y轴伺服电机5、同步轮24、同步带23和丝杆旋转螺母4。y轴伺服电机5固定在对应的z轴支架7处，用于提供运动动力。同步轮24对应设置在所述y轴伺服电机5的输出轴及所述y轴丝杠处。同步带23绕过所述同步轮24并与所述同步轮24形成带传动结构。丝杆旋转螺母4安装所述y轴丝杆3处并与其相啮合，所述丝杆旋转螺母4与所述z轴支架7及所述y轴丝杠处的同步轮24固定连接。其中，所述y轴伺服电机5输出动力，经所述y轴伺服电机5的输出轴处的同步轮24及所述同步带23传动，带动所述y轴丝杠处的同步轮24转动，带动所述丝杆旋转螺母4相对所述所述y轴丝杆3沿y轴运动，进而使得其对应的3d打印单元101沿y轴往复运动。

如图1所示，本实施例中，所述y向运动机构i还包括：y轴导轨33和y轴滑块34。y轴导轨33固定在所述主体支架1处，且与对应的y轴丝杆3垂直叠加设置，用于提供导向。轴滑块固定在对应的z轴支架7下部，可相对所述y轴导轨33滑动。保证y向运动机构i在y轴上的运动精度。

如图1所示，还可参见图2，本实施例中，所述z向运动机构ii的数量为两个，对应于两个z轴支架7，所述z向运动机构ii包括：z轴伺服电机13、z轴联轴器12、z轴丝杆支撑座6、z轴丝杆固定座11及z轴丝杆螺母9。z轴伺服电机13固定在对应的z轴支架7的顶端，用于提供运动动力。z轴联轴器12固定在所述z轴伺服电机13的输出轴处。z轴丝杆支撑座6及z轴丝杆固定座11分别固定在对应的z轴支架7的上部和下部位置处，用做支撑。z轴丝杆8安装在所述z轴丝杆支撑座6及所述z轴丝杆固定座11处并通过所述z轴联轴器12与所述z轴伺服电机13相连。z轴丝杆螺母9安装在所述z轴丝杆8上并与其相啮合，所述z轴丝杆螺母9还与所述x轴支架10固定连接。其中，所述z轴伺服电机13输出动力，通过z轴联轴器12带动所述z轴丝杆8转动，使得所述z轴丝杆螺母9相对所述z轴丝杆8沿z轴运动，进而带动所述x轴支架10、所述x向运动机构iii及所述挤出机构vi沿z轴往复运动。

如图3所示，本实施例中，所述z向运动机构ii还包括：直线导轨14和z轴滑块25。直线导轨14设置在对应的z轴支架7的内侧，并相对z轴支架7的轴线平行，用于提供运动导向。z轴滑块25固定在对应的z轴丝杆螺母9与所述x轴支架10之间，可相对所述直线导轨14滑动。以保证在z轴伺服电机13的带动下通过z轴丝杆8，z轴丝杆螺母9在z轴上运动的精度。

如图3所示，本实施例中，所述x向运动机构iii包括：x轴电机16、x轴联轴器30、x轴丝杆固定座31、x轴丝杆支撑座35、x轴丝杆26和x轴丝杆滑块29。x轴电机16固定在所述x轴支架10处，用于提供运动动力。x轴联轴器30固定在所述x轴伺服电机的输出轴处。x轴丝杆固定座31及x轴丝杆支撑座35分别固定在对应的x轴支架10的左端和右端位置处，用做支撑。x轴丝杆26安装在所述x轴丝杆支撑座35及所述x轴丝杆固定座31处并通过所述x轴联轴器30与所述x轴伺服电机相连。x轴丝杆滑块29具有内螺纹，其安装在所述x轴丝杆26上并与所述x轴丝杆26相啮合，所述x轴丝杆滑块29还与所述挤出机构vi固定连接。其中，所述x轴伺服电机输出动力，通过x轴联轴器30带动所述x轴丝杆26转动，使得所述x轴丝杆滑块29相对所述x轴丝杆26沿x轴运动，进而带动所述挤出机构vi沿x轴往复运动。

如图3所示，本实施例中，所述x向运动机构iii还包括x轴导轨27，数量为两个，设置在所述x轴支架10的上端和下端处，并相对所述x轴支架10的轴线平行，用于提供运动导向，所述x轴丝杆滑块29可相对所述x轴导轨27滑动。以保证x向运动机构iii在x轴上的运动精度。

如图4所示，本实施例中，所述挤出机构vi包括：挤出机固定块28、挤出机18、挤出电机17、散热风扇20、散热器19、加热块21和喷嘴22。挤出机固定块28通过螺栓与所述x向运动机构iii固定连接，使得挤出机构vi与x向运动机构iii同步运动。挤出机18固定连接在所述挤出机固定块28的下方。挤出电机17安装在所述挤出机18处，用于提供挤出动力。散热风扇20安装在所述挤出机18的侧部处。散热器19安装在所述挤出机18的下方。加热块21位于所述散热器19的下方，通过螺纹与所述挤出机18相连，加热块21内设有料管。喷嘴22通过螺纹固定连接在所述加热块21处，并与所述料管相连通。喷嘴22与加热块21通过螺纹与散热器19相连。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。