专利名称：微注射器式多喷头三维打印机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维打印机，尤其涉及一种用多个微注射器作喷头的三维打印机。
背景技术：
三维打印机又称为三维快速成形机，根据计算机发出的工件图形控制指令，这种打印机的喷头能将其中的“墨水”选择性地喷射并沉积在下方的工作台基板上，“墨水”迅速固化后构成工件的第一层二维图形截面。此层成形完成后，喷头上升一小层高度，按照第一层的类似过程进行第二层二维图形截面的成形，此层叠加在上一层上，且彼此粘接为一体。如此一层层重复二维成形，直到整个三维工件成形完成。所谓“墨水”并非限于常见的打字和绘图墨水，而是任何可转变为流态的材料，例如可溶解的材料、可熔融的塑料、添加分散剂后可成为悬浮液(或胶体)的金属/陶瓷微粒等。用三维打印机制作工件时，无需传统的切削加工机床和工模具，在计算机的控制下，根据工件的三维CAD模型可直接成形三维实体，因而非常适合新产品的研制，能大大节省工时与成本，是当今重点发展的一种高新成形设备。三维打印机采用的喷头主要有压电式、热泡式、熔融挤压式和微注射器式等几种，其中，压电式和热泡式喷头适合于喷射黏度较低的“墨水”，熔融挤压式喷头适合于喷射热塑性塑料，因此这几种喷头的材料适用范围有较大的限制。微注射器式喷头能采用各种流态“墨水”，材料的适用范围几乎没有限制，所以近年来倍受重视。然而目前的微注射器式三维打印机通常只有一个喷头，且料筒的体积有限，无法连续供料，因此只能用作单一材料的小工件成形试验研究，难于用于多种材料和较大工件的成形生产。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种微注射器式多喷头三维打印机，可同时用多种流态材料打印成形工件，且设有自动供料系统，可不间断地连续长时间工作，以便制作由多种材质构成的大工件。本发明的技术方案为:本发明揭示了一种微注射器式多喷头三维打印机，包括:至少一个喷射用的注射器式喷头，喷射流态成形材料；至少一个存储用的注射器，存储流态成形材料；供料系统，连接所述至少一个喷射用的注射器式喷头，向所述注射器式喷头供应流态成形材料；控制系统，控制所述注射器式喷头的喷射动作；机身，用于承载所述微注射器式多喷头三维打印机；工作台，处于所述注射器式喷头的下方，与所述机身相连，用于承载成形工件，并能相对所述机身前后水平运动；水平左右运动机构，与所述注射器式喷头相连，用于驱动所述注射器式喷头沿水平方向相对所述工作台左右运动；活动横梁，与所述机身相连，用于承载所述注射器式喷头，并使所述注射器式喷头沿垂直方向相对所述机身上下运动；计算机控制与驱动系统，用于整机的自动控制与驱动。根据本发明的微注射器式多喷头三维打印机的一实施例，所述喷射用的注射器式喷头是微量注射器式喷头，其包括针头、注射用针筒、注射用上盖和注射用密封圈，其中:所述针头，其上端与所述针筒相连，用作所述流态成形材料的出口 ；所述注射用针筒，其上端与所述上盖相连，用于容纳所述流态成形材料；所述注射用上盖，其上端与所述供料系统相连，用于所述注射用针筒与所述供料系统的连接；所述注射用密封圈，位于所述注射用上盖的下端，用于所述注射用针筒的密封，防止所述流态成形材料泄漏。根据本发明的微注射器式多喷头三维打印机的一实施例，所述存储用的注射器位于所述喷射用的注射器式喷头的上方且并排布置，所述存储用的注射器包括存储用针筒、隔离活塞、存储用上盖、存储用密封圈，其中:所述存储用针筒，其上端与所述存储用上盖相连，用于容纳所述流态成形材料；所述隔离活塞，位于所述存储用针筒内，用于所述存储用针筒的上部气体与下部流态成形材料之间的隔离；所述存储用上盖，其上端与所述供料系统相连，用于所述存储用针筒与所述供料系统的连接；所述存储用密封圈，位于所述存储用上盖的下端，用于所述存储用针筒的密封，防止压缩气体泄漏。根据本发明的微注射器式多喷头三维打印机的一实施例，所述供料系统包括至少一个料箱、多通道微量蠕动泵、至少一个过滤器、至少一个溢流阀，其中:所述至少一个料箱，位于所述供料系统的起点，用于存储所述流态成形材料；所述多通道微量蠕动泵，其进口通过供液管与所述料箱相连，其出口通过所述供液管与所述过滤器相连，用于使所述料箱中的所述流态成形材料输送至所述存储用针筒以及所述注射用针筒中；所述至少一个过滤器，其进口通过所述供液管与所述多通道微量蠕动泵相连，其出口通过所述供液管与所述溢流阀和所述存储用针筒、所述注射用针筒相连；所述溢流阀，其进口通过所述供液管与所述多通道微量蠕动泵相连，其出口与所述料箱相连，当所述供液管中压力超过预定值时所述溢流阀的出口开启，排除所述供料系统中多余的流态成形材料。根据本发明的微注射器式多喷头三维打印机的一实施例，所述控制系统是气动控制系统，包括至少一个电磁换向阀、至少一个放气阀、至少一个吹净针头、至少一个节流阀，其中:所述至少一个电磁换向阀，其进口与压缩气源相连，其出口通过供气管与所述存储用的注射器相连，用于控制所述压缩气源与所述存储用的注射器的通断；至少一个放气阀，其进口与所述存储用的注射器的进气口相连，其出口与大气相连，用于排除所述存储用的注射器中的气体；至少一个吹净针头，朝向所述喷射用的注射器式喷头的针头，用于吹除所述针头处的积液和污物；至少一个节流阀，其进口通过所述供气管与所述气动控制系统相连，其出口与所述吹净针头相连，用于调节吹净气流。根据本发明的微注射器式多喷头三维打印机的一实施例，所述工作台包括伺服电机、工作台滚珠丝杠、工作台直线导轨，其中:所述伺服电机，根据工件截面图形的要求，驱动所述喷射用的注射器式喷头沿前后方向水平运动，改变所述喷头的喷射位置；所述工作台滚珠丝杠，将所述伺服电机的旋转运动变换为直线运动；所述工作台直线导轨，用于所述工作台前后水平运动的精密导向。根据本发明的微注射器式多喷头三维打印机的一实施例，所述活动横梁包括步进电机、活动横梁滚珠丝杠、活动横梁直线导轨，其中:所述步进电机，用于驱动所述活动横梁做上下运动；所述活动横梁滚珠丝杠，将所述步进电机的旋转运动变换为直线运动；所述活动横梁直线导轨，用于所述活动横梁上下运动的精密导向。本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明的方案是包括多个喷射用的注射器式喷头、多个存储用的注射器、供料系统、控制系统、机身、工作台、水平左右运动机构、活动横梁以及计算机控制与驱动系统，相较于现有技术，本发明可同时用多种流态材料打印成形工件，且设有自动供料系统，可不间断地连续长时间工作，以便制作由多种材质构成的大工件。
图1示出了本发明的微注射器式多喷头三维打印机的实施例的结构图。图2示出了本发明的吹净装置的实施例的结构图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。图1示出了本发明的微注射器式多喷头三维打印机的实施例的结构图。请参见图1，本实施例的微注射器式多喷头三维打印机主要包括:多个注射用的注射器式喷头、多个存储用的注射器、供料系统、气动控制系统、机身、工作台、水平左右运动机构、活动横梁、计算机控制与驱动系统。注射用的注射器式喷头是微量注射器式喷头，可喷射流态成形材料，包括针头13、14、15、16，注射用针筒9、10、11、12，注射用上盖1、2、3、4，注射用密封圈5、6、7、8组成。这些针头13、14、15、16的上端分别与对应的注射用针筒9、10、11、12相连，用作流态成形材料的出口。注射用针筒9、10、11、12的上端分别与注射用上盖1、2、3、4相连，用于容纳流态成形材料。注射用上盖1、2、3、4的上端与供料系统的供料管相连，用于针筒9、10、11、12和供料系统的连接。注射用密封圈5、6、7、8分别位于注射用上盖1、2、3、4的下端，用于针筒9、
10、11、12的密封，防止流态成形材料泄漏。
存储用的注射器位于喷射用的注射器式喷头的上方且并排布置，其包括存储用针筒54、62、70、78，隔离活塞53、61、69、77，存储用上盖51、59、67、75，存储用密封圈52、60、68、76。存储用针筒54、62、70、78的上端与存储用上盖51、59、67、75相连，用于容纳流态成形材料。隔离活塞53、61、69、77分别位于存储用针筒54、62、70、78内，用于存储用针筒的上部气体与下部流态成形材料之间的隔离。存储用上盖51、59、67、75的上端与供料系统相连，用于存储用针筒与供料系统的连接。存储用密封圈52、60、68、76分别位于存储用上盖51、59、67、75的下端，用于存储用针筒的密封，防止压缩气体泄漏。供料系统包括料箱37、40、43、46、多通道微量蠕动泵35、过滤器19、23、27、31、溢流阀21、25、29、33。料箱37、40、43、46位于供料系统的起点，用于存储流态成形材料。多通道微量蠕动泵35的进口通过供液管分别与料箱37、40、43、46相连，其出口通过供液管分别与过滤器19、23、27、31相连，用于使料箱37、40、43、46中的流态成形材料输送至存储用针筒54、62、70、78以及注射用针筒9、10、11、12中。过滤器19、23、27、31的进口通过供液管分别与多通道微量蠕动泵35相连，其出口通过供液管分别与溢流阀21、25、29、33和存储用针筒54、62、70、78、注射用针筒9、10、11、12相连。溢流阀21、25、29、33的进口通过供液管与多通道微量蠕动泵35相连，出口分别与材料回收料箱22、26、30、34相连，当供液管中压力超过预定值时溢流阀21、25、29、33的出口开启，排除供料系统中多余的流态成形材料。气动控制系统包括电磁换向阀48、56、64、72、放气阀49、57、65、73、吹净针头(例如图2所示的81)、节流阀(例如图2所示的82)。电磁换向阀48、56、64、72的进口与压缩气源相连，其出口通过供气管分别与存储用的注射器相连，用于控制压缩气源与存储用的注射器的通断。放气阀49、57、65、73的进口与存储用的注射器的进气口相连，其出口与大气相连，用于排除存储用的注射器中的气体。吹净针头81朝向喷射用的注射器式喷头的针头，用于吹除针头处的积液和污物。节流阀82的进口通过供气管与气动控制系统相连，其出口与吹净针头相连，用于调节吹净气流。工作台包括伺服电机、工作台滚珠丝杠、工作台直线导轨，其中伺服电机根据工件截面图形的要求，驱动喷射用的注射器式喷头沿前后方向水平运动，改变所述喷头的喷射位置。工作台滚珠丝杠将伺服电机的旋转运动变换为直线运动。工作台直线导轨用于工作台前后水平运动的精密导向。活动横梁包括步进电机、活动横梁滚珠丝杠、活动横梁直线导轨，其中步进电机用于驱动活动横梁做上下运动。活动横梁滚珠丝杠将步进电机的旋转运动变换为直线运动。活动横梁直线导轨用于活动横梁上下运动的精密导向。在图1中，多个(例如图1所示4个)水平并排布置的微量注射器式喷头的针筒
9、10、11和12，微量注射器式喷头的针头13、14、15和16，多个(例如图1所示4个)水平并排布置的大容量注射器的大容量针筒54、62、70、78和隔离活塞53、61、69和77，供料系统的多个(例如图1所示4个)料箱37、40、43和46，供料系统的多通道微量蠕动泵35，供料系统的多个(例如图1所示4个)过滤器19、23、27和31，供料系统的多个(例如图1所示4个)溢流阀21、25、29和33，气动控制系统的多个(例如图1所示4个)电磁换向阀48、56、64和72，气动控制系统的多个(例如图1所示4个)放气阀49、57、65和73，工作台18和基板17。根据计算机控制系统(未图示)的指令，接通电磁换向阀48、56、64和72中某个电磁换向阀(例如48)，来自进气口 80的压缩空气通过相应的某个电磁换向阀(例如48)、某个供气管(例如50)和某个存储用上盖(例如51)进入某个隔离活塞(例如53)的上腔，对某种流态材料(例如55)施加压力，迫使该流态材料通过相应某个微量注射器式喷头的某个注射用上盖(例如4)、某个注射用针筒(例如12)和某个针头(例如16)喷射至基板17上。上述喷射与工作台18的Y向前后运动、水平左右运动机构(未图示)相配合，可在基板17上逐步打印成形工件的某个截面轮廓层的部分图形。随后，可按照上述类似过程，使其他3个微量注射器式喷头逐一喷射其他某种流态材料(例如63、71和79)，在基板17上逐步打印成形工件的某个截面轮廓层的其他部分图形。工件的某个截面轮廓层图形打印成形完成后，活动横梁(未图示)带动该喷头上升一个层高，再打印成形工件的下一层截面轮廓图形，如此循环直到三维工件打印成形完成。图1中的多通(例如图1所示4通道)道微量蠕动泵35能同时向多个该喷头供应流态材料，每一个通道对应供应一种流态材料。例如，通过供液管38使料箱37中的流态材料55经过泵入口 36、过滤器19和供液管20流至存储用针筒54和12中。当这两个存储用针筒中流态材料的压力超过预定压力时，相应的溢流阀21开启，将多余的流态材料排至回收料箱22。图2示出了本发明采用的吹净装置的实施例的示意图，该装置由吹净针头81、节流阀82和供气管83组成，供气管83与相应的电磁换向阀48的出口相连。当喷头通过针头16完成一次喷射动作时，应立即关闭相应的电磁换向阀48,于是相应的存储用注射器的隔离活塞53的上腔迅速排气，相应喷头的针头16立即停止喷射。但是由于该针头处流态材料的表面张力作用，在该针头的下端会有微小液珠聚集。采用吹净装置后，在下一次接通电磁换向阀48时，经过节流阀82控制的微气流会吹除针头16下端聚集的液珠，保证针头16的正常喷射。同时，吹净装置还能吹除针头16下端残存的污物，避免针头堵塞。采用上述本发明后，可同时用多种流态材料打印成形工件，且设有自动供料系统，可不间断地连续长时间工作，以便制作多材质构成的大工件。上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1.一种微注射器式多喷头三维打印机，包括: 至少一个喷射用的注射器式喷头，喷射流态成形材料； 至少一个存储用的注射器，存储流态成形材料； 供料系统，连接所述至少一个喷射用的注射器式喷头，向所述注射器式喷头供应流态成形材料； 控制系统，控制所述注射器式喷头的喷射动作； 机身，用于承载所述微注射器式多喷头三维打印机； 工作台，处于所述注射器式喷头的下方，与所述机身相连，用于承载成形工件，并能相对所述机身前后水平运动； 水平左右运动机构，与所述注射器式喷头相连，用于驱动所述注射器式喷头沿水平方向相对所述工作台左右运动； 活动横梁，与所述机身相连，用于承载所述注射器式喷头，并使所述注射器式喷头沿垂直方向相对所述机身上下运动； 计算机控制与驱动系统，用于整机的自动控制与驱动。
2.根据权利要求1所述的微注射器式多喷头三维打印机，其特征在于，所述喷射用的注射器式喷头是微量注射器式喷头，其包括针头、注射用针筒、注射用上盖和注射用密封圈，其中: 所述针头，其上端与所述针筒相连，用作所述流态成形材料的出口 ； 所述注射用针筒，其上端与所述上盖相连，用于容纳所述流态成形材料； 所述注射用上盖，其上端与所述供料系统相连，用于所述注射用针筒与所述供料系统的连接； 所述注射用密封圈，位于所述注射用上盖的下端，用于所述注射用针筒的密封，防止所述流态成形材料泄漏。
3.根据权利要求2所述的微注射器式多喷头三维打印机，其特征在于，所述存储用的注射器位于所述喷射用的注射器式喷头的上方且并排布置，所述存储用的注射器包括存储用针筒、隔离活塞、存储用上盖、存储用密封圈，其中: 所述存储用针筒，其上端与所述存储用上盖相连，用于容纳所述流态成形材料； 所述隔离活塞，位于所述存储用针筒内，用于所述存储用针筒的上部气体与下部流态成形材料之间的隔离； 所述存储用上盖，其上端与所述供料系统相连，用于所述存储用针筒与所述供料系统的连接； 所述存储用密封圈，位于所述存储用上盖的下端，用于所述存储用针筒的密封，防止压缩气体泄漏。
4.根据权利要求3所述的微注射器式多喷头三维打印机，其特征在于，所述供料系统包括至少一个料箱、多通道微量蠕动泵、至少一个过滤器、至少一个溢流阀，其中: 所述至少一个料箱，位于所述供料系统的起点，用于存储所述流态成形材料； 所述多通道微量蠕动泵，其进口通过供液管与所述料箱相连，其出口通过所述供液管与所述过滤器相连，用于使所述料箱中的所述流态成形材料输送至所述存储用针筒以及所述注射用针筒中；所述至少一个过滤器，其进口通过所述供液管与所述多通道微量蠕动泵相连，其出口通过所述供液管与所述溢流阀和所述存储用针筒、所述注射用针筒相连； 所述溢流阀，其进口通过所述供液管与所述多通道微量蠕动泵相连，其出口与所述料箱相连，当所述供液管中压力超过预定值时所述溢流阀的出口开启，排除所述供料系统中多余的流态成形材料。
5.根据权利要求4所述的微注射器式多喷头三维打印机，其特征在于，所述控制系统是气动控制系统，包括至少一个电磁换向阀、至少一个放气阀、至少一个吹净针头、至少一个节流阀，其中: 所述至少一个电磁换向阀，其进口与压缩气源相连，其出口通过供气管与所述存储用的注射器相连，用于控制所述压缩气源与所述存储用的注射器的通断； 至少一个放气阀，其进口与所述存储用的注射器的进气口相连，其出口与大气相连，用于排除所述存储用的注射器中的气体； 至少一个吹净针头，朝向所述喷射用的注射器式喷头的针头，用于吹除所述针头处的积液和污物； 至少一个节流阀，其进口通过所述供气管与所述气动控制系统相连，其出口与所述吹净针头相连，用于调节吹净气流。
6.根据权利要求5所述的微注射器式多喷头三维打印机，其特征在于，所述工作台包括伺服电机、工作台滚珠丝杠、工作台直线导轨，其中: 所述伺服电机，根据工件截面图形的要求，驱动所述喷射用的注射器式喷头沿前后方向水平运动，改变所述喷头的喷射位置； 所述工作台滚珠丝杠，将所述伺服电机的旋转运动变换为直线运动； 所述工作台直线导轨，用于所述工作台前后水平运动的精密导向。
7.根据权利要求6所述的微注射器式多喷头三维打印机，其特征在于，所述活动横梁包括步进电机、活动横梁滚珠丝杠、活动横梁直线导轨，其中: 所述步进电机，用于驱动所述活动横梁做上下运动； 所述活动横梁滚珠丝杠，将所述步进电机的旋转运动变换为直线运动； 所述活动横梁直线导轨，用于所述活动横梁上下运动的精密导向。
全文摘要
本发明公开了微注射器式多喷头三维打印机，同时用多种流态材料打印成形工件，且设有自动供料系统，可不间断地连续长时间工作，以便制作由多种材质构成的大工件。其技术方案为三维打印机包括多个喷射用的注射器式喷头、多个存储用的注射器、供料系统、控制系统、机身、工作台、水平左右运动机构、活动横梁以及计算机控制与驱动系统。
文档编号B41J23/02GK103182840SQ20111045328
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者王运赣, 王宣 申请人:上海富奇凡机电科技有限公司