手持3D绘制装置及其往复式送料机构和持续送料方法与流程

本发明涉及3d打印，尤其涉及一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和 持续送料方法。

背景技术：

1、手持3d绘制装置，如3d打印笔、3d绘画笔，其由人手操控，可以根据人的意愿进行立体作画。其工作原理是，将固体的耗材输送至加热机构以加热熔化形成热熔材料，该热熔材料从笔的前端出口挤出，并经冷却后形成所需要的3d绘制作品。

2、为了完成3d作品的绘制，该热熔材料需要被持续不间断地从笔的前端出口输出，这就 需要将固体的该耗材持续地向前输送至该加热机构的位置。传统的3d绘画笔一般包括一 个进丝机构用来驱动该耗材向前移动。该进丝机构一般采用的是齿轮驱动机构或螺纹驱动 机构。该齿轮驱动机构包括受电机驱动的齿轮组咬合耗材以通过转动的齿轮和该耗材之间 的摩擦力向前推动该耗材。该螺纹驱动机构包括受电机驱动的具有螺纹齿的驱动部件来咬 合耗材并通过旋转的螺纹齿和该耗材之间的摩擦力向前推动该耗材。

3、然而，现有的该进丝机构对该耗材的直径公差要求较为严格，利用齿轮或螺纹齿咬合 该耗材时，如果摩擦力过大，就会造成电机停转而使进丝停滞而不能向前输送该耗材。如 果摩擦力过小，则导致齿轮或螺纹齿空转而不能有效地咬合该耗材，而使该耗材出现打滑 现象，从而不能持续不断地将该耗材向前输送。

4、另外，现有的该进丝机构使得该耗材的上料和退料操作比较复杂。因为在该齿轮驱动 机构或该螺纹驱动机构没有启动的状态下，该齿轮驱动机构的两个送丝齿轮或该螺纹驱动 机构的螺纹齿会阻止该耗材的上料和退料，从而不能将该耗材的前端直接一步推送到该3d 绘画笔的该加热机构或直接将该耗材从3d绘画笔中抽出。

技术实现思路

1、本发明的一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料方 法，其中所述往复式移料机构通过来回往复移动的至少一个送料组件驱动一耗材向前移动， 从而用来向前输送该耗材。

2、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述往复式送料机构通过来回往复移动的多个送料组件使一固体的耗材能够被 持续地向前输送，从而持续地使该耗材被输送至一热熔机构而被加热熔化以输出热熔材料。

3、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中多个所述送料组件中的一个送料组件在后退过程中，至少有另一个送料组件在 向前移动以驱动该耗材向前移动，从而保证该耗材在输送过程中始终至少有一个送料组件 在驱动该耗材向前移动，从而使该耗材能够持续地被向前输送。

4、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中多个所述送料组件交替地驱动该耗材向前移动，从而使该耗材能够不间断地被 向前输送。

5、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中在一些实施例中，当多个所述送料组件中一个送料组件向前移动至最前端位置 并将要向后移动的切换时间时，仍然有其他的至少一个送料组件处于向前移动过程中，从 而使所述往复式送料机构保持连续地驱动该耗材向前移动。

6、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中各个所述送料组件中的一送料元件受驱动而往复移动，并且在所述送料元件向 前移动时，通过与该耗材接触并能够推动该耗材以实现驱动该耗材向前同步地移动。

7、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中多个所述送料组件中处于向前移动的所述送料组件的所述送料元件对该耗材向 前的推动力大于多个所述送料组件中处于向后移动的所述送料组件的所述送料元件带动该 耗材趋向于向后移动的作用力，从而保证该耗材能够稳定可靠地被向前驱动移动。

8、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中通过设计在每个送料周期中所述送料元件向前移动的距离和移动速度，来控制 该耗材的进料速度。

9、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中由于所述送料元件被布置成适于保持弹性地与该耗材接触，从而该耗材可以直 接顶开所述送料元件而使其前端移动到达所述热熔机构的位置以完成上料准备步骤，从而 不像传统的进丝齿轮或螺纹齿驱动机构会阻挡该耗材的直接上料准备操作。

10、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述送料元件与该耗材能够被分离从而方便从所述手持3d绘制装置中退出该 耗材，并且方便该耗材的替换。

11、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述送料元件藉由弹性力的作用下与该耗材相接触，从而允许该耗材的直径可 具有相对较大的公差，而不像传统3d打印笔中对该耗材的直径公差要求较为严格。

12、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述送料元件与该耗材能够被分离从而方便从所述手持3d绘制装置的一输送 通道抽出该耗材，并且方便该耗材的替换。

13、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述手持3d绘制装置能够通过机械结构方便退料，从而所述往复式送料机构 的一驱动电机的电极极性不用设置为可变极性，从而不像传统齿轮或螺纹驱动机构需要反 转电机提供反转操作而取出耗材。

14、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述送料元件与该耗材接触面积较少，从而在所述手持3d绘制装置配置有一 染色机构并且能够提供多种颜色的染色时，所述送料元件上沾染到染料相对较少，从而对 该耗材变换染料染色时的干扰影响相对较小。

15、本发明的另一个优势在于提供一种手持3d绘制装置及其往复式送料机构和持续送料 方法，其中所述手持3d绘制装置结构简单、方便操作。

16、依本发明的一个方面，本发明提供一种手持3d绘制装置的持续送料方法，其包括步骤： 通过多个送料元件受驱动往复地移动并接触一固体的耗材以驱动该耗材在一输送通道中向 一出口输送。

17、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：通过多个所述送 料元件周期性地交替地驱动该耗材在所述输送通道中向所述出口输送。

18、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：在该耗材向前输 送过程中，保持有至少一个所述送料元件处于向前移动过程以驱动该耗材向所述输送通道 的所述出口输送。

19、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：在该耗材向前输 送过程中，在其中一个所述送料元件向前位移至最大距离并准备切换至向后移动时，保持 有另外一个所述料送料元件处于向前移动过程以驱动该耗材向所述输送通道的所述出口输 送。

20、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：在该耗材向前输 送过程中，当其中一个所述送料元件处于向后移动过程时，至少有另外一个所述送料元件 处于向前移动以驱动该耗材向前移动的过程中。

21、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：通过两个所述送 料元件周期性地往复地移动以驱动该耗材在所述输送通道中向所述出口输送，其中一个所 述送料元件向前移动以驱动该耗材向前移动时，另一个所述送料元件向后移动以准备进入 下一个向前移动过程。

22、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：通过两组所述送 料元件周期性地往复地移动以驱动该耗材在所述输送通道中向所述出口输送，其中每组所 述送料元件包括两个所述送料元件，每组的两个所述送料元件交替地驱动该耗材向前移动。

23、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：两组所述送料元 件的往复移动相差四分之一个送料周期。

24、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：在该耗材向前输 送过程中，保持两组所述送料元件中各组提供一个所述送料元件处于向前移动过程中，以 使两组所述送料元件提供两个所述送料元件处于向前移动以驱动该耗材向前移动。

25、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：在该耗材向前输 送过程中，两组所述送料元件提供的处于向前移动的两个所述送料元件时间上相间隔地分 别到达其向前的最大位移。

26、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：通过一前移驱动 装置驱动多个所述送料元件向前移动和通过一后移驱动装置驱动多个所述送料元件向后复 位。

27、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法通过至少一传动组件在至少 一动力源提供能量的作用下周期性地驱动多个送料组件中的多个驱动架，以使多个所述驱 动架分别驱动对应的多个所述送料元件前后移动，从而驱动该耗材向前移动。

28、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法包括步骤：通过所述动力源 的一驱动电机驱动所述驱动组件的一往复控制轮转动，以驱动所述驱动架前后移动，从而 所述驱动元件驱动所述送料元件前后移动。

29、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法通过所述往复控制轮的位于 相反两侧的一前侧驱动面和一后侧驱动面转动以分别作用于两个所述驱动架各自的一第一 作用面和一第二作用面，以分别驱动两个所述送料元件的往复移动。

30、在一些实施例中，在所述的手持3d绘制装置的持续送料方法中，所述前侧驱动面和所 述后侧驱动面都是曲面，并且所述前侧驱动面的至少一峰点位置和至少一谷点位置分别与 所述后侧驱动面的至少一谷点位置和至少一峰点位置在所述往复控制轮的相反两侧对应地 布置。

31、在一些实施例中，多个所述送料组件包括两组所述送料组件，每组所述送料组件包括 两个所述送料组件，其中通过两个所述往复控制轮分别驱动两组所述送料组件的往复移动， 并且两个所述往复控制轮中一个所述往复控制轮的各个所述峰点位置与另一个所述往复控 制轮的位于所述峰点位置和所述谷点位置之间的一渐变面在轴向上互相对应地布置。

32、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法还包括步骤：允许该耗材进 入所述输送通道并推开多个所述送料元件到达一热熔机构从而完成上料准备步骤。

33、在一些实施例中，所述的手持3d绘制装置的持续送料方法还包括步骤：保持所述送料 元件呈倾斜状态地与该耗材相接触以驱动该耗材向前移动。

34、依本发明的另外一方面，本发明提供一种手持3d绘制装置，其适用于将一固体的耗材 加热熔化并用于绘制3d作品，其包括：

35、一绘制主体，其包括一控制器和一手持壳体，并具有位于所述手持壳体内的一输送通 道；

36、一往复式送料机构，其包括受驱动往复移动的多个送料元件；

37、一热熔机构，其中所述往复式移机构在所述控制器的控制下通过往复移动的多个所述 送料元件接触该耗材以驱动该耗材在所述输送通道内向所述热熔机构输送，从而该耗材被 所述热熔机构加热熔化以用于该3d作品的绘制。

38、在一些实施例中，所述往复式送料机构包括一前移驱动装置和一后移驱动装置，所述 前移驱动装置用于驱动多个所述送料元件向前移动，所述后移驱动装置用来驱动多个所述 送料元件向后复位。

39、在一些实施例中，所述往复式送料机构包括至少一动力源、至少一传动组件和多个送 料组件，各个所述送料组件包括一驱动架以及连接于所述驱动架的一个所述送料元件，其 中所述传动组件在所述动力源提供能量的作用下周期性地驱动所述驱动架前后移动以驱动 对应的所述送料元件前后移动。

40、在一些实施例中，所述动力源包括一驱动电机和一输出轴，所述传动组件包括一连接 元件和一往复控制轮，其中所述驱动电机在提供电能作用下转动，所述连接元件连接于所 述输出轴以适于随着转动的所述驱动电机同步地转动并驱动所述往复控制轮转动，从而所 述往复控制轮驱动多个所述送料组件往复地移动。

41、在一些实施例中，所述往复控制轮具有曲面的一前侧驱动面和曲面的一后侧驱动面， 各个所述驱动架具有一前侧作用面和一后侧作用面，在所述往复控制轮受驱动而转动时， 所述往复控制轮的所述前侧驱动面和所述后侧驱动面分别作用于多个所述驱动架的所述前 侧作用面和所述后侧作用面以驱动多个所述驱动架往复地移动，从而带动多个所述送料元 件来回往复地移动。

42、在一些实施例中，各个所述驱动架具有一作用槽，各个所述驱动架的所述前侧作用面 和所述后侧作用面位于所述作用槽的相反两侧，所述往复控制轮的所述前侧驱动面和所述 后侧驱动面各自表面上的位置被驱动周期性地转动进入所述作用槽以分别与对应的所述驱 动架的所述前侧作用面和所述后侧作用面相作用。

43、在一些实施例中，所述往复控制轮的所述前侧驱动面和所述后侧驱动面分别具有至少 一峰点位置、至少一谷点位置和至少两个延伸在相邻的所述峰点位置和所述谷点位置之间 一的渐变面，其中所述前侧驱动面的所述峰点位置和所述谷点位置与所述后侧驱动面的所 述谷点位置和所述峰点位置位于对应于所述移动控制轮的相反两侧。

44、在一些实施例中，所述往复控制轮同时驱动两个所述送料组件的往复移动，其中所述 往复控制轮驱动一个所述送料组件向前移动时，另一个所述送料组件被同时驱动向后移动。

45、在一些实施例中，所述传动组件包括两个所述往复控制轮，各个所述往复控制轮同时 驱动一组所述送料组件，每组所述送料组件包括两个所述送料组件，其中各个所述往复控 制轮驱动一组所述送料组件中的一个所述送料组件向前移动时，另一个所述送料组件被同 时驱动向后移动。

46、在一些实施例中，两个所述往复控制轮分别驱动两组所述送料组件时，其保持在该耗 材的向前输送过程中，两组所述送料组件中至少有一个所述送料组件处于向前移动过程中， 以使两组所述送料组件提供两个所述送料组件处于向前移动过程中以驱动该耗材向前移 动。

47、在一些实施例中，两个所述往复控制轮分别驱动两组所述送料组件时，其保持在该耗 材的向前输送过程中，两组所述送料组件提供两个所述送料组件处于向前移动过程中并且 两个所述送料组件时间上互相间隔地到达向前位移的最大位置。

48、在一些实施例中，各个所述往复控制轮具有一前侧驱动面和一后侧驱动面，其中所述 前侧驱动面和所述后侧驱动面分别具有至少一峰点位置、至少一谷点位置和至少两个延伸 在相邻的所述峰点位置和所述谷点位置之间一的渐变面，其中所述前侧驱动面的所述峰点 位置和所述谷点位置与所述后侧驱动面的所述谷点位置和所述峰点位置位于对应于所述移 动控制轮的相反两侧。

49、在一些实施例中，在各个所述往复控制轮处于未开始转动的初始状态时，一组所述送 料组件的两个所述驱动架分别与对应的一个所述往复控制轮相反两侧的所述渐变面接触， 另一个所述往复控制轮的相反两侧的所述峰点位置和所述谷点位置分别与对应的另一组所 述送料组件的两个所述驱动架相接触。

50、在一些实施例中，每组所述送料组件中一个所述送料组件的所述驱动架与对应的所述 往复控制轮的所述峰点位置接触时，另一个所述送料组件的所述驱动架与对应的所述往复 控制轮的所述谷点位置接触。

51、在一些实施例中，各个所述往复控制轮在其相反的两侧各自具有2k+1个所述峰点位 置和2k+1个所述谷点位置，其中k∈n+，n+为正自然数集。

52、在一些实施例中，两个所述往复控制轮中一个所述往复控制轮的各个所述峰点位置与 另一个所述往复控制轮的位于所述峰点位置和所述谷点位置之间的一渐变面在轴向上互相 对应地布置。

53、各个所述往复控制轮的所述渐变面是抛物线形曲面，以使对应的所述送料组件被驱动 时形成等加速运动。

54、在一些实施例中，所述送料元件相对于所述输送通道呈倾斜地设置。

55、在一些实施例中，各个所述驱动架有一安装槽，所述送料元件为一刀片，其被安装于 所述安装槽，并且相对于所述输送通道呈倾斜地设置。

56、在一些实施例中，所述送料元件为一弹性片，并且与所述驱动架一体成形，并且所述 送料元件相对于所述输送通道呈倾斜地设置。

57、在一些实施例中，所述往复式送料机构还包括抵压于各个所述送料元件的一弹性限位 元件，以使所述送料元件适于保持弹性地与该耗材相接触。

58、在一些实施例中，所述往复式送料机构还包括与所述驱动架一体成形并抵压于各个对 应的所述送料元件的一弹性限位元件，以使所述送料元件适于保持弹性地与该耗材相接触。

59、在一些实施例中，所述手持3d绘制装置还包括一退料机构，其包括一退料开关、一传动部件和一推动部件，所述退料开关被操作时，其驱动所述传动部件移动以驱动所述推动元件移动，所述推动元件推动所述送料元件以使所述送料元件与该耗材相分离，从而使得该耗材适于从所述输送通道取出。

60、在一些实施例中，所述绘制主体还包括一容纳壳体，所述往复式送料机构组装于所述 容纳壳体，所述容纳壳体具有一送料空间以使该耗材在所述送料空间中露出，并且各个所 述驱动架适于在所述送料空间中滑动。

61、在一些实施例中，所述绘制主体包括一输送管道，其包括一第一部分管道和一第二部 分管道，其中所述第一部分管道和所述第二部分管道之间相间隔并与所述送料空间相连通， 多个所述送料元件适于作用于位于所述送料空间的一部分该耗材以驱动该耗材向前移动。

62、依本发明的另一个方面，本发明进一步提供本发明提供一种应用于手持3d绘制装置的 往复式送料机构，所述手持3d绘制装置适用于将一固体的耗材加热熔化并用于绘制3d作 品，所述往复式送料机构包括受驱动往复移动的多个送料元件，其中多个所述送料元件受 驱动接触该耗材并驱动该耗材向前移动。

63、依本发明的另一个方面，本发明进一步提供本发明提供一种手持3d绘制装置的提供 3d绘制材料的方法，其包括步骤：

64、(a)通过多个送料元件受驱动往复地移动并接触一固体的耗材以驱动该耗材在一输送 通道中向一出口输送；以及

65、(b)加热该耗材以使该耗材熔化并从所述输送通道的的所述出口输出。