一种基于热熔堆积的敞开式3D打印机的制作方法

本发明涉及3d打印设备领域，具体为一种基于热熔堆积的敞开式3d打印机。

背景技术：

3d打印机又称三维打印机(3dp)，可快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。通过xyz三轴进行方向打印，通过自身的喷头逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印机的原理是把数据和原料放进3d打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。3d打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3d打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质；

在热熔堆积3d打印机中常用到tpu和tpe等柔性材料，这些线材因为非常柔软在使用过程中会出现一种叫做卡料和堵头的情况，造成打印头还在继续打印，但是耗材并没有从喷嘴挤出来。因为3d打印机绝大部分打印时间都在几个小时左右，大件的物件更是达到上百个小时，在这些时间中，除了会造成机器耗损外，还会造成打印头和其一体连接的多个装置空烧，又因为加热打印材质会升温到200摄氏度以上，严重的会造成打印头燃烧引发火灾。

技术实现要素：

本发明设计的目的是提供一种基于热熔堆积的敞开式3d打印机，提供能自检的检测机构和打印头，自由稳定的传递柔质tpu线和tpe线，并且在传递这种柔质线的时候有设置敏感探知是否堵线、断线、线用完的情况，设置有耐高温的喉管，能使用更加高热度的打印材质，设置有平衡打印感应器，监控打印头的平衡度，防止撞着打印品，特殊的冷却风喷头，降热均匀，增快答应的凝固速度，防止堆叠变形。

本发明是通过下述技术方案实现的：一种基于热熔堆积的敞开式3d打印机，包括打印台、z轴打印架、x轴打印机架，其中：x轴打印架的x轴导轨上设置fdm打印头，所述fdm打印头包括打印控制模块、打印介质挤出模块、打印头本体、导轨连接架轮、支撑连接架；

打印控制模块设置在最顶端，通过控制线连接控制主机，打印控制模块下端通过支撑连接架悬置打印介质挤出模块，打印介质挤出模块的下端同一层空间设置打印头本体和导轨连接架轮，两侧一左一右对称设置；

所述打印头本体包括耐热铝块、冷却风机、散热输入头、耐热喉管、金属打印头；散热输入头顶端被支撑连接架底部的打印头套孔套合，散热输入头为管体结构，外部设置若干散热片，管体内部插入设置耐热喉管散热输入头的底部套合设置耐热铝块，耐热铝块的热化孔内设置金属打印头；所述耐热喉管为耐高温ptfe管芯进料管或聚四氟乙烯(teflon/ptfe/f4)管芯进料管，耐热喉管底部会设置金属螺头用于耐热铝块的打印管孔道中进行连接，而金属打印头也会设置螺头在打印管孔道底部向上进行螺接；（增加耐热度）。

所述打印介质挤出模块包括挤出杠杆组、挤出电机，挤出电机通过若干支架螺杆架设连接支撑连接架，支撑连接架上端设置挤出槽，挤出电机的电机轴上套合挤出轮，在电机轴的上端挤出电机通过支架螺杆架设挤出连杆，挤出连杆一侧用头端的支架螺杆中套合杠杆挤压块，另一侧尾端的支架螺杆插入支撑连接架匹配的挤出架板右侧，杠杆挤压块整体呈l或く字符形状包括挤压块、输线轴承连接板、手压板，两者卡扣拼接；所述输线轴承连接板的底部和挤出轮平行的位置设置弹簧回位轴杆，弹簧回位轴杆上套合输线轴承，输线轴承利用六角螺丝三者空转螺合，输线轴承上端是设置的挤压块，挤压块匹配输线轴承轴承位置设置弧形压槽，挤出块内设置串线道，串线道顶端套接3d打印机断料开关器，3d打印机断料开关器的挤入线导入道和打印介质挤出模块的串线道在同一轴线上，并且散热输入头、耐热喉管、打印头都在同轴线上。（用于实现自由稳定的传递柔质tpu线和tpe线，并且在传递这种柔质线的时候有设置敏感探知是否堵线、断线、线用完的情况，3d打印机断料开关器检测耗材的直径变化，检测耗材是否用尽，检测耗材是否在运动来判断是否堵头）。

作为优选所述挤出架板的头端竖直向下设置打印头平衡感应器，fdm快速打印头和打印头平衡感应器的设置高度位置相同，挤出架板的尾端和冷却风机螺接，前侧螺接散热管散热风扇。（监控打印头的平衡度，防止撞着打印品）。

作为优选支撑连接架形状为y轴截面为l形状或z形状，包括一体塑形的上后板、上右侧板、打印头悬置架板、挤出架板，挤出架板的顶部后侧贴近挤出电机设置上后板，上后板右侧向前90度弯折设置上右侧板，上后板匹配杠杆挤压块为半圆弧形，且在杠杆挤压块位置，在挤出架板上设置出导线头管，上右侧板的背面贴合螺接设置pcb转接板，挤出架板的底部间隔平行设置打印头悬置架板。

作为优选所述冷却风机为涡轮风机，涡轮风机的出风处拼合连接设置导风槽管，所述导风槽管包括进风方管、环形导风管片，风方管底部朝向金属打印头横向90度弯折设置环形导风管片，环形导风管片的底部等距离绕合一周设置若干出风口。

作为优选所述环形导风管片在匹配平衡感应器下垂位置断开，形成一左一右两片镜像对称设置的分导风管片，导风管片之间的缺槽为感应器透照槽。这样的设置能避免两侧的管片风路回冲，并且正好空缺中给予平衡感应器能感应的空间，但是又能挡住下方的打印部件，保护平衡感应器。

作为优选导风槽管设置连接螺丝耳，利用连接螺丝耳中插接入螺栓和冷却风机设置的连接架耳悬挂连接，冷却风机顶部的连接架耳也通过螺栓和打印头悬置架板底部侧面的螺孔进行连接悬挂，导风槽管截面的为j或l字状，环形导风管片平行设置在金属打印头下方0.5~2cm处。

作为优选所述支撑连接架的打印头悬置架板、挤出架板间隔大于0.1cm或等于马蹄固定片厚度，这个间隔空间为便拆固定槽，便拆固定槽中间插接入马蹄固定片，作为匹配散热输入头在头端的悬置管部上设置两道绕合的悬挂环，两只悬挂环间隔出用于悬挂的悬挂槽道，散热输入头的悬置管部插入打印头套孔后露出在便拆固定槽中间，再被马蹄固定片插入这个悬挂槽道，可以直接悬挂或螺丝固定连接马蹄固定片和打印头悬置架板，散热输入头顶部悬置管部中间的耐热喉管插入打印头套孔中，并延伸至出导线头管的顶部位置，且位置为导线轴承和挤压块的底部最中央位置。

作为优选所述打印控制模块包括控制器、pcb转接板，控制器上插接集线pin头，pcb转接板插接各种电源线、控制线、感应器线，上述线路和打印台上设置的打印控制器进行连接，并被其控制。

作为优选所述耐热铝块设置有两个装置螺接槽孔，螺接槽孔内分别接入热敏感应头和电加热器。

作为优选所述z轴打印机架架设在打印台横向中轴线位置上，形状为π字符，述z轴打印机架的底部横向设置x轴打印架，所述z轴打印架包括，横架、竖架、升降z轴导轨、z轴滚珠丝杆竖轨、z轴滑车，横架的尾端和头端向下90度折合设置竖架，竖架的底端固定在打印台上，x轴打印机架的左侧和右侧的竖架表面贴合各设置一只升降z轴导轨，竖架内侧再平行各设置1只设置z轴滚珠丝杆竖轨，两只x轴滚珠丝杆竖轨上各套合1只z轴滑车，z轴滑车内设置丝杆升降电机，z轴滑车的前端向竖向折合设置用于连接x轴打印机架的螺接挂片，x轴打印架的头尾螺接在螺接挂片上，所述x轴打印架，包括x轴导轨、x轴传动电机、上x轴传动带、下x轴传动带；x轴导轨的头端和尾端向后螺接在z轴滑车前侧，x轴导轨的头端和尾端通过动轮支架架设左x轴传动电机和右x轴传动电机，上x轴传动带一端套合连接在右侧动轮支架悬置的滚轮，另一侧连接在左x轴传动电机上，上x轴传动带则是相反设置，上x轴传动带和下x轴传动带上下平行设置；所述x轴导轨上设置fdm快速打印头。

作为优选所述导轨连接架轮包括横向上导轮、横向下导轮、导轮连接支架，横向上导轮、横向下导轮上下平行设置，每组轮都设置两只，都螺接在导轮连接支架上，整体排列为方形，横向上导轮、横向下导轮包括辊轴和头端的导轮，导轮上下扣合x轴导轨的上端表面和下端表面的导轨内。

作为优选所述x轴传动电机顶部还罩合有打印末端限位罩，打印末端限位罩内设置防撞板。

作为优选所述打印介质装配轮上配载的打印介质为软质1.75cm~3.0cm的tpu线和tpe线或硬质软质1.75cm~3.0cm的可降解生物线和工程塑料线。

作为优选所述3d打印机断料开关器的断料导线孔和fdm快速打印头的耐热喉管设置在同一z轴轴线上。这样的设置能使得软质线在进行输入到打印头的时候更顺畅，不会因为太柔软而变得堆积卡在挤出轮处。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：1、消间隙的柔性耗材打印设计，t字形状的穿线道路，能保证挤出机与进料口设计很小的间隙，以保证柔性耗材顺利被轴承向下不断的被夹紧并被电机的挤出轮向下输送，一旦如果速度慢下来，还能实现滑动，暂时积累，断线器也能马上判断停止供线，保证不会卡线、堵线；2、使用耐高温管来实现高温耗材打印设计；3、平衡感应器来实现自动调平设计，而且是和打印头在同一不平上的；4、平衡感应器来实现耗材检测设计，检测耗材的直径变化、检测耗材是否用尽、检测耗材是否在运动来判断是否堵头；5、环形导风口设计360°对模型散热6、整体体积小，容易拆卸，容易组装，适合快速生成本机器，对环境的空间要求小，适合小型使用者；部件构成少，维修难度变低，极大的压缩了需求的使用成本；7、拥有快速冷却的风冷系统，能促进打印产品快速冷却防止变形；8、拥有断线、卡线、无线自动检测和感应的中间感应装置器，用尽检测耗材是否在运动来判断是否堵头，能避免空打，能促进软线打印介质拉直。

附图说明

图1为整体系统正面图。

图2为fdm打印头左侧整体图。

图3为fdm打印头前侧组装图。

图4为fdm打印头右侧图。

图5为fdm打印头后视图。

图6为打印头本体组装图。

图7为挤出杠杆组和3d打印机断料开关器组装图。

图8为打印道的解剖图。

图9为挤出杠杆组拆解图。

图10为fdm打印头的运动结构及其组装结构图。

图11为打印头本体结构图。

图12为导风槽管解剖图。

图13为导风槽管仰视图。

图14为x轴导轨结构主视图。

图15为x轴导轨仰视立体图。

图16为x轴导轨右视立体图。

具体实施方式

下面通过实施例，结合附图，对本发明的技术方案作作为优选具体的说明：

如图1所示，一种基于热熔堆积的敞开式3d打印机，包括打印台（1）、z轴打印架（2）、x轴打印机架（3），首先在这里指本发明创造的核心在于fdm打印头在x轴打印机架上的连接方式和运行方式，以及fdm打印头的结构及其运行方式，此外得打印台（1）、z轴打印架（2）都为现有技术，具体可参考fdm打印机型号为敞开式具体有创想三维系列、xinkebotorcapro系列，首先都打印台都拥有方框底导轨架，用来支持z轴打印机，而中间还架了2只到3只y轴的导轨，用来控制打印成型台（101）在y轴上前后的进行运动，打印成型台（101）底部设置爬行用的电驱动滑轮，卡在y轴的导轨进行活动；而x轴打印机架（3）则是由爬升用的x轴电机固定在z轴滚珠丝杆竖轨（504），以z轴滚珠丝杆竖轨为导向，并且在头端的导轮会卡在竖架（502）前后的导轨上，如图15所示，依赖x轴电机的驱动进行上下爬升实现z轴运行，这里也是现有技术早已知道的具体更详细的结构请参考背景技术和现有技术；

本发明创造的核心在，如图1所示，其中：x轴打印架的x轴导轨上设置fdm打印头（4），所述fdm打印头（4）包括打印控制模块（10）、打印介质挤出模块（20）、打印头本体（30）、导轨连接架轮（5）、支撑连接架（6）；

打印控制模块设置在最顶端，通过控制线连接控制主机，也就是图1中央的打印头大pin插口向上并向右延伸设置到整个打印机左侧前方的显示屏控制器哪里，使用显示屏控制器来控制整个打印头打印的相关程序，以及整个操作运行；

打印控制模块下端通过支撑连接架悬置着打印介质挤出模块（20），打印挤出模块如图2标记20、图3标记206下方的位置所示情况，打印介质挤出模块的主要作用是用来从图1所示横架的顶部传导出打印介质线来导入底部的打印头本体；上述3段结构就实现了消间隙的柔性耗材打印设计，t字形状的穿线道路；

打印介质挤出模块（20）的下端同一层空间设置打印头本体（30）和导轨连接架轮（5），这2个东西两侧一左一右对称设置；打印头用于3d打印直接操作，导轨连接架轮（5）则是用于整个fdm打印头横向在x轴打印机架上进行x轴的移动，移动的原理看第[00]段，及其相关介绍，或是直接采用前面所示的现有技术的x轴打印机架运行结果即可，也可以实现本发明创造所需要的x轴移动需求；

如图5所示，所述打印头本体（30）包括耐热铝块（301）、冷却风机（302）、散热输入头（303）、耐热喉管（304）、金属打印头（305）；散热输入头顶端被支撑连接架底部的打印头套孔（306）套合，散热输入头为管体结构，外部一体套合设置若干散热片，两则都是可以直接采用金属制作，推荐铜；

管体内部插入设置耐热喉管插入在散热输入头的管体内部，而散热输入头的底部套合设置耐热铝块，耐热铝块和所有3d打印机一样主要是作为优选所述耐热铝块设置有两个装置螺接槽孔，螺接槽孔内分别接入热敏感应头（601）和电加热器（602）。加入这2个部件后通过电加热器加热整个耐热铝块，通过传热耐热喉管散热输入头以及内部的耐热喉管先将内部的打印线软化，打印线软化后的打印线在耐热铝块中变成近似液体或非牛顿液体状态随着这种打印液的不断堆积，会形成向下的挤压力，最终打印液态打印介质会被最底部的金属打印头挤出；这些打印原理是3d打印机的基本，不以介绍的粗细出现逆转，没介绍到的以现有技术为基本；也就是图3的303标记和图5底部所示的结构；

耐热铝块的热化孔内下端螺接设置金属打印头；所述耐热喉管为耐高温ptfe管芯进料管或聚四氟乙烯(teflon/ptfe/f4)管芯进料管，耐热喉管底部会设置金属螺头用于耐热铝块的打印管孔道中进行连接，而金属打印头也会设置螺头在打印管孔道底部向上进行螺接；通过加热、传热、再马上散热的情况下，保持稳定的加热温度，而且还替换掉耐热喉管增加内部的直接耐热度，保持打印介质的液态化，使得温度提高到110~200摄氏度；

如图3-8所示，所述打印介质挤出模块包括挤出杠杆组（201）、挤出电机（202），挤出电机通过四只支架螺杆架构成方形的架构，连接到支撑连接架（6）上，也就是图5，所示的202标记情况，电机前端会设置支架螺杆的插接的孔，然后将电机贴合在支撑连接架上，机轴则穿过支撑连接架中央的孔洞，四角则会被支架螺杆螺丝接固定好；

支撑连接架上端设置挤出槽（203），挤出槽的设置我们推荐直接是在塑料材质的支撑连接架的顶部各支撑片里面直接凹向设置出一个弧形的缺口，用来架设和匹配后面的穿过来的，挤出电机的电机轴（204）上套合挤出轮（205），在电机轴的上端挤出电机通过支架螺杆架设挤出连杆（206），挤出连杆一侧用头端的支架螺杆中套合杠杆挤压块（207），另一侧尾端的支架螺杆插入支撑连接架匹配的挤出架板右侧，这样的设置更加稳定能够增强电机转动、打印介质线进行传输时候的抗震度以及挤出杠杆组进行排障时候的震动情况，放置打印偏移破坏整个打印质量；也就是图3标记203所示的情况和图4上部情况；

杠杆挤压块整体呈l或く字符形状包括挤压块（208）、输线轴承连接板（209）、手压板（210），两者卡扣拼接；所述输线轴承连接板的底部和挤出轮平行的位置设置弹簧回位轴杆（211），弹簧回位轴杆上套合输线轴承（212），输线轴承利用六角螺丝三者空转螺合，输线轴承上端是设置的挤压块，挤压块匹配输线轴承轴承位置设置弧形压槽（213），挤出块内设置串线道（214），串线道顶端套接3d打印机断料开关器（7），3d打印机断料开关器的挤入线导入道（701）和打印介质挤出模块的串线道（214）在同一轴线上，并且散热输入头、耐热喉管、打印头都在同轴线上。（用于实现自由稳定的传递柔质tpu线和tpe线，并且在传递这种柔质线的时候有设置敏感探知是否堵线、断线、线用完的情况，3d打印机断料开关器检测耗材的直径变化，检测耗材是否用尽，检测耗材是否在运动来判断是否堵头），形成的挤出块内设置串线道能保证挤出机与进料口设计很小的间隙，而且他又是弹性结构的，可以保持弹性的情况下夹着线，以保证柔性耗材顺利被轴承向下不断的被夹紧并被电机的挤出轮向下输送的发明结构要求。

作为优选所述挤出架板的头端竖直向下设置打印头平衡感应器（401），fdm快速打印头和打印头平衡感应器的设置高度位置相同，挤出架板的尾端和冷却风机螺接，前侧螺接散热管散热风扇（402）。监控打印头的平衡度，防止撞着打印品。

作为优选支撑连接架形状为y轴截面为l形状或z形状，包括一体塑形的上后板（403）、上右侧板（404）、打印头悬置架板（405）、挤出架板（406），挤出架板的顶部后侧贴近挤出电机设置上后板，上后板右侧向前90度弯折设置上右侧板，上后板匹配杠杆挤压块为半圆弧形，且在杠杆挤压块位置，在挤出架板上设置出导线头管（407），上右侧板的背面贴合螺接设置pcb转接板（408），挤出架板的底部间隔平行设置打印头悬置架板。

作为优选所述冷却风机为涡轮风机（408），涡轮风机的出风处拼合连接设置导风槽管（409），所述导风槽管包括进风方管（410）、环形导风管片（411），风方管底部朝向金属打印头横向90度弯折设置环形导风管片，环形导风管片的底部等距离绕合一周设置若干出风口（412）。

作为优选所述环形导风管片在匹配平衡感应器下垂位置断开，形成一左一右两片镜像对称设置的分导风管片，导风管片之间的缺槽为感应器透照槽（413）。这样的设置能避免两侧的管片风路回冲，并且正好空缺中给予平衡感应器能感应的空间，但是又能挡住下方的打印部件，保护平衡感应器。平衡感应器来实现耗材检测设计，检测耗材的直径变化、检测耗材是否用尽、检测耗材是否在运动来判断是否堵头。

作为优选导风槽管设置连接螺丝耳，利用连接螺丝耳中插接入螺栓和冷却风机设置的连接架耳悬挂连接，冷却风机顶部的连接架耳也通过螺栓和打印头悬置架板底部侧面的螺孔进行连接悬挂，导风槽管截面的为j或l字状，环形导风管片平行设置在金属打印头下方0.5~2cm处。这种特殊设置主页是将导风槽管和冷却风机进行便利的连接和拆卸，并且由直向下的喷射改向到打印头的正下方去。

作为优选所述打印头悬置架板（405）、挤出架板（406）间隔大于0.1cm或等于马蹄固定片厚度，这个间隔空间为便拆固定槽（414），便拆固定槽中间插接入马蹄固定片（415），作为匹配散热输入头在头端的悬置管部（416）上设置两道绕合的悬挂环，两只悬挂环间隔出用于悬挂的悬挂槽道，散热输入头的悬置管部插入打印头套孔后露出在便拆固定槽中间，再被马蹄固定片插入这个悬挂槽道，可以直接悬挂或螺丝固定连接马蹄固定片和打印头悬置架板，散热输入头顶部悬置管部中间的耐热喉管插入打印头套孔中，并延伸至出导线头管的顶部位置，且位置为导线轴承和挤压块的底部最中央位置。主要也是为了进一步限制整个挤出槽的大小，而另外一个好处就是能将打印头和打印头悬置架板以一个非常便利的方式也就是u字马蹄固定片直接卡抱的结构直接卡扣简单容易拆卸，而且非常牢固。

作为优选所述打印控制模块包括控制器（201）、pcb转接板（202），控制器（201）上插接集线pin头，pcb转接板插接各种电源线、控制线、感应器线，上述线路和打印台上设置的打印控制器进行连接，并被其控制。

作为优选所述z轴打印架（2）包括，横架（501）、竖架（502）、升降z轴导轨（503）、z轴滚珠丝杆竖轨（504）、z轴滑车（505），横架的尾端和头端向下90度折合设置竖架，竖架的底端固定在打印台上，x轴打印机架的左侧和右侧的竖架表面贴合各设置一只升降z轴导轨，竖架内侧再平行各设置1只设置z轴滚珠丝杆竖轨，两只x轴滚珠丝杆竖轨上各套合1只z轴滑车，z轴滑车内设置丝杆升降电机，z轴滑车的前端向竖向折合设置用于连接x轴打印机架的螺接挂片，x轴打印架的头尾螺接在螺接挂片（506）上；

z轴打印机架（2）架设在打印台横向中轴线位置上，形状为π字符，述z轴打印机架的底部横向设置x轴打印架（3），所述x轴打印架（3），包括x轴导轨（507）、x轴传动电机（508）、上x轴传动带（509）、下x轴传动带（510）；x轴导轨的头端和尾端向后螺接在z轴滑车前侧，x轴导轨的头端和尾端通过动轮支架（511）架设左x轴传动电机和右x轴传动电机，上x轴传动带一端套合连接在右侧动轮支架悬置的滚轮，另一侧连接在左x轴传动电机上，上x轴传动带则是相反设置，然后两只传送带都是被卡扣固定在fdm打印头上的，通过电机的左右移动来进行移动，当然我们可以只选择一只打印带进行来回的运动也可以实现两只打印带的功能，上x轴传动带和下x轴传动带上下平行设置；所述x轴导轨上设置fdm快速打印头4，z轴打印机架顶部架载有fdm快速打印头设置的打印介质装配轮（512）。虽然有先有技术作为主导，但是本发明也有后备结构，可以用来加强整个移动结构。

作为优选所述导轨连接架轮包括横向上导轮、横向下导轮、导轮连接支架，横向上导轮、横向下导轮上下平行设置，每组轮都设置两只，都螺接在导轮连接支架上，整体排列为方形，横向上导轮、横向下导轮包括辊轴和头端的导轮，导轮上下扣合x轴导轨的上端表面和下端表面的导轨内。

作为所述x轴传动电机顶部还罩合有打印末端限位罩（201），打印末端限位罩内设置防撞板。

作为优选所述打印介质装配轮上配载的打印介质为软质1.75cm~3.0cm的tpu线和tpe线或硬质软质1.75cm~3.0cm的可降解生物线和工程塑料线。

作为优选所述3d打印机断料开关器的断料导线孔和fdm快速打印头的耐热喉管设置在同一z轴轴线上。这样的设置能使得软质线在进行输入到打印头的时候更顺畅，不会因为太柔软而变得堆积卡在挤出轮处。

作为优选所述打印成型台上覆盖有pei层或pet层。和耐热结构一起配合打印更高温度的材质。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。