一种多功能复合3D打印头装置的制作方法

本实用新型涉及一种多功能的3D打印头装置，尤其涉及了一种可集成多类型打印头的装置，并在该装置上配置有光路系统。

背景技术：

目前随着3D打印领域的快速发展，出现了桌面熔融挤出类型的打印机(FDM型)、桌面光固化类型的打印机(SLA型)及点胶式的3D打印机或其他类型的桌面机。纵观市场上大多类型的打印机，均仅仅只能完成单一类型的3D打印方式，且除了FDM打印方式配置有多打印头(为同类型的熔融挤出打印头)外，其他均为单打印头装置。

面向未来制造将可能面临多种不同方式的复合打印，而按照目前的3D打印头的功能形式及打印机的样式，若要实现复合制造则需要将模型在各个不同功能类型的3D打印机上来回进行多次切换从而完成同一模型多种打印方式的复合制造。这样的制作流程对于产品的制造过程而言较为繁杂，时间周期也相对延长，同时由于需要产品在不同类型的打印机反复切换，容易造成定位误差，潜在提高了产品的制造费用。

基于目前市场的3D打印机，其在打印方式上均具有局限性，同一台设备只能采用一种打印成型方式，即FDM打印机只有熔融挤出的功能，SLA打印机只要光固化的功能。而通过观察各个打印机传动方式可以发现其均是基于三轴的传动平台，而唯一区别在于打印头的不同。因此基于现有三轴运动平台有待开发一种多功能的打印头装置，以实现在一台打印机上实现多种打印功能或多材料的打印目的。

技术实现要素：

针对现有3D打印设备中存在功能单一的问题，本实用新型提供一种多功能复合的3D打印头装置，可以实现多种不同方式的打印功能，如FDM熔融挤出、光敏树脂喷墨或点胶等打印功能。采用该打印装置后基于现有的三轴平台可在一台打印机上实现多功能的3D打印，实现一机多用的效果，避免了多设备重叠搭建。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

所述一种多功能复合3D打印头装置，其特征在于：包括安装盘、安装架、旋转机构、若干个3D打印头以及光路系统；

所述安装盘中心开有供光路系统工作的出光口；

所述安装架一端与安装盘固定连接，另一端安装在旋转机构上，旋转机构能够带动安装架绕安装架轴线转动；所述安装架为空心的柱状结构，且安装架横截面为多边形；在所述安装架的每个侧边面上安装有沿安装架轴向的滑块滑轨结构；每个滑块滑轨结构的滑块上安装有一个3D打印头，且3D打印头的打印方向沿安装架轴向，滑块能够在驱动机构的驱动下带动3D打印头在滑轨上沿安装架轴向运动；

所述光路系统包括光源和光学组件；所述光路系统能够将相应功能的光从安装盘中心的出光口出射。

进一步的优选方案，所述一种多功能复合3D打印头装置，其特征在于：若干个3D打印头中包括点胶型打印头、喷墨式打印头和/或熔融挤出型打印头。

进一步的优选方案，所述一种多功能复合3D打印头装置，其特征在于：所述驱动机构采用气阀、电磁阀或螺杆结构实现。

进一步的优选方案，所述一种多功能复合3D打印头装置，其特征在于：所述光路系统包括多种不同功能性光源、聚焦镜以及反光镜；所述多种不同功能性光源能够实现的功能包括材料固化、加热和/或修切功能。

进一步的优选方案，所述一种多功能复合3D打印头装置，其特征在于：所述安装盘边缘开有供每个3D打印头伸出进行工作的缺口，确保打印头工作时与安装盘不发生干涉。

有益效果

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1)本实用新型通过对现有的3D打印头进行集成和改进，将具有不同功能的3D打印头进行装设为一种多功能打印装置。通过移动装置和旋转装置实现打印头的定位和切换。因此通过该复合3D打印头装置可以实现多功能的复合打印，也可以在同一模型上实现多材料的复合制造。

2)本实用新型的一种多功能复合3D打印头装置集成了多光路系统，可以实现打印过程中将材料的烧结、改性、固化等功能进行复合，能够应用于功能性材料、复合材料的制备。

3)本实用新型可以衍生出其他应用功能，如将电子浆料的打印与FDM或喷墨方式及激光/紫外光固化进行结合，利用激光快速固化的原理将电子浆料固化，利用紫外激光将光敏树脂固化，在结构件中实现电路图形的嵌入，赋予了原先仅仅为结构件的构件相应的电气性能，因此该多功能的复合打印头装置将具有广阔的应用前景。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：本实用新型结构示意图；

图2：本实用新型下部结构示意图；

其中：1、红外激光发生器；2、紫外激光发生器；3、滑轨；4、第一打印头；5、第二打印头；6、安装盘；7、第三打印头；8、滑块；9、第四打印头；10、第五打印头；11、安装架；12、反射镜；13、光路；14、出光口；

图3：本实用新型喷墨模式示意图；

图4：本实用新型紫外光固化模式示意图；

图5：本实用新型点胶模式示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外、术语“第一”、“第二”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。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型的目的是提出一种多功能复合3D打印头装置，具有有多个打印头(可为多个非同一功能性的打印头或多个同一功能的打印头)，每个单独的打印头可以通过外力驱动的上下移动装置实现移动，同时多个打印头可以通过旋转机构实现旋转切换，并在该装置上配置有多光路系统(可为外红激光、紫外激光或其他功能性光源)，用于打印过程中的辅助功能，如固化、修切等。

如图1和图2所示，本实施例中的多功能复合3D打印头装置包括安装盘、安装架、旋转机构、若干个3D打印头以及光路系统。若干个3D打印头可以为不同类型的打印头，如FDM、喷墨式或其他类型的3D打印头，也可以为同类型的打印头。非同类型的打印头，则可用该打印装置实现多种3D打印功能。若装置为同类型的打印头，则每种打印头可以打印不同类型的材料，即在同一种模型上实现多材料的打印。

如图1和图2所示，所述安装盘中心开有供光路系统工作的出光口；所述安装盘边缘开有供每个3D打印头伸出进行工作的缺口，确保打印头工作时与安装盘不发生干涉。

所述安装架一端与安装盘固定连接，另一端安装在旋转机构上，旋转机构能够带动安装架绕安装架轴线转动；所述安装架为空心的柱状结构，且安装架横截面为多边形；在所述安装架的每个侧边面上安装有沿安装架轴向的滑块滑轨结构；每个滑块滑轨结构的滑块上安装有一个3D打印头，且3D打印头的打印方向沿安装架轴向，滑块能够在驱动机构的驱动下带动3D打印头在滑轨上沿安装架轴向运动。所述驱动机构采用气阀、电磁阀或螺杆结构实现。通过轴向移动打印头调节打印头与基板的距离，以满足每种不同打印方式的需求。而通过旋转机构带动安装架绕安装架轴线转动，每次给定特定的旋转角度，实现打印头的切换功能。

所述光路系统包括光源和光学组件；光源采用多种不同功能性光源，如紫外激光、红外激光或其他功能性光源，光学组件包括聚焦镜以及反光镜，将相应功能的光从安装盘中心的出光口出射。光路系统主要用于打印过程中的材料固化、加热或修切等作用。

下面以打印光固化喷墨模式结合紫外光路系统及点胶模式复合为例对本实用新型装置的工作方式进行说明，图3～5为三种模式下互相协作打印过程的示意图。在首层3D打印开始，启动喷墨打印头向下移动至与基板合适距离后开启的打印，如图3。在首层完成光敏树脂喷墨后，旋转点胶打印头至打印位置后，开启紫光光路系统对首层打印的光敏树脂进行固化，如图4所示。在完成对光敏树脂的固化后，将点胶打印头向下移动至与基材合适距离后开启打印功能，如图5所示。此后可开启红外激光模式对点胶层进行固化。此后可以重复上述过程，从而实现了一种模型的多种3D打印模式复合，也可实现同模型的多材料体系制备。

采用该新型3D打印装置后可实现不同打印功能模式的复合，完成多种打印模式打印多个同一产品或在同一产品打印中实现多实现多个打印方式的复合。这种多功能3D打印头装置的打印方式将极大丰富3D打印制备的领域和范围，应用到现有的3D打印机后可实现多款打印机的功能，在未来的数字化工厂中将极大缩减不同类型打印机的重复交叠，实现一机多用的功能。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。