CN106239909A - 一种3d打印系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印系统，包括机架、打印平台、至少一个打印模组、给料机构、用于驱动打印平台沿竖直方向移动的Z轴运动机构，打印平台、打印模组、给料机构、Z轴运动机构设置在机架上，打印模组包括至少一个打印头、用于驱动打印头沿横向移动的X轴运动机构、用于驱动打印头沿纵向移动的Y轴运动机构，打印头连接单片机控制电路板；打印系统上的打印头的数量可以是多个。打印系统可以任意添加打印模组的数量和打印模组上打印头的数量，以达到对打印系统进行更新换代、功能升级和产能扩大的目的。可采用多个打印头同时打印一个物件有效提高打印效率，可采用不同颜色的耗材来进行彩色打印，可采用不同材质耗材的打印头来进行多材质打印。

Description

一种3D打印系统

技术领域

本发明涉及一种3D打印系统。

背景技术

3D打印既不需要用纸，也不需要用墨，而是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。

现有基于FDM(Fused Deposition Modeling工艺熔融沉积制造)技术的3D打印系统一般以单打印头或固定间距的双打印头结构为主，工业型3D打印机多使用SLA成形技术。熔融沉积(FDM)有时候又被称为熔丝沉积，它将丝状的热熔性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以相对工作台沿X、Y、Z轴方向进行移动，熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后喷头相对工作台沿Z轴按预定的增量上升一个厚度，然后重复以上的步骤直到工件完全成型。

目前使用FDM的3D打印机多为单头单色打印，随着打印精度的提高，打印时间呈几何级上升。3D彩色打印一般通过使用特殊的打印头并配以特殊的专用耗材来实现，设备成本较高。3D打印多为单材质打印，物件对材质有多种要求时，一般都是通过由多个不同材质的物件相互组合来满足，需另外设计各物件间的组合结构，增加了多余结构和工序，提高了设计难度和成本。单头的3D打印机，在耗材消耗完后，必须暂停工作以更换耗材，有些打印机甚至会因耗材用完导致打印失败。常见的3D打印机种类繁多，功能也有所不同，但都无法进行功能升级。一台打印机，生产出来的时候，它的功能就基本确定不变了，最多进行软件方面的优化。如果用户需要其他功能，只能选择购买另一台打印机，之前购买的打印机就可能成了闲置物品。

因此，现有的3D打印机存在工作效率低，无法实现多种类颜色、材料的同时运用，无法进行功能升级产能扩大的缺点，实用性有待加强。

发明内容

本发明提供了一种3D打印系统，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种3D打印系统，包括机架、打印平台、至少一个打印模组、用于对打印模组进行供料的给料机构、用于驱动打印平台沿竖直方向移动的Z轴运动机构，所述打印平台、打印模组、给料机构、Z轴运动机构设置在机架上，所述打印模组包括至少一个打印头、用于驱动打印头沿横向移动的X轴运动机构、用于驱动打印头沿纵向移动的Y轴运动机构及单片机控制电路板，所述打印头连接单片机控制电路板；打印系统上的打印头的数量是多个。

一较佳实施例之中：所述X轴运动机构包括二根横向滑杆、横向丝杆、移动架，所述移动架包括二个横向滑座、连接二个横向滑座的连杆、设置在连杆上的连接座，二个横向滑座分别滑动设置在二根横向滑杆上，所述连接座与横向丝杆传动连接。

一较佳实施例之中：所述Y轴运动机构包括纵向滑杆、纵向丝杆、安装座，纵向滑杆和纵向丝杆连接在二个横向滑座之间，安装座滑动设置在纵向滑杆上，安装座与纵向丝杆传动连接。

一较佳实施例之中：所述连接座包括上盖和下盖，上盖和下盖扣合在横向丝杆上。

一较佳实施例之中：所述单片机控制电路板安装在下盖底部。

一较佳实施例之中：所述横向滑座包括上盖和下盖，上盖和下盖扣合在横向滑杆上。

一较佳实施例之中：所述安装座上至少连接一个打印头。

一较佳实施例之中：所述Y轴运动机构上的安装座的数量至少是一个。

一较佳实施例之中：所述纵向滑杆位于纵向丝杆上方；所述安装座包括对称设置的两个连接块，二连接块扣合在纵向滑杆和纵向丝杆上。

一较佳实施例之中：系统多个打印头当中，用于打印物件轮廓的打印头喷嘴口径小于用于打印物件内部结构的打印头喷嘴口径。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明可根据实际需要进行结构功能升级和产能扩大。通过添加打印模组数目和打印模组上打印头数目的方式，一台3D打印机的功能和产能可以由最基础的单头单色单物体打印升级成多色多材质多物体成批量打印，以满足不同用户不同时期的不同需求。具体地:

1.本发明可以采用多个打印头同时打印一个物件来有效提高打印效率。打印每一层时，分配各自的打印区域给各个打印头，使多个打印头合作共同完成一个物件的打印。当然，也可多个打印头分别打印物件，使打印批量进行，提供打印效率。

2.本发明可以采用不同颜色的耗材来进行彩色打印。打印时，根据需要在多个打印头上使用不同颜色的耗材来打印同一个物件，使同一个物件的不同部位能够呈现出不同的颜色。免除后续的上色工序。

3.本发明可以采用不同材质耗材的打印头来进行多材质打印。打印时，根据需要在多个打印头上使用不同材质的耗材来打印同一个物件，使物件的不同部位拥有不同的特性(如透明度、柔韧性、硬度等)。这将使原来需要由多个不同材质零件组合成的物件可以直接一体成型，提高产品档次、避免材料的浪费、减少产品的零件数和生产工序数，有利于提高产品的附加值并降低产品的生产成本。

4.本发明可以进行不间断打印，不会因打印头所用耗材用完而中断打印。在打印开始前，视准备工作的打印头的耗材剩余量给备用打印头使用对应的相同耗材。当工作的打印头所用耗材低于一定量时，备用打印头开始启用预热。在备用打印头预热完毕可以使用时，代替原工作的打印头继续打印工作。原工作的打印头停止工作复位，等待更换耗材。能充分利用耗材，避免浪费，保障打印工作持续进行。

5.X轴运动机构当中，连接座与横向丝杆传动连接，相比齿轮皮带或齿条，能够更有效的保障打印的精确度。同样，Y轴运动机构当中，安装座与纵向丝杆传动连接,能够更有效的保障打印的精确度。

6.连接座、横向滑座采用上、下盖结构的方式扣合在丝杆上，安装座采用左右结构的方式合扣在丝杠滑杆上，维修、更换时非常方便。

7.打印时，在打印轮廓部分时使用较小口径喷嘴的打印头，通过高精度打印来保证物件表面的精细；在打印物件内部填充部分时使用较大口径喷嘴的打印头，通过低精度打印来提高打印速度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了本发明一种3D打印系统的立体示意图。

图2绘示了图1所示一种3D打印系统的打印模组示意图。

图3绘示了图2所示打印模组的局部示意图。

图4绘示了图1所示一种3D打印系统的单片机控制电路板的示意图。

图5绘示了3D打印系统的打印模组上配备多个打印头的示意图。

具体实施方式

请参照图1至图4，本发明的一种3D打印系统，包括机架10、打印平台20、至少一个打印模组30、用于对打印模组进行供料的给料机构40、用于驱动打印平台沿竖直方向移动的Z轴运动机构50，所述打印平台20、打印模组30、给料机构40、Z轴运动机构50设置在机架10上。

所述打印模组30包括至少一个打印头32、用于驱动打印头沿横向移动的X轴运动机构34、用于驱动打印头沿纵向移动的Y轴运动机构36及单片机控制电路板38，所述打印头32连接单片机控制电路板38。所述3D打印系统上的打印头32的数量可以是多个，可以是一个打印模组30上设置多个打印头32(如图5所示)，也可以是设置多个打印模组30。

系统多个打印头32当中，用于打印物件轮廓的打印头喷嘴口径小于用于打印物件内部结构的打印头喷嘴口径。

所述X轴运动机构32包括二根横向滑杆341、横向丝杆342、移动架343。所述移动架343包括二个横向滑座344、连接二个横向滑座的连杆345、设置在连杆上的连接座346，二个横向滑座344分别滑动设置在二根横向滑杆341上，所述连接座346与横向丝杆342传动连接。

优选地，所述连接座346包括上盖和下盖，上盖和下盖扣合在横向丝杆342上。所述单片机控制电路板38安装在下盖底部。

优选地，所述横向滑座344也包括上盖和下盖，上盖和下盖扣合在横向滑杆341上。

所述Y轴运动机构36包括纵向滑杆361、纵向丝杆362、安装座363，纵向滑杆361和纵向丝杆362连接在二个横向滑座344之间，安装座363滑动设置在纵向滑杆361上，安装座363与纵向丝杆362传动连接。所述安装座363上可以连接一个或者是多个打印头32。所述纵向滑杆361位于纵向丝杆362上方。所述安装座363包括对称设置的两个连接块364，二连接块364左右配合扣合在纵向滑杆361和纵向丝杆362上。

机架10有多个控制信号输出口，每个信号输出口可连接一个单片机控制电路38，用以识别和控制单片机所属的各打印模组30的打印工作，即机架10的控制信号输出口数目为可控制的打印模组30最大数目。

每个打印模组30由一个单片机控制电路板38控制，电路板38信号输入端连接机架10，电路板38信号输出端连接X、Y轴运动机构的步进电机控制信号口和打印头32的喷头控制信号输出口。单片机控制电路板38的喷头控制信号输出口的数目与连接Y轴运动机构的步进电机控制信号口数目相同，决定了打印模组30能安装的打印头32的最大数目。

具体地，请参见图4，单片机控制电路板38侧面上设有一排Y轴运动机构控制信输口382和一排喷头控制信号输出口384。当多个打印头32安装在同一个Y轴运动机构的安装座363上时，通过打印路径取合集的方式，打印多个较小的物件，此时使用一个Y轴运动机构控制信输口382连接Y轴运动机构的步进电机，用多个喷头控制信号输出口384分别连接多个打印头32；当多个打印头32分别安装在Y轴运动机构的多个安装座363上时(如图5所示)，通过独立控制的方式，打印多个较大的物件，此时使用多个Y轴运动机构控制信号输出口382分别连接Y轴运动机构的不同步进电机，用多个喷头控制信号输出口384分别连接多个打印头32。

当一个打印模组30上一个Y轴运动机构上安装有多个打印头32时，打印模组30同时打印多个不同形状物件的方法：

由一个打印模组30上的打印头1、打印头2、……打印头n同时打印不同形状的物件1、物件2、……物件n。物件1、物件2、……物件n的数据模型切片后，在打印一层前，将打印头1、打印头2、……打印头n对应的打印路径取合集，得到X轴运动机构的运动路径。X轴运动机构沿运动路径运动，各打印头在运动到各自的打印路径时进行打印。等所有物件该层打印完毕后，依上述方法打印所有物件的下一层，直至打印完成。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印系统，包括机架、打印平台、至少一个打印模组、用于对打印模组进行供料的给料机构、用于驱动打印平台沿竖直方向移动的Z轴运动机构，所述打印平台、打印模组、给料机构、Z轴运动机构设置在机架上，其特征在于：所述打印模组包括至少一个打印头、用于驱动打印头沿横向移动的X轴运动机构、用于驱动打印头沿纵向移动的Y轴运动机构及单片机控制电路板，所述打印头连接单片机控制电路板；打印系统上的打印头的数量是多个。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述X轴运动机构包括二根横向滑杆、横向丝杆、移动架，所述移动架包括二个横向滑座、连接二个横向滑座的连杆、设置在连杆上的连接座，二个横向滑座分别滑动设置在二根横向滑杆上，所述连接座与横向丝杆传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述Y轴运动机构包括纵向滑杆、纵向丝杆、安装座，纵向滑杆和纵向丝杆连接在二个横向滑座之间，安装座滑动设置在纵向滑杆上，安装座与纵向丝杆传动连接。

4.根据权利要求2所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述连接座包括上盖和下盖，上盖和下盖扣合在横向丝杆上。

5.根据权利要求4所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述单片机控制电路板安装在下盖底部。

6.根据权利要求2所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述横向滑座包括上盖和下盖，上盖和下盖扣合在横向滑杆上。

7.根据权利要求3所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述安装座上至少连接一个打印头。

8.根据权利要求3或7所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述Y轴运动机构上的安装座的数量至少是一个。

9.根据权利要求3所述的一种3D打印系统，其特征在于：所述纵向滑杆位于纵向丝杆上方；所述安装座包括对称设置的两个连接块，二连接块扣合在纵向滑杆和纵向丝杆上。

10.根据权利要求1所述的一种3D打印系统，其特征在于：系统多个打印头当中，用于打印物件轮廓的打印头喷嘴口径小于用于打印物件内部结构的打印头喷嘴口径。