基于FDM技术的打印机和3D打印系统的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及一种基于FDM技术的打印机和3D打印系统。

背景技术：

熔融沉积成型(Fused deposition modeling，缩写为FDM)是一种广泛应用的3D打印技术。

目前，FDM模型在成型过程中，打印头清理不干净导致表面凹凸不平或粘有废料的现象较为显著，而且模型尺寸越高、粘附的废料就越多，模型粘附的废料越积越多在到达一定程度后甚至会产生断层或干涉到3D打印及喷嘴的移动造成无法继续进行，使得FDM技术在表面质量要求较高的零件快速成型的应用困难重重，阻碍了3D打印FDM技术打印高质量模型的推广应用。

FDM成型过程的打印头溢料现象，直观原因是3D打印机的在打印过程中条状塑料原料被加热融化后的熔体通过喷嘴自然溢出。为此，国内外专家学者提出了若干处理措施，譬如，通过控制打印头温度，或者改变材料属性降低熔化后的材料流动性等等。然而，这些措施对3D打印模型的打印头溢料抑制可靠性并不高。

有鉴于此，设计制造出一种基于FDM技术的打印机，有效清理打印头中溢出的废料，提高3D打印的模型产品的质量，是目前3D打印技术领域中急需改善的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于FDM技术的打印机，通过在托盘上设置第一打印区和第二打印区，第一打印区和第二打印区间隔设置，且第一打印区与第二打印区位于同一平面。第一打印区用于成型3D模型产品，第二打印区用于成型清理塔，清理塔用于清洗打印头，使得该基于FDM技术的打印机可以在打印模型产品时，同时打印成型清理塔，可以有效抑制成型过程中的溢出废料粘附在模型产品中，提高3D模型产品打印的表面质量，适用于表面质量要求较高的零件快速成型，打印快捷高效，质量好，实用性强，具有极大的推广应用价值和市场应用前景。

本实用新型的目的还在于提供一种3D打印系统，该3D打印系统包括控制器、显示屏和上述的基于FDM技术的打印机，控制器与显示屏连接，控制器与基于FDM技术的打印机连接，控制器用于控制打印头的移动，可以实现自动化及智能化打印，打印效率大大提高。而且，打印模型产品的过程中还可以自动清洗打印头上溢出的废料，提高模型产品的表面精度，质量高，实用性强，具有极大的推广应用价值。

本实用新型改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本实用新型提供的一种基于FDM技术的打印机，所述基于FDM技术的打印机包括托盘、打印头和打印头驱动装置。

所述打印头与所述打印头驱动装置连接，所述打印头驱动装置用于带动所述打印头移动，以实现3D模型的打印。

所述托盘包括第一打印区和第二打印区，所述第一打印区和所述第二打印区间隔设置，且所述第一打印区与所述第二打印区位于同一平面。所述第一打印区用于成型3D模型产品，所述第二打印区用于成型清理塔，所述清理塔用于清洗所述打印头。

进一步地，所述清理塔的高度与所述3D模型产品的高度相等。

进一步地，所述第二打印区内、所述托盘的表面设有凹槽，所述凹槽包括第一弧形边和第二弧形边，所述清理塔沿所述凹槽成型，所述清理塔包括第一凹陷部和第二凹陷部，所述第一凹陷部与所述第二凹陷部分别位于所述清理塔的相对的两侧。

进一步地，所述第一凹陷部的凹陷弧度与所述第二凹陷部的凹陷弧度一致。

进一步地，所述凹槽的截面呈星形，所述清理塔的截面呈星形。

进一步地，所述3D模型产品由多层熔体堆积粘接而成，所述清理塔由多层熔体堆积粘接而成，所述3D模型产品的每层熔体与所述清理塔的每层熔体交替成型。

进一步地，所述清理塔由所述打印头中的溢料堆叠而成。

进一步地，所述打印头中安装有条状塑料，所述条状塑料受热熔化形成所述熔体，所述熔体被挤压溢出、填充到所述3D模型产品或所述清理塔上。

进一步地，所述打印头驱动装置采用电机驱动或液压驱动。

本实用新型提供的一种3D打印系统，所述3D打印系统包括控制器、显示屏和上述的基于FDM技术的打印机，所述控制器与所述显示屏连接，所述控制器与所述基于FDM技术的打印机连接，所述控制器用于控制所述打印头的移动。

本实用新型提供的基于FDM技术的打印机和3D打印系统具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的基于FDM技术的打印机，包括托盘、打印头和打印头驱动装置。打印头与打印头驱动装置连接，打印头驱动装置用于带动打印头移动，以实现3D模型的打印。通过在托盘上设置第一打印区和第二打印区，第一打印区和第二打印区间隔设置，且第一打印区与第二打印区位于同一平面。第一打印区用于成型3D模型产品，第二打印区用于成型清理塔，清理塔用于清洗打印头，使得该基于FDM技术的打印机可以在打印模型产品时，同时打印成型清理塔，可以有效抑制成型过程中的溢出废料粘附在模型产品中，提高3D模型产品打印的表面质量，适用于表面质量要求较高的零件快速成型，打印快捷高效，质量好，实用性强，具有极大的推广应用价值和市场应用前景。

本实用新型提供的3D打印系统，包括控制器、显示屏和上述的基于FDM技术的打印机，控制器与显示屏连接，控制器与基于FDM技术的打印机连接，控制器用于控制打印头的移动，可以实现自动化及智能化打印，打印效率大大提高。而且，打印模型产品的过程中还可以自动清洗打印头上溢出的废料，提高模型产品的表面精度，质量高，实用性强，具有极大的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机的一种结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机的托盘的一种结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机的清理塔的一种结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机的托盘的另一种结构示意图；

图5为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机的清理塔的另一种结构示意图。

图标：100-基于FDM技术的打印机；110-打印头；111-打印头驱动装置；113-喷嘴；120-托盘；121-第一打印区；123-第二打印区；125-凹槽；1251-第一弧形边；1253-第二弧形边；130-模型产品；140-清理塔；141-第一凹陷部；143-第二凹陷部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

本实用新型的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

熔融沉积成型(Fused deposition modeling，缩写为FDM)是一种广泛应用的3D打印技术。在这一增材制造技术中，条状塑料的原料被加热熔化后，以熔体的形式堆积粘附在预定的打印位置，打印模型产品最终由熔体逐条逐层堆积粘结成型。

目前，基于FDM技术打印的模型在成型过程中，往往会出现打印头清理不干净导致表面凹凸不平或粘有废料的现象，而且模型尺寸越高、粘附的废料就越多，模型粘附的废料越积越多在到达一定程度后甚至会产生断层或干涉到3D打印及打印头的移动，使得打印过程无法继续进行，造成了FDM技术在表面质量要求较高的零件快速成型的应用困难重重，阻碍了3D打印FDM技术打印高质量模型的推广及应用。

FDM技术成型过程的打印头溢料现象，直观原因是3D打印机的在打印过程中条状塑料原料被加热融化后的熔体通过喷嘴自然溢出。为此，国内外专家学者提出了若干处理措施，譬如，通过控制打印头温度，或者改变材料属性降低熔化后的材料流动性等等。然而，这些措施对3D打印模型的打印头溢料抑制可靠性并不高。

为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种基于FDM技术的打印机，可以防止3D模型打印或城中，在打印头上的溢料现象，有效抑制成型过程中的溢出废料粘附在模型产品中，从而降低模型产品的表面质量，为3D打印技术进一步提高打印质量的应用提供了重要的技术支撑。

图1为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机100的一种结构示意图，请参照图1。

本实施例提供的一种基于FDM技术的打印机100，基于FDM技术的打印机100包括托盘120、打印头110和打印头驱动装置111。

打印头110上设置有喷嘴113，用于挤出熔体，打印头110与打印头驱动装置111连接，打印头驱动装置111用于带动打印头110移动，以实现3D模型的打印。

托盘120包括第一打印区121和第二打印区123，第一打印区121和第二打印区123间隔设置，且第一打印区121与第二打印区123位于同一平面。第一打印区121用于成型3D模型产品130，第二打印区123用于成型清理塔140，清理塔140用于清洗打印头110。

需要说明的是，第一打印区121与第二打印区123位于同一平面，并不是绝对的处于同一水平面，有点高度差也在允许范围内。

图2为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机100的托盘120的一种结构示意图，图3为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机100的清理塔140的一种结构示意图，请参照图2和图3。

第二打印区123内、托盘120的表面设有凹槽125，凹槽125包括第一弧形边1251和第二弧形边1253，清理塔140沿凹槽125成型，清理塔140包括第一凹陷部141和第二凹陷部143，第一凹陷部141与第二凹陷部143分别位于清理塔140的相对的两侧。

优选地，在本实施例中，第一凹陷部141的凹陷弧度与第二凹陷部143的凹陷弧度一致。成型后的清理塔140类似“蝴蝶结”的形状，两端宽，中间窄。有弧形的清理塔140对于清理打印头110上的溢料或过烧料，其清理效果更好。

图4为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机100的托盘120的另一种结构示意图，图5为本实用新型具体实施例提供的基于FDM技术的打印机100的清理塔140的另一种结构示意图，请参照图4和图5。

托盘120上的凹槽125的截面设置呈星形，清理塔140的成型路径沿星形逐条逐成堆叠，成型后的清理塔140的截面呈星形。当然，并不仅限于此，除了上述列举的情形外，凹槽125的截面和清理塔140的形状也可以是其他任意形状。

3D模型产品130由多层熔体堆积粘接而成，清理塔140由多层熔体堆积粘接而成，3D模型产品130的每层熔体与清理塔140的每层熔体交替成型。即在建造打印模型产品130的任务的同时，也添加一个清理塔140模型，在开始打印模型产品130前，首先在第二打印区123中沿凹槽125的形状打印若圈，把打印头110上的溢料或过烧的废料部分先耗用掉，即通过在第二打印区123打印的若干圈，形成清理塔140的第一层，将打印头110上的溢料或废料提前挤出。然后才开始打印模型产品130的第一层。在打印模型产品130的第一层后，打印头110上又会集聚溢料或废料，此时将打印头110移动至第二打印区123，打印清理塔140的第二层，将溢料或废料耗用掉，再将打印头110移动至第一打印区121，打印模型产品130的第二层，以此类推，完成整个模型产品130和清理塔140的成型。

清理塔140由打印头110中的溢料堆叠而成。通过在打印过程中形成塔清理，打印头110上溢出的废料和过烧部分提前被挤出到清理塔140，开始打印模型时已经没有溢出的废料，从而抑制溢出的废料粘附在模型上，精准的打印提高模型成型质量。

作为优选，清理塔140的高度与3D模型产品130的高度相等。这样在成型打印过程中，打印头110在成型模型产品130和成型清理塔140之间切换时，只需要在同一平面内移动即可，而不需要在模型产品130的高度方向上移动，提高打印效率和打印质量。如果两者高度不相等，打印头110还需要在高度方向上移动，会降低打印效率及打印质量。

打印头110中安装有条状塑料，条状塑料受热熔化形成熔体，熔体被挤压溢出、填充到3D模型产品130或清理塔140上。打印头驱动装置111采用电机驱动或液压驱动。

本实施例提供的一种3D打印系统，3D打印系统包括控制器、显示屏和上述的基于FDM技术的打印机100，控制器与显示屏连接，控制器与基于FDM技术的打印机100连接，控制器用于控制打印头110的移动。

综上所述，本实用新型提供的基于FDM技术的打印机100和3D打印系统具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的基于FDM技术的打印机100，通过在托盘120上设置第一打印区121和第二打印区123，第一打印区121和第二打印区123间隔设置，且第一打印区121与第二打印区123位于同一平面。第一打印区121用于成型3D模型产品130，第二打印区123用于成型清理塔140，清理塔140用于清洗打印头110，使得该基于FDM技术的打印机100可以在打印模型产品130时，同时打印成型清理塔140，可以有效抑制成型过程中的溢出废料粘附在模型产品130中，提高3D模型产品130打印的表面质量，适用于表面质量要求较高的零件快速成型，打印快捷高效，质量好，实用性强，具有极大的推广应用价值和市场应用前景。

本实用新型提供的3D打印系统，包括控制器、显示屏和上述的基于FDM技术的打印机100，控制器与显示屏连接，控制器与基于FDM技术的打印机100连接，控制器用于控制打印头110的移动，可以实现自动化及智能化打印，打印效率大大提高。而且，打印模型产品130的过程中还可以自动清洗打印头110上溢出的废料，提高模型产品130的表面精度，质量高，实用性强，具有极大的推广应用价值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。