单喷头彩色3D打印机自动接线装置的制作方法

本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种单喷头彩色3d打印机自动接线装置。

背景技术：

20世纪90年代3d打印技术诞生到现在已经出现了很多种3d打印技术，以熔融堆积型为代表，其凭借着设备结构简单，维护方便，开发成本低，成型方便，占据了主要市场。但相对于大多数只能打印单色的模型来说，彩色模型在视觉效果上更加直观生动，所要表达的内容更加丰富。因此，彩色3d打印机更符合未来市场需求。

目前市面上彩色熔融堆积3d打印机的解决方案基本上分为两种：一种是通过更换喷头的方式进行颜色切换，这种方法的缺点是多喷头在衔接位置会出现不精确的现象导致模型在衔接处会出现材料分层偏移，成品率低，由于需要切换喷头，故加工速度慢；比如：中国专利cn104527068a提供了一种3d打印机器人的设计，包括全方位移动平台机构、z轴升降机构、可拓展3d打印机机构和反馈/通讯/控制电路组成。利用反馈/通讯/控制电路控制所述全方位移动平台机构直线运动和旋转以及z轴升降机构带动多个打印头旋转实现彩色物体打印。本方案中多喷头旋转打印会出现衔接位置不精确导致模型分层，产品刚度较差，成品率低，空间中定位需要的精度较高，因此设备成本较高，不经济实用。

另一种是通过多合一喷嘴套件进行多种材料的交替供料，但是该种方案维护复杂，稳定性差，而且在换料过程中，容易出现堵头的现象。比如中国专利cn107672176a中提供了一种3d打印机彩色打印的耗材串接方法，包括选取颜色为δ、长度为l1的线材a，选取颜色为γ，长度为l2的线材b，依次序引入机构内，制热机构驱动热源运动，穿线机构进行穿线。该方案在耗材串接过程中需要冷却，影响后续打印，依靠手动换料，且并没有实现断料报警以及切料熔料接料一体自动化，只能解决接料不能解决自动换色，自动接料等问题。

综上所述，目前的彩色3d打印方案均存在不少缺陷，增加了普通熔融堆积型3d打印机升级成彩色3d打印机的难度，限制了彩色3d打印的可行性。

技术实现要素：

本发明提供了一种单喷头彩色3d打印机自动接线装置，用以解决目前彩色3d打印解决方案存在的成本高，不实用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述单喷头彩色3d打印机自动接线装置，其包括：

支撑框架：其包括上板、下板和设置在上板和下板之间的多个支撑柱，所述支撑柱按一周均匀分布，合围形成中空容纳空间；

多个送料机构：设置在多个支撑柱上，用于导入多条线材，所述送料机构的个数在线材颜色数以上；

选料机构：固定在支撑框架上并位于所述容纳空间内，用于汇集送料机构的线材并择一输出；

剪切机构：设置在支撑框架上并位于所述选料机构下方，用于剪断选料机构出来的线材以备更换另一线材；

熔接机构：架设在支撑框架上并位于所述剪切机构下方，用于两条线材的融合连接；和

回料机构：固定在支撑框架上，用于将所需线材导出至喷头进行3d打印。

可选地，所述选料机构包括进料板、选料板、设置在进料板和选料板之间的连接腔和将连接腔固定在支撑框架内的固定块，所述进料板上设有与送料机构一一对应的导向管和设置在进料板内的与导向管一一对应的通孔，所述选料板包括本体和设置在本体内的选料通道。

可选地，所述选料通道呈漏斗状，包括设置在本体顶部与进料板通孔一一对应的进料孔和设置在本体底部的唯一出料孔。

可选地，所述熔接机构包括固定在支撑框架上的垂直气缸支撑架、固定在所述垂直气缸支撑架上的垂直气缸、与垂直气缸活塞杆相连的伸缩杆、与伸缩杆相连的合拢推件、与合拢推件相接触的第一加热块和第二加热块、设置在第一加热块和第二加热块之间的弹性机构、以及设置在第一加热块和第二加热块下部的滑轨机构，所述第一加热块和第二加热块在合拢推件下移推动下，在滑轨机构上相向滑动合拢。

可选地，所述第一加热块和第二加热块结构相同并镜像设置，所述加热块为横截面为直角梯形的块体，所述块体内设有加热棒；所述弹性机构包括固定螺丝和套设在固定螺丝上的弹簧，所述固定螺丝固定端固定在其一加热块内，自由端插入另一加热块内，两加热块在弹簧作用下相互分离；所述滑轨机构包括固定在支撑框架内的导轨、设置在导轨上的第一滑块和设置在滑轨上的第二滑块，所述第一滑块设置在第一加热块底部，所述第二滑块设置在第二加热块底部。

可选地，所述合拢推件包括与伸缩杆相连的连接盘和设置在连接盘上的四根推杆，所述推杆与加热块的斜腰面相接触，所述推杆与加热块相接触的一端设有与斜腰面相配合的切面。

可选地，所述送料机构包括固定在支撑柱上的电机支架、固定在电机支架上的电机、设置在电机输出端的主动轮、固定在电机上的固定板、设置在固定板上的转轴、设置在转轴上与主动轮相邻的压料轮、设置在固定板上的上导向管和设置在固定板上的下导向管，线材从上导向管进入从下导向管导出，所述上导向管和下导向管之间裸露的线材位于主动轮和压料轮之间被挤压。

可选地，所述固定板包括设置在主动轮上部的上固定板和设置在主动轮下部的下固定板，所上导向管设置在上固定板上，所述下导向管设置在下固定板上。

可选地，所述回料机构的结构与所述送料机构相同。

可选地，还包括断料报警装置，所述断料报警装置设置在固定板并位于下导向管出料端。所述断料报警装置可以通过多种传感器实现，比如红外线感应装置等。

可选地，所述剪切机构包括固定在支撑框架上的切头固定板、固定在切头固定架上的固定剪切头、固定在支撑框架上的水平气缸固定架、固定在水平气缸固定架上的水平气缸和设置在水平气缸活塞杆上的移动剪切头，所述固定剪切头和移动剪切头相对设置。通过水平气缸的驱动实现固定剪切头和移动剪切头的相对运动实现剪切线材的目的。

本发明提供的技术方案结构简单小巧，出口固定，在普通单喷头3d打印机的基础上在多个料盘与喷头间增加本设备即可实现单色变彩色打印，不需要对原有的机器进行改进，操作方便，成本低廉，通过控制送料机构和选料机构可以实现多种颜色自由切换，剪切机构和熔接机构可以快速并牢固的实现不同线材的连接，并且变更后彩色打印过渡自然，维护简单，因此适用面广，具有较好的市场前景。

附图说明

图1是本发明所述单喷头彩色3d打印机自动接线装置一具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明所述送料机构一具体实施方式的结构示意图；

图3是本发明所述选料机构一具体实施方式的结构示意图；

图4是本发明所述选料板一具体实施方式的结构示意图；

图5是本发明所述熔接机构一具体实施方式的结构示意图；

图6是本发明所述合拢机构一具体实施方式的结构示意图；

图7是本发明所述加热块和弹性机构一具体实施方式的结构示意图；

图8是本发明所述剪切机构一具体实施方式的结构示意图。

图中所示：

10-支撑框架，11-上板，12-下板，13-支撑柱；

20-送料机构，21-电机支架，22-电机，23-主动轮，24-上固定板，25-下固定板，26-转轴，27-压料轮，28-上导向管，29-下导向管；

30-选料机构，31-进料板，32-选料板，321-本体，322-选料通道，323-进料孔，324-出料孔，33-连接腔，34-固定块；

40-熔接机构，41-垂直气缸支撑架，42-垂直气缸，43-伸缩杆，44-合拢推件，441-连接盘，442-推杆，443-斜切面，45-第一加热块，451-块体，452-加热棒，46-第二加热块，471-固定螺丝，472-弹簧，481-导轨，482-第一滑块，483-第二滑块，49-测温头；

50-剪切机构，51-切头固定板，52-固定剪切头，53-水平气缸固定架，54-水平气缸，55-移动剪切头；

60-回料机构；70-断料报警装置。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合实施例阐述所述单喷头彩色3d打印机自动接线装置，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

如图1所示，所述单喷头彩色3d打印机自动接线装置，其包括：

支撑框架10：其包括圆形上板11、圆形下板12和设置在上板11和下板12之间的四个支撑柱13，所述支撑柱13按圆周均匀分布，合围形成中空容纳空间；需要指出的是上板和下板也可以是三边形以上的正多边形，比如正三角形，正方形、正五边形或正六边形等，支撑柱可以为2个以上的多个。

四个送料机构20：每个支撑柱13的外侧面设有一个送料机构20，本实施例中设置了四个送料机构，可导入四条线材，所述送料机构的个数在线材颜色数以上，也就是说四条线材颜色可各不相同，也可以部分相同，本实施例总最多可以设置4中颜色线材，需要指出的是每个支撑柱并非一定设置送料机构或只设置一个送料机构，每个支撑柱上可以设置多个送料机构20；

选料机构30：固定在支撑框架10上并位于所述容纳空间内，用于汇集送料机构20的线材并择一输出；

剪切机构50：设置在支撑框架10上并位于所述选料机构30下方，用于剪断选料机构30出来的线材以备更换另一线材；

熔接机构40：架设在支撑框架10上并位于所述剪切机构30下方，用于两条线材的融合连接；和

回料机构60：固定在支撑框架20上，用于将所需线材导出至喷头进行3d打印。

如图2所示，所述送料机构20包括固定在支撑柱13上的电机支架21、固定在电机支架21上的电机22、设置在电机22输出端的主动轮23、固定在电机22上的位于主动轮23上部的上固定板24、位于主动轮下部的下固定板25、设置在上固定板24上的转轴26、设置在转轴26上与主动轮23相邻的压料轮27、设置在上固定板24上的上导向管28和设置在下固定板25上的下导向管29，线材从上导向管28进入从下导向管29导出，所述上导向管28和下导向管29之间裸露的线材位于主动轮23和压料轮27之间被挤压，主动轮23转动被挤压的线材随之垂直运动。

如图3所示，所述选料机构30包括进料板31、选料板32、设置在进料板31和选料板32之间的连接腔33和两个固定块34，参见图1，两个所述固定块34固定在相对的两个支撑柱13的内侧，从两个方向夹持连接腔33，从而也将与连接腔33固定连接的进料板和选料板固定在支撑框架10中，所述进料板31上设有与送料机构20一一对应的4个导向管35和设置在进料板31内的与导向管一一对应的通孔(图中未示)，线材穿过进料板31和连接腔33进入选料板32。

如图4所示，将选料板32剖开，所述选料板32包括圆柱型本体321和设置在本体321内的选料通道322，所述选料通道322由本体321顶部4个与进料板31通孔一一对应的进料孔323汇集到本体321底部中心的唯一出料孔324，四条通道(图中已示3条)呈漏斗状。

如图1和5所示，所述熔接机构40包括固定在两支撑柱13上的垂直气缸支撑架41、固定在所述垂直气缸支撑架41上的垂直气缸42、与垂直气缸42活塞杆相连的伸缩杆43、与伸缩杆43相连的合拢推件44、与合拢推件相接触的第一加热块45和第二加热块46、设置在第一加热块45和第二加热块46之间的弹性机构、设置在第一加热块45和第二加热块46下部的滑轨机构、以及设置在第一加热块45上的测温头49。

如图6所示，所述合拢推件44包括与伸缩杆43相连的连接盘441和设置在连接盘441上的四根推杆442，继续参见图1，所述伸缩杆穿过进料板，连接盘位于腔内，所述推杆442穿过选料板，所述推杆442下端呈斜切面443，与加热块的斜腰面相接触和配合。

如图7所示，所述第一加热块45和第二加热块46结构相同并镜像设置，以第一加热块45为例，所述加热块为横截面为直角梯形的块体451，所述块体451内设有加热棒452。

继续参见图7，所述弹性机构包括固定螺丝471和套设在固定螺丝471上的弹簧472，包括两组弹性机构，其中一组所述固定螺丝471固定端固定在第二加热块45内，自由端插入第一加热块46内，另一组则与之相反，两加热块在弹簧472作用下相互分离。

继续参见图4和图6，所述滑轨机构包括固定在支撑柱13之间的滑轨481、设置在导轨481上的第一滑块482和设置在滑轨481上的第二滑块483，所述第一滑块482设置在第一加热块45底部，所述第二滑块483设置在第二加热块46底部。

如图8所示，所述剪切机构50包括固定在支撑柱13上的切头固定板51、固定在切头固定架51上的固定剪切头52、固定在对面支撑柱13上的水平气缸固定架53、固定在水平气缸固定架53上的水平气缸54和设置在水平气缸54活塞杆上的移动剪切头55，所述固定剪切头52和移动剪切头55相对设置。

继续参见图1，所述回料机构60的结构与所述送料机构20相同。

继续参见图2，还包括断料报警装置70，所述断料报警装置70设置在下固定板25并位于下导向管29出料端。

工作过程简述如下：

初次穿线：送料机构20分别引导一股待串线的线材，线材通过支撑框架10顶端穿入，可将线材接入送料机构20，驱动送料机构20将四个线材分别导入到选料板32的选料通道322内，驱动初始线材s1对应的第一送料机构继续送料，线材s1从出料孔342引出，送入剪切机构50，将不规整的线头剪掉，避免造成3d打印机的喷头堵料的情况。后续线材途径剪切机构50和熔接机构40后将其导入回料机构60，通过同步送料机构20的电机和回料机构60的电机的速度进行出料。

线材串接：在初次穿线的基础上，驱动剪切机构50的水平气缸54，将初始线材s1剪断，然后剪切机构50复原，接着回料机构60持续向外送料，将初始线材s1停在第一加热块45和第二加热块46之间等待，线材s1对应的送料机构20反转将线材s1回抽留在通道内，让出出料孔342，选择需要的另一种线材s2，驱动该种线材s2对应的第二送料机构20将该s2向下输出，从选料机构30的出料孔342中送出，完成选料，途径剪切机构50进入到第一加热块45和第二加热块46之间，加热棒452开始加热，垂直气缸42向下运动，推杆442向下运动，第一加热块45和第二加热块46合拢，当测温头49达到指定温度后，第二送料机构20持续送料，将线材从熔接机构40的下方挤出，s1和s2线材串联完成，垂直气缸42向上运动，在第一加热块45和第二加热块46之间的弹簧472使两者向两侧分离，回料机构60和第二送料机构20继续送料，换材完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。