用于3D打印机的打印头组件以及3D打印机的制作方法

用于3d打印机的打印头组件以及3d打印机
技术领域
1.本公开涉及3d打印技术领域，尤其涉及用于3d打印机的打印头组件以及3d打印机。


背景技术：

2.3d打印机，又称三维打印机、立体打印机，是快速成型的一种工艺设备，通常是采用数字技术打印材料来实现。3d打印机常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或零部件。近年来，3d打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(aec)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都具有很高的应用前景。
3.本领域已知的三维打印方法，熔融沉积成型(fdm)是一种基于数字模型，利用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的方法，其中使用到的三维打印机是以细丝的形式向打印头供给成型材料，成型材料在打印头内以电加热的方式被加热至熔融状态。打印头按照三维打印机的控制器产生的打印头相对基底移动的路径以一层一层的方式打印出三维物体。
4.在对打印线材进行换料过程中，3d打印机首先需要将线材从打印头抽回。由于靠近打印头末端的线材已被加热至熔融状态，若将这部分已呈现流体状态的线材抽回，可能会导致其渗入打印头的其他部件内，从而对打印头的正常运行造成影响。因此，在抽回之前还需要将打印线材进行切断，以确保仅抽回线材上部的固定部分。但是，目前市面上还没有能够切断打印线材的打印头。
5.在此部分中描述的方法不一定是之前已经设想到或采用的方法。除非另有指明，否则不应假定此部分中描述的任何方法仅因其包括在此部分中就被认为是现有技术。类似地，除非另有指明，否则此部分中提及的问题不应认为在任何现有技术中已被公认。


技术实现要素：

6.根据本公开的一个方面，提供了一种用于3d打印机的打印头组件，包括：打印头，其内部形成沿着第一方向延伸并且允许打印线材通过的通道；以及切割器，设置于打印头上，用于切断通道内的打印线材，切割器包括：转动杆，可枢转地连接到打印头；转轴，设置在转动杆的一端，以将转动杆可枢转地连接到打印头；和刀片组件，可枢转地连接到转动杆上，刀片组件至少部分地伸入打印头内部并朝向通道延伸设置，以用于当转动杆的另一端被推动而围绕转轴转动时横向地隔断通道，从而切断通道内的打印线材。
7.根据本公开的另一方面，还提供了一种3d打印机，包括上述打印头组件。
8.本公开实施例的打印头组件具有切割器，切割器用于切断通道内的打印线材。在对打印线材进行换料过程中，可以首先利用切割器切断打印线材，以防止熔融状态的打印线材被抽回，从而保证了打印头的正常运行。切割器包括可枢转的转动杆和刀片组件，在打印头组件的使用过程中，推动切割器的转动杆即可实现对打印线材的切断，切割过程简单
方便。
附图说明
9.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本技术公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本技术范围的限制。
10.图1示出了根据本公开的一个实施方式的用于3d打印机的打印头组件的结构示意图；
11.图2示出了图1所示的打印头组件的沿x-z平面截取的截面示意图，其中切割器的转动杆处于初始位置；和
12.图3示出了图1所示的打印头组件的沿x-z平面截取的截面示意图，其中切割器的转动杆处于切断位置。
具体实施方式
13.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
14.下面将参照图1至图3对本公开实施例的打印头组件100进行详细描述。图1示出了根据本公开的一个实施方式的用于3d打印机的打印头组件100的结构示意图。图2示出了图1所示的打印头组件100的沿x-z平面截取的截面示意图，其中切割器120的转动杆121处于初始位置。图3示出了图1所示的打印头组件100的沿x-z平面截取的截面示意图，其中切割器120的转动杆121处于切断位置。
15.如图1至图3所示，该打印头组件100包括：打印头110和切割器120。打印头110内部形成沿着第一方向延伸并且允许打印线材通过的通道111。如图1所示，打印头110大体呈长方体形，其内部用于容纳用于3d打印的各个部件。其上端可以连接用于馈送3d打印线材的线材输入管，其下端用于连接喷嘴150，喷嘴150用于将上述3d打印线材挤出以形成待打印对象。如图2和图3所示，打印头110内部形成运输打印线材的通道111，该通道111沿第一方向(即图中所示z方向，也就是3d打印机的上下方向)延伸设置，其进口和出口分别连通上述线材输入管和喷嘴150。打印线材可以沿着上述通道111由上向下运动。在打印线材运动到靠近喷嘴150的位置处，其可以被加热以从固体状态转化为熔融的流体状态，以便于从喷嘴150中挤出熔融打印线材从而形成待打印对象。示例性地，在一些实施例中，可以在喷嘴150附近额外设置加热器对打印线材进行加热。因此可以理解，在靠近喷嘴150位置的通道111内的打印线材可能处于熔融状态，而靠近输入管的通道111内的打印线材处于固定状态。
16.在一些实施例中，上述通道111可以由打印头110内部的内壁形成，在另外一些实施例中，还可以在打印头110内部额外设置输送管以形成通道111。在通道111中间的特定位置具有间隙，该间隙将通道111分隔成上下两段，以便于切割器120利用上述间隙将连续的打印线材切断。上述特定位置可以根据通道111中熔融状态的打印线材所处位置进行确定，以使得上述间隙可以将通道111内的固体线材和熔融状态的线材区分开。
17.切割器120设置于打印头110上，用于切断通道111内的打印线材。切割器120包括：
转动杆121、转轴122和刀片组件123。转动杆121可枢转地连接到打印头110，并且如图2和图3所示，转动杆121大致沿着第一方向(图中为z方向)延伸设置。转轴122设置在转动杆121的一端，以将转动杆121可枢转地连接到打印头110，在一些实施例中，上述转轴122设置在转动杆121的底端的位置，从而使得转动杆121可以围绕其底端进行枢转。刀片组件123可枢转地连接到转动杆121上，刀片组件123至少部分地伸入打印头110内部并朝向通道111延伸设置，以用于当转动杆121的另一端(顶端)被推动而围绕转轴122转动时横向地隔断通道111，从而切断通道111内的打印线材。
18.在一些实施例中，刀片组件123包括：刀片固定架124和刀片125。刀片固定架124一端可枢转地连接到转动杆121上，其另一端朝向通道111设置并形成用于夹持刀片125的缝隙，刀片125可拆卸地或固定地插装到缝隙内。刀片125一端安装在刀片固定架124的缝隙中，其另一端朝向通道111设置。在一些实施例中，刀片125所在平面与第一方向(图中为z方向)垂直，以使得刀片125可以垂直切断打印线材。
19.在一些实施例中，打印头110内部还形成有限位槽112，限位槽112沿垂直于第一方向的平面延伸设置，用于限定刀片125在限位槽112内运动。如图2和图3所示，该限位槽112可以由打印头110内部的内壁形成，并允许刀片组件123进入打印头110内部。上述限位槽112沿着靠近或远离通道111的方向(即图2或图3所示的x方向)延伸设置，以允许刀片125在该方向上运动。限位槽112的末端可以和通道111中间的间隙连通，以允许刀片组件123中的刀片125进一步进入通道111。
20.上述打印头110的具体工作原理是，在不需要切断打印线材的情况下，转动杆121处于预设的初始位置处(如图2所示)。在一些实施例中，可以额外设置限位结构来限定该初始位置。在初始位置处，刀片组件123远离通道111，刀片125未隔断通道111。在期望切断打印线材时，可以推动转动杆121的顶端，使转动杆121按照图2所示的r方向转动，并到达图3所示的切断位置。在转动杆121的转动过程中，刀片组件123被转动杆121带动向靠近通道111的方向运动。最终在切断位置处，刀片125进入通道111的间隙并使通道111隔断，从而切断打印线材。在切断打印线材后，可以沿着r的反方向推动转动杆121，并使其返回至图2所示的初始位置。
21.本公开实施例的打印头组件100具有切割器120，切割器120用于切断通道111内的打印线材。在对打印线材进行换料过程中，可以首先利用切割器120切断打印线材，以防止熔融状态的打印线材被抽回，从而保证了打印头110的正常运行。切割器120包括可枢转的转动杆121和刀片组件123，在打印头组件100的使用过程中，推动切割器120的转动杆121即可实现对打印线材的切断，切割过程简单方便。
22.在一些实施例中，如图2和图3所示。转动杆121包括彼此连接的第一区段121a和第二区段121b，第一区段121a与转轴122可枢转地连接，第二区段121b相对于第一区段121a更远离转轴122。上述第二区段121b相对于第一区段121a可以朝向打印头110弯折，使得转动杆121的顶端靠近打印头110，从而使得打印头组件100整体结构更加紧凑。刀片组件123可枢转地连接到转动杆121的第一区段121a上。为了减小刀片组件123切断打印线材的运动行程从而减少在切断过程中需要施加的外力，可以将刀片组件123设置在转动杆121的更靠近转轴122的第一区段121a上。另外，如上文所述，由于熔融的打印线材靠近喷嘴150，因此通道111的间隙更靠近打印头110的底端。为了匹配间隙的位置，将刀片组件123设置在第一区
段121a上将是有利的。
23.在一些实施例中，打印头组件100还包括：位置传感器130。位置传感器130设置在转动杆121的转动路径上，用于当转动杆121转动到预定位置时被触发，从而确定刀片组件123已经到达能够切断打印线材的位置。如图2和图3所示，上述位置传感器130可以设置在打印头110上，并且位于打印头110面向转动杆121的第二区段121b的侧壁上。上述预定位置可以是如图3所示的切断位置。在转动杆121位于图2所示的初始位置时，转动杆121远离位置传感器130，位置传感器130不被触发；当转动杆121运动到图3所示的切断位置时，转动杆121恰好与打印头110相对位置上的位置传感器130相接触从而触发位置传感器130。上述位置传感器130可以是压力传感器等接触式位置传感器130，也可以是例如光传感器、霍尔传感器等非接触式传感器。在位置传感器130是非接触式传感器的情况下，转动杆121在切断位置不必与位置传感器130接触，只要其落入位置传感器130的检测范围即可。
24.虽然在图2和图3所示的实施例中，位置传感器130被设置在转动杆121的转动路径上，但是在另外一些实施例中，位置传感器130还可以设置在刀片组件123的移动路径上，用于当刀片组件123移动到预定位置时被触发，从而确定刀片组件123已经到达能够切断打印线材的位置。在这种情况下，位置传感器130例如可以设置在容纳刀片组件123的限位槽112中，当刀片组件123达到切断打印线材的位置时，刀片组件123与位置传感器130接触并触发位置传感器130。
25.在一些实施例中，位置传感器130还可以和额外设置的指示装置电连接，用于将触发信号传输至指示装置，指示装置接收到触发信号后发出刀片组件123已经切断打印线材的指示。上述指示装置例如可以是声音提示器或光信号提示器等，上述指示例如可以是声音信号或光信号。
26.在一些实施例中，转轴122设置有扭簧，扭簧提供使转动杆121向初始位置回转的扭矩，以使得当转动杆121从初始位置正向转动以带动刀片组件123切断打印线材后，转动杆121在扭簧的扭矩作用下反向转动至初始位置。如图2所示，在转动杆121位于初始位置时，扭簧处于平衡状态，转动杆121不受扭簧的力的作用。如图3所示，当转动杆121受外力作用使其运动到切断位置后，扭簧产生弹性回复力并驱动转动杆121自动返回到初始位置，从而无需再对转动杆121施加外力使其返回，因此进一步简化了切断操作。另外，在不对转动杆121施加外力的情况下，扭簧可以使转动杆121保持在初始位置，防止出现切割器120的误切断操作。
27.在一些实施例中，在打印头110的内部还设置有一对辊140，该对辊140分别设置于通道111的两侧并夹持通道111内的打印线材。辊140位于通道111的间隙之上，用于抽回间隙上方的打印线材。打印头110的内部还可以设置驱动机构(例如电机)，用于驱动辊140转动，从而抽回两个辊140之间的打印线材。本实施例的打印头组件100的工作原理是：在希望更换打印线材时，首先利用切割器120切断打印线材，然后启动驱动机构使得辊140转动，从而抽回打印线材。抽回打印线材后，可以利用输入管馈送新的打印线材。
28.根据本公开的另一个方面，还提供了一种3d打印机，该3d打印机包括上述打印头组件100。本实施例的3d打印机可以切断打印头110中的打印线材，以防止更换打印线材时熔融状态的打印线材被抽回，从而保证了打印头110的正常运行。
29.应当理解的是，在本说明书中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，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，并且因此不能理解为对本公开的保护范围的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
32.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。