一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体是一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机。

背景技术：

基于FDM技术的传统3D打印设备是单喷头打印或双喷头打印。单喷头打印机成型时间长、打印速度慢，只可打印单一色彩模型。双喷头打印机包含主、副喷头，主喷头打印模型，副喷头打印支撑，而后处理中支撑是被去除掉的，因此双喷头打印机仍无法实现多彩色打印。另外，即使利用不同颜色材料实现模型各组成部分的打印，并通过粘贴达到多彩色模型制作的目的，也会由于过程繁琐、达不到全自动化的效果而无法满足市场需求。

申请号201520136145.4公开了一种多喷头3D打印机，在打印机上设置有至少一个粗加工喷头、一个精加工喷头、一个支撑喷头，将这些不同型号的喷头装置在一台打印机上面，多种喷头可以使用多种颜色的打印材料进行3D打印。该3D打印机可做到精粗加工，彩色打印，但是所有喷头需装在一个本体上，打印空间小、结构复杂。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机。该打印机的扫描头只沿Y方向进行喷丝打印，工作台根据零件的需求可在X轴方向进行运动，并与扫描头一起构成了X-Y平面的运动系统；每固化一层，Z轴带动工作台下降一个层片的厚度，然后喷头喷丝打印，在设定空间内，可在打印机底座搭建一个喷头或多个喷头交替打印，空间不干涉，实现喷头全自动化与模型的多彩色打印功能。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机，其特征在于该打印机包括执行机构、传动机构、驱动机构、支撑机构、料盘装置机构和底座；所述执行机构包括第一扫描头、第二扫描头、第三扫描头和工作台；所述传动机构包括X向传动机构、第一Y向传动机构、第二Y向传动机构、第三Y向传动机构和Z向传动机构；所述驱动机构包括X向伺服电机、第一Y向伺服电机、第二Y向伺服电机、第三Y向伺服电机和Z向伺服电机；所述支撑机构包括X向安装底板、第一Y向安装底板、第二Y向安装底板、第三Y向安装底板、第一Z向直线导轨安装底板、Z向安装底板、第二Z向直线导轨安装底板、第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板；所述料盘装置机构包括第一料盘、第二料盘、第三料盘、第一丝料挂钩、第二丝料挂钩和第三丝料挂钩；

所述第一扫描头包括喷头和喷嘴，喷嘴安装在喷头上；所述第二扫描头、第三扫描头与第一扫描头的结构和安装方式完全相同；所述第一扫描头与第一Y向传动机构连接；所述第二扫描头与第二Y向传动机构连接；第三扫描头与第三Y向传动机构连接；所述工作台分别与X向传动机构与Z向传动机构连接；

所述X向传动机构垂直搭建在Z向传动机构上，包括第一X向直线导轨、第二X向直线导轨、X向滚珠丝杠和X向联轴器；所述第一X向直线导轨、第二X向直线导轨和X向滚珠丝杠均与X向安装底板连接；所述第一Y向传动机构与第一Y向安装底板连接，包括第一Y向滚珠丝杠和第一Y向联轴器；所述第二Y向传动机构、第三Y向传动机构与第一Y向传动机构的结构和安装方式完全相同，第二Y向传动机构与第二Y向安装底板连接，第三Y向传动机构与第三Y向安装底板连接；所述Z向传动机构包括第一Z向直线导轨、第二Z向直线导轨、Z向滚珠丝杠和Z向联轴器；所述第一Z向直线导轨紧固在第一Z向直线导轨安装底板上；第二Z向直线导轨紧固在第二Z向直线导轨安装底板上；所述Z向滚珠丝杠与Z向安装底板连接；

所述X向伺服电机通过X向联轴器与X向滚珠丝杠连接；所述第一Y向伺服电机通过第一Y向联轴器与第一Y向滚珠丝杠连接；所述第二Y向伺服电机与第二Y向传动机构连接；所述第三Y向伺服电机与第三Y向传动机构连接；所述Z向伺服电机通过Z向联轴器与Z向滚珠丝杠连接；

所述第一Y向安装底板的左右两端分别与第一Z向直线导轨安装底板和第一支撑板的上端连接；所述第二Y向安装底板的左右两端分别与Z向安装底板和第二支撑板的上端连接；所述第三Y向安装底板的左右两端分别与第二Z向直线导轨安装底板和第三支撑板的上端连接；所述第一Z向直线导轨安装底板、Z向安装底板和第二Z向直线导轨安装底板的下端安装于底座上；所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板的下端安装于底座上；

所述第一料盘位于第一Z向直线导轨安装底板的中心位置；所述第二料盘位于第一支撑板的中心位置；所述第三料盘位于第三支撑板的中心位置；所述第一丝料挂钩、第二丝料挂钩和第三丝料挂钩分别位于第一料盘、第二料盘和第三料盘的上方位置；所述第一料盘包括固定夹、紧固螺母、丝料盘和料盘安装轴；所述料盘安装轴与Z向安装底板连接，丝料盘安装在料盘安装轴上，通过固定夹卡住，利用紧固螺母锁紧；所述第二料盘与第三料盘与第一料盘的结构和安装方式完全相同。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1、该打印机克服了传统3D纯色打印的缺陷。可根据意愿在Y方向扩展2个及以上的喷头结构，不仅实现多喷头交替全自动的三维打印，也可选择不同颜色的丝材，实现多彩色模型的制作。该打印机结构简单、成本低廉、操作简便。

2、该打印机的扫描头只沿Y方向进行喷丝打印，仅有1个自由度，运动过程、运动方式、运动路线较为简单；在设定空间内，可在打印机底座搭建一个喷头或多个喷头交替打印，空间不干涉，每个喷头都是一个独立的单元，实施送丝、熔融、出丝、走轨迹各成型步骤都更为简单。工作台运动路线包括X、Z两个方向，打印时，工作台沿Z方向每次下降一个打印层面的厚度，因此竖直方向的运动形式是直线下降的单向运动，而X方向的运动是与Z方向独立的往复运动，所以该打印机的运动惯量较小，工作台行程范围较大，打印区域较广。

3、该打印机的各支撑板间距相当，有足够的空间位置放置打印所需料盘，设计的丝料盘安装机构，解决了多喷头3D打印机成型材料放置的难题。在支撑板上部，对应于丝料盘安装机构设计有丝料挂钩，它可对送入喷头的丝料进行约束，避免了材料的打结、缠绕。

4、该打印机采用滚珠丝杠传动机构，较于使用齿形带传动的3D打印机具有运动平稳、传动效率高、定位精确、承载能力强、结构简单紧凑的特点。打印机Y方向传动机构仅使用滚珠丝杠副，没有使用导轨副，因此其Y方向的传动系统部件少，连接方便，结构简单。

5、该打印机的驱动机构采用伺服电机，较于使用步进电机的3D打印机具有控制精度高、运行性能稳定的特点。

附图说明

图1为本实用新型基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机一种实施例的整体结构的等轴测示意图；

图2本实用新型基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机一种实施例的主视结构示意图；

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机(简称打印机，参见图1-2)包括执行机构1、传动机构2、驱动机构3、支撑机构4、料盘装置机构5和底座6；所述执行机构1包括第一扫描头101、第二扫描头102、第三扫描头103和工作台104；所述传动机构2包括X向传动机构201、第一Y向传动机构202、第二Y向传动机构203、第三Y向传动机构204和Z向传动机构205；所述驱动机构3包括X向伺服电机301、第一Y向伺服电机302、第二Y向伺服电机303、第三Y向伺服电机304和Z向伺服电机305；所述支撑机构4包括X向安装底板401、第一Y向安装底板402、第二Y向安装底板403、第三Y向安装底板404、第一Z向直线导轨安装底板405、Z向安装底板406、第二Z向直线导轨安装底板407、第一支撑板408、第二支撑板409和第三支撑板410；所述料盘装置机构5包括第一料盘501、第二料盘502、第三料盘503、第一丝料挂钩504、第二丝料挂钩505和第三丝料挂钩506；

所述第一扫描头101包括喷头1011和喷嘴1012，喷嘴1012安装在喷头1011上；所述第二扫描头102、第三扫描头103与第一扫描头101的结构和安装方式完全相同；所述第一扫描头101与第一Y向传动机构202连接；所述第二扫描头102与第二Y向传动机构203连接；第三扫描头103与第三Y向传动机构204连接；第二扫描头102、第三扫描头103与第一扫描头101可沿Y方向作水平往复运动；所述工作台104位于底座6的上方，分别与X向传动机构201与Z向传动机构205连接，X向传动机构201带动工作台104沿X方向作水平往复运动，Z向传动机构205带动工作台104沿Z方向作竖直往复运动；

所述X向传动机构201垂直搭建在Z向传动机构205上，平行置于底座6的上方，包括第一X向直线导轨2011、第二X向直线导轨2012、X向滚珠丝杠2013和X向联轴器2014；所述第一X向直线导轨2011、第二X向直线导轨2012和X向滚珠丝杠2013均与X向安装底板401连接；所述第一Y向传动机构202平行置于打印机的正上方，与第一Y向安装底板402连接，包括第一Y向滚珠丝杠2021和第一Y向联轴器2022；所述第二Y向传动机构203、第三Y向传动机构204与第一Y向传动机构202的结构和安装方式完全相同，第二Y向传动机构203与第二Y向安装底板403连接，第三Y向传动机构204与第三Y向安装底板404连接；第一Y向传动机构202、第二Y向传动机构203和第三Y向传动机构204在水平方向上由前至后排列；所述Z向传动机构205位于底座6的左竖直方向；包括第一Z向直线导轨2051、第二Z向直线导轨2052、Z向滚珠丝杠2053和Z向联轴器2054；所述第一Z向直线导轨2051通过螺钉紧固在第一Z向直线导轨安装底板405上；第二Z向直线导轨2052通过螺钉紧固在第二Z向直线导轨安装底板407上；所述Z向滚珠丝杠2053与Z向安装底板406连接。

所述X向伺服电机301通过X向联轴器2014与X向滚珠丝杠2013连接；所述第一Y向伺服电机302通过第一Y向联轴器2022与第一Y向滚珠丝杠2021连接；所述第二Y向伺服电机303与第二Y向传动机构203连接；所述第三Y向伺服电机304与第三Y向传动机构204连接；所述Z向伺服电机305通过Z向联轴器2054与Z向滚珠丝杠2053连接；

所述第一Y向安装底板402的左右两端分别与第一Z向直线导轨安装底板405和第一支撑板408的上端连接；所述第二Y向安装底板403的左右两端分别与Z向安装底板406和第二支撑板409的上端连接；所述第三Y向安装底板404的左右两端分别与第二Z向直线导轨安装底板407和第三支撑板410的上端连接；所述第一Z向直线导轨安装底板405、Z向安装底板406和第二Z向直线导轨安装底板407的下端通过螺钉安装于底座6的左侧；所述第一支撑板408、第二支撑板409和第三支撑板410的下端通过螺钉安装于底座6的右侧；

所述第一料盘501位于第一Z向直线导轨安装底板405的中心位置；所述第二料盘502位于第一支撑板408的中心位置；所述第三料盘503位于第三支撑板410的中心位置；所述第一丝料挂钩504、第二丝料挂钩505和第三丝料挂钩506分别位于第一料盘501、第二料盘502和第三料盘503的上方位置；所述第一料盘501包括固定夹5011、紧固螺母5012、丝料盘5013和料盘安装轴5014；所述料盘安装轴5014通过螺钉与Z向安装底板406连接，丝料盘5013安装在料盘安装轴5014上，通过固定夹5011卡住，利用紧固螺母5012锁紧；所述第二料盘502与第三料盘503与第一料盘501的结构和安装方式完全相同。

本实用新型基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机的工作原理和工作流程是：

工作原理：通过Z方向将构建的CAD模型依据其色彩信息按照一定的工艺数据进行离散分层，并利用不同色彩层片所处位置的信息控制打印机工作台104，使其切换移动于不同颜色的扫描头之间。当完成模型某一色彩的打印，控制信息发出色彩转换指令，该扫描头终止打印并回至初始状态，工作台104沿Z方向下降一个层片的厚度后，继续沿Y方向运行至指定颜色的扫描头位置，然后装有此颜色丝料的扫描头移动至待继续打印模型的起始位置进行该色彩区域的成型。

所述打印机的第一扫描头101、第二扫描头102和第三扫描头103只有一个自由度，可沿Y方向喷丝打印，工作台104有两个自由度，可沿X方向水平运动和沿Z方向竖直运动。打印时，第一料盘501、第二料盘502和第三料盘503为三组扫描头提供三种不同颜色的ABS丝，丝料由与各扫描头相对应的喷头加热融化后，被挤压出来。可根据建模信息所指定的某一颜色的扫描头，按照模型的层片轮廓信息数据，沿Y方向喷丝走轨迹，而工作台104在X向传动机构201的驱动下沿X方向运动，完成了该层片的扫描填充。所述工作台104在Z向传动机构205的驱动下沿Z方向下降一个层片的厚度，选择另一颜色扫描头进行下一层片的打印，最后层层叠加堆积成所需彩色实体模型。其中在打印途中，第一扫描头101、第二扫描头102和第三扫描头103可相互交替调换、实现了多彩色模型全自动打印的功效。

工作流程：控制系统对输入的CAD模型进行重构建模，利用相关的算法信息对所建模型进行色彩划分及层片信息处理，并将所得数据传输至打印机。当打印机接收到成型指令后，按照此模型色彩层所处位置的变化进行扫描头的切换。打印时，以红黄绿三种颜色为例，红黄绿三种颜色的丝料分别通过第一料盘501、第二料盘502和第三料盘503被送入至第一扫描头101、第二扫描头102和第三扫描头103中，经过与各扫描头相对应的喷头升温，将其加热融化成半熔融状态。然后，工作台104在Z向传动机构205的驱动下，沿着Z方向由初始位置移动至距离第三扫描头103只有一个打印层片的厚度，完成竖直方向位移后，所述工作台104在X向传动机构201的驱动下沿X方向水平移动至载有红色丝料第一扫描头101的位置，工作台104停止运动。第一扫描头101在第一Y向传动机构202的驱动下，根据控制指令沿Y方向开始喷丝、走轨迹打印。与此同时，工作台104根据所打印模型的信息沿X轴方向进行运动，与第一扫描头101一起构成了X-Y平面打印运动系统。完成红色层片的轮廓信息后，第一扫描头101停止打印并回至起始位置，工作台104沿竖直方向下降一个层片的厚度后，并通过X方向移动至载有黄色丝料第二扫描头102的位置，所述第二扫描头102在第二Y向传动机构203的驱动下移动至待继续打印模型的起始位置重复喷丝、走轨迹的动作，完成黄色层面的扫描填充。第二扫描头102停止打印并回至起始位置，工作台104在竖直方向下降一个层片的厚度后，并沿X方向移动至载有绿色丝料第三扫描头103的位置，所述第三扫描头103在第三Y向传动机构204的驱动下移动至待继续打印模型的起始位置重复喷丝、走轨迹的动作，完成绿色层面的扫描填充。重复上述步骤，最后将打印好的层片层层叠加堆积成所需实体模型。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。