[發明專利]一種可切換送料的三維打印機擠出頭

有效

• 申請號: 201210439076.5
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102922745A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 李耀棠;葉世棟;張海強;劉玉鵬
• 申請（專利權）人: 中科院廣州電子技術有限公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 黃培智

技術領域

本發明涉及基于熔融堆積快速成型工藝的三維打印機，特別是涉及一種可切換送料的三維打印機擠出頭。

背景技術

基于熔融堆積快速成型工藝的三維打印機是使用直徑為1～2mm左右的塑料絲料，通過計算機控制的打印擠出頭將塑料絲料熔融擠壓成0.2~0.4mm左右的細絲并逐層掃描打印堆積成三維物體。通常，熔融堆積快速成型工藝在制造有懸臂結構的物件時需要添加支撐。若三維打印機擠出頭只有單熔融流道設計結構，打印的物體和支撐只能用同一種材料來構建。盡管在打印過程中，可以通過控制擠出頭的運行方式使得支撐部分變得較為疏松以達到便于剝離的目的，但由于是使用同一種材料，打印完成后在物體和支撐的邊界難以辨認造成剝離困難，支撐剝離時也容易造成物體精細結構損傷。另外，單流道的擠出頭無法使用不同顏色或不同性能的材料進行復合打印。目前，基于熔融堆積快速成型工藝的三維打印機擠出頭多采用雙流道結構，其中一個流道用于熔融擠出ABS塑料等物體成型材料，另一個流道用于熔融擠出可物理剝離或化學剝離的支撐材料。CN200780020529.8和CN200820206342.9分別公開了兩種三維打印機雙流道擠出頭的設計。前者使用一個驅動電機，通過一套復雜的機械機構使熔融擠出頭及被動送料壓輪以擺動的方式實現成型材料和支撐材料兩種絲料的擠出流道和送料驅動切換控制；后者使用兩個驅動電機分別對成型材料和支撐材料單獨驅動和以機械升降移動的方式實現流道噴嘴的切換控制。顯然，前者機械切換機構復雜且增加了擠出頭組件的重量不利于擠出頭的高速打印運動，后者使用兩個電機既增加了成本又增加了擠出頭組件的重量。由于上述公開的兩種設計在進行擠出頭流道的切換時，噴嘴的機械位置都需要移動和復位，移動過程極易產生機械定位誤差從而影響打印物體的尺寸精度。需要解決的問題是如何以一種簡便的方法可以實現三維打印機擠出頭的打印切換送料又不會因切換送料而影響物體的打印尺寸精度。

發明內容

本發明針對上述已有技術存在的問題和不足，提供一種以兩種絲狀材料為打印原料的三維打印機擠出頭在工作時打印換料的方法及其換料的實現裝置。

為實現以上目的，本發明采取了以下的技術方案：一種可切換送料的三維打印機擠出頭，包括有基座、送料切換組件，所述送料切換組件通過第一轉軸與基座轉動連接，送料切換組件的被動送料壓輪分別設在主動送料輪的兩側；基座的前部安裝有兩個打印絲料加熱熔融流道，一個用于熔融擠出打印成型材料，一個用于熔融擠出打印支撐材料，加熱熔融流道一端分別連接打印絲料，另一端分別連接打印絲料擠出噴嘴。打印絲料分別被壓于被動送料壓輪和主動送料輪之間；包括有安裝在基座上的一個絲料驅動電機，與絲料驅動電機直接連接的主動送料輪，還包括具有雙穩態特性的聯動搖擺機構，帶動被動送料壓輪與主動送料輪接合的方式進行送料切換，進行兩種打印絲料的切換打印；在兩種打印材料切換打印的過程中，所述打印絲料加熱熔融流道和打印絲料擠出噴嘴分別始終保持位置固定不動。

本發明適用于使用一個送料驅動電機并能實現兩種絲料交替切換送料的三維打印機擠出頭設計，在進行送料切換時，換料裝置（機構）通過連桿帶動，相應的被動壓輪以合適的壓力將絲料壓緊在由電機驅動的主動送料輪上實現打印送料，而加熱流道和噴嘴在打印和換料過程中始終保持在固定位置不動，避免了由于擠出頭或噴嘴切換移動后帶來的機械定位誤差。打印絲料通過電機帶動的主動送料輪和被動送料壓輪的驅動進入相應的熔融流道并由噴嘴擠出，打印擠出頭在XY運動機構的驅動下進行逐層打印的三維成型。

所述的三維打印機擠出頭在兩個聯動搖擺的被動送料壓輪的作用下實現送料的切換，當需要打印成型材料時，成型絲料側的被動送料壓輪在具有雙穩態的搖擺機構帶動下將成型絲料壓在主動送料輪上，驅動電機轉動帶動主動送料輪將成型絲料送進熔融流道并由噴嘴擠出；當需要打印支撐材料時，支撐絲料側的被動送料壓輪在具有雙穩態的搖擺機構帶動下將支撐絲料壓在主動送料輪上，驅動電機轉動帶動主動送料輪（主動送料輪轉動方向與成型送料的轉動方向相反）將支撐絲料送進熔融流道并由噴嘴擠出。

所述聯動搖擺機構包括彈力伸縮器、連桿，彈力伸縮器的一端通過基座安裝轉軸與基座連接，另一端通過連桿安裝轉軸與連桿一端連接，連桿的另一端與第一轉軸連接，連桿安裝轉軸還與設在基座上的撥桿連接；連桿通過第一轉軸帶動被動壓輪擺動將打印絲料壓在主動送料輪上。