一种打印头切换装置和多模式复合3D打印设备的制作方法

一种打印头切换装置和多模式复合3d打印设备
技术领域
1.本实用新型涉及一种打印头切换装置和多模式复合3d打印设备，可以实现至少两种材料的连续复合打印。


背景技术：

2.3d打印的应用已经涉及金属、树脂体系、陶瓷、生物等领域，其主要的成型工艺为热熔沉积、激光烧结、喷射粘结剂等方式。其中最具代表性的是热熔沉积技术，其工作原理是通过送丝装置将热熔长丝材料送入喷嘴；在计算机软件的控制下，加热喷嘴挤出软化的材料，并开始沿着物体的轮廓移动，直到半流动材料的填充和固化完成，从而形成3d打印产品。
3.目前主流的3d打印设备只能实现单一打印模式，无法实现多种打印模式的在线连续复合打印，不利于3d打印在线路板快速打样、天线/传感器的制作以及材料测试研发等方面的应用推广。


技术实现要素：

4.为了解决现有的3d打印设备打印模式单一，无法实现多种打印模式的在线连续复合打印的技术问题，本实用新型提供了一种打印头切换装置和多模式复合3d打印设备。
5.本实用新型的技术方是：
6.一种打印头切换装置，其特殊之处在于：包括n个气动/电动滑台，每个气动/电动滑台的滑台上均设有一个用于安装打印头的打印头固定件；不同气动/电动滑台上的打印头固定件适配不同类型的打印头，通过所述n个气动/ 电动滑台实现n种类型打印头的切换；n≥2。
7.进一步地，所述打印头固定件包括背板和打印头固定支架，背板用于将打印头固定支架固定连接在所述滑台上，打印头固定支架的结构与待安装固定的打印头外部形状匹配。
8.进一步地，n＝2或3。
9.本实用新型还提供了一种多模式复合3d打印设备，包括x向运动单元、 y向运动单元、z向运动单元和打印平台；其特殊之处在于：还包括上述的打印头切换装置，通过所述x向运动单元、y向运动单元和z向运动单元可将所述打印头切换装置与待打印区域对准；通过所述打印头切换装置进行n种类型打印头的切换，实现n种模式交替打印。
10.进一步地，所述打印头切换装置具有x、y和z向中至少一个方向的自由度。
11.进一步地，所述打印平台包括热固化负压吸附平台和保护平台；热固化负压吸附平台可对薄膜类基板进行吸附固定，同时可对其进行辅助加热实现热固型材料的固化；保护平台设置在热固化负压吸附平台的外围，用于降低操作过程中的烫伤风险。
12.进一步地，还包括观墨系统，用于在打印前拍摄墨滴图像。
13.进一步地，所述观墨系统包括图像采集单元、镜头、光源、微动调节平台、废墨盒和
光源支架；光学成像镜头用于对墨滴图像进行缩放；图像采集单元用于采集墨滴图像；光源用于模拟图像采集单元触发所需光源，光源通过光源支架设置在保护平台上；微动调节平台用于实现镜头对焦；废墨盒用于收集观墨时单孔喷头喷出的墨滴。
14.进一步地，x向运动单元、y向运动单元、z向运动单元均采用滚珠丝杠直线运动平台实现。
15.进一步地，x向运动单元、y向运动单元、z向运动单元中均设有用于防止线缆缠绕的走线槽和拖链。
16.本实用新型具有的有益效果是：
17.1.本实用新型的打印头切换装置可实现至少两种打印头的在线连续切换，为3d打印设备实现多种打印模式的在线连续复合打印奠定了基础。
18.2.本实用新型的打印头切换装置适配于目前市场上大多数3d打印设备，可直接替换3d打印设备中的打印单元，使其具备多模式在线连续复合打印功能，改进成本低。
19.3.本实用新型的多模式复合3d打印设备具备观墨功能，采集的墨滴图像可为精准微观打印提供校准依据。
20.4.本实用新型的多模式复合3d打印设备中的打印平台具有加热和负压吸附功能，用于对薄膜类基板进行吸附固定，同时可对其进行辅助加热实现热固型材料的固化，拓展了本实用新型的打印范围。
21.5.本实用新型的多模式复合3d打印设备中设有拖链和走线槽，可将各种线缆容纳其内，防止运动过程中线缆发生缠绕。
22.6.本实用新型的多模式复合3d打印设备可实现介电树脂(环氧树脂、光敏树脂及陶瓷浆料)、导电浆料(铜浆、镍浆、银浆等)、fdm(熔积成型法)和单孔喷墨等打印模式中至少两种的在线连续复合打印，特别适用于线路板快速打样、天线/传感器的制作以及材料测试研发等方面的增材制造。
23.7.本实用新型的多模式复合3d打印设备结构紧凑，占地面积小。
附图说明
24.图1是本实用新型打印头切换装置实施例一与3d打印设备中y轴运动模组配合后的示意图。
25.图2是图1的爆炸分解图。
26.图3是本实用新型打印头切换装置实施例二与3d打印设备中y轴运动模组配合后的示意图。
27.图4是图3中三个打印头固定件的结构示意图。
28.图5是本实用新型多模式复合3d打印设备实施例的结构示意图(图中隐去了设备外壳体，仅示出了打印舱内的结构)。
29.图6是本实用新型中观墨系统的原理示意图。
30.附图标记说明：
31.1-打印头切换装置；11-气动/电动滑台；12-打印头固定件；121-打印头固定支架；122-背板；
32.2-打印平台；21-热固化负压吸附平台；22-保护平台；
33.3-打印舱底板；
34.4-x向运动单元；41-x轴运动模组；
35.5-y向运动单元；51-y轴运动模组；511-前保护壳；512-后保护壳；513
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滑块；52-步进电机；53-电机外端保护壳；54-电机固定板；55-走线槽；56
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拖链；57-拖链固定板；58-控制板支架(用于固定安装打印设备的控制板)；
36.6-z向运动单元；61-z轴运动模组；62-z轴拖链；
37.7-观墨系统；71-图像采集单元；72-光学成像镜头；73-光源；74-微动调节平台；75-废墨盒；76-光源支架；
38.8-光电限位开关；
39.9-限位挡片。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
41.实施例一：
42.如图1-2所示，本实施例所提供的打印头切换装置，包括两个气动/电动滑台12和两个打印头固定件13；两个气动/电动滑台12均固定安装在现有三轴运动的3d打印设备的y轴运动模组5上；两个打印头固定件13分别设置在两个气动/电动滑台12的滑台上。
43.两个打印头固定件13用于安装不同类型的打印头，以将两种不同类型的打印头安装在两个气动/电动滑台12上。
44.本实施例打印头切换装置实现打印头切换的过程：
45.待3d打印设备的x、y、z三个方向的运动模组将本实用新型的打印头切换装置与打印平台2上基材对准后，利用两个气动/电动滑台12分别驱动两种不同类型的打印头上下运动，实现两种打印头的切换。
46.实施例二：
47.如图3所示，本实施例所提供的打印头切换装置与实施例一的区别仅在于：气动/电动滑台12和打印头固定件13的数目均为3个，可以进行三种打印头切换。
48.如图4所示为图3中三个打印头固定件13的结构示意图，每个打印头固定件13均包括用于将其固定连接在气动/电动滑台12上的背板122和设置在背板122上的打印头固定支架121；打印头固定支架121的结构形状根据待安装固定的打印头的外部形状进行匹配设计，以实现打印头的固定。
49.实施例三：
50.本实施例所提供的3d打印设备，是在现有某三轴运动的3d打印设备基础上做出的改进，具体是采用实施例一提供的打印头切换装置替代了其y轴运动模组5的滑块51上安装的打印头装置，使之可实现两种不同模式的在线连续打印。
51.如图5所示，本实施例所提供的3d打印设备，包括打印舱底板3、设置在打印舱底板3上的打印平台2、x向运动单元4、y向运动单元5、z向运动单元6，以及设置在y向运动单元5上的打印头切换装置1；
52.打印平台2包括热固化负压吸附平台21和保护平台22；热固化负压吸附平台21用于对薄膜类基板进行吸附固定，同时可对其进行辅助加热实现热固型材料的固化(当打印
方式为fdm时，固化方式为自然固化，此时热固化负压吸附平台21可不进行加热；当打印方式为直写或单孔喷墨时，可采用热固化负压吸附平台21进行辅助加热加速固化)；保护平台22设置在热固化负压吸附平台21的外围，二者之间具有间隙，且保护平台22的上表面低于热固化负压吸附平台21的上表面，降低操作人员操作过程中的烫伤风险。
53.x向运动单元4与打印平台2中的热固化负压吸附平台21相连，用于驱动其沿x轴运动。
54.y向运动单元5用于驱动装有多种打印头的打印头切换装置1沿y轴运动。
55.z向运动单元6用于驱动y向运动单元5沿z轴运动，进而带动装有多种打印头的打印头切换装置1沿z轴运动。
56.本实施例中，x向运动单元4中的x轴运动模组41、y向运动单元5中的y轴运动模组51和z向运动单元6中的z轴运动模组61均采用滚珠丝杠直线运动平台，由步进电机驱动滚珠丝杠直线运动平台动作。
57.通过x向运动单元4、y向运动单元5和/或z向运动单元6的调节，可将打印头切换装置1与热固化负压吸附平台21上的基材对准。
58.为了防止打印头上的线缆缠绕，在y向运动单元5中y轴运动模组51 的壳体上设置有走线槽55和拖链56，拖链56的一端固定在走线槽55上，另一端固定在拖链固定板57上，拖链固定板57安装在y轴运动模组51的壳体上。同理，在z向运动单元6和x向运动单元4中也设置有用于防止线缆缠绕的走线槽和拖链。
59.为了保证微观打印时的打印精度，本实施例还在保护平台22上设置了观墨系统7，用于在打印前拍摄墨滴图像，该墨滴图像可用于后续图像分析以判定墨滴参数是否符合打印要求。如图6所示，观墨系统7包括图像采集单元 71、镜头72、光源73、微动调节平台74、废墨盒75和光源支架76；光学成像镜头72用于对墨滴图像进行缩放；图像采集单元71用于采集墨滴图像；光源73用于模拟图像采集单元触发所需光源，光源73通过光源支架76设置在保护平台22上；废墨盒75用于收集观墨时单孔喷头喷出的墨滴。观墨时，将单孔喷墨打印头移动至图像采集单元71上方，通过微动调节平台74进行镜头对焦，对焦成功后利用图像采集单元71捕捉喷头喷射的墨滴图像。
60.本实施例实现多模式复合打印的过程是：
61.通过x向运动单元4、y向运动单元5和/或z向运动单元6的调节，可将打印头切换装置1与热固化负压吸附平台21上的基材对准后，根据工艺要求利用打印头切换装置1进行打印头的切换，实现多模式在线连续交替复合打印。
62.实施例四：
63.本实施例与实施例三的区别在于：实现三轴运动的方式不同，具体为将热固化负压吸附平台21设置在二维运动平台上，使热固化负压吸附平台21 具有x向和y向两个方向的自由度，而打印头切换装置1仅通过安装支架等方式间接与z向运动单元相连具有z向自由度。