一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机技术方案

本发明专利技术公开了一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上，多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；所述喷头库机构包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头，移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构，机械手机构包括用于夹取并释放打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切换的旋转驱动部。本发明专利技术结构简单，体积较小，可实现多喷头、多材料、多色彩的3D打印。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于3D打印机
，尤其涉及一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机。
技术介绍
3D打印技术是一种以3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来制造物体的技术。目前市场上常见的3D打印机主要以单喷头打印为主，或者将多个喷头集成到一起，其打印动作与单喷头打印类似，所谓的多喷头打印机实际上指的是单个喷头上集成有多个喷嘴，此种方式的缺陷在于，由于多个喷嘴存在位置上的限制，在其中一个喷嘴工作时，另一个喷嘴为了防止剐蹭模型，需要移动以避开模型。在长期使用中，频繁移动会导致连接件的疲劳损耗，从而造成误差。同时，由于喷嘴是集成在喷头上的，受位置以及相对运动的影响，在喷头总体结构不做大的改变的时候，喷嘴的数量有一定的限制，一般是双喷头。同时，每个喷嘴均包括独立的送丝机构、加热机构以及多个传动部件，当多个喷嘴集成到一个喷头上时，喷头的驱动轴需要相当大的驱动力，驱动负载较大。这一方面需要更多的驱动能源，另一方面也提高了发生问题的概率。申请号为201610407343.9的专利申请公开了一种多喷头3D打印机，其包括可升降旋转托盘、在X、Y方向移动打印的喷头组件，以及六个沿支撑臂径向同步伸缩打印喷头，各打印喷头与托盘形成相对旋转，所述多喷头3D打印机特别适合于打印大件回转体，通过滚珠丝杠驱动旋转托盘上下移动，实现产品高度上的堆积，所述打印喷头组件包括：第五驱动电机、驱动轮系、平面上均分的至少六个支撑臂，各支撑臂上悬挂有滑块，所述滑块下固连有打印喷头，所述驱动轮系包括第五驱动电机输出轴主动齿轮和六个从动齿轮，各从动齿轮分别通过同步带轮和同步带，驱动滑块沿支撑臂径向运动，且各打印喷头是同步往复直线运动，即第五驱动电机带动一个大齿轮旋转，六个小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮通过同步带、滑块沿径向往复运动，带动各打印喷头同步工作。该种结构的打印机虽然可实现同时打印六件产品或利用六个打印喷头同时打印一件产品，但是其大大增加了喷头的体积，而且每个喷头都连接着相应的打印材料，给打印过程中的三维运动和控制带来诸多不便。申请号为201310640307.3的专利申请公开了一种3D打印机，其包括打印机平台，所述打印机平台包括支架、及固定于支架上的工作台，支架上连接有喷头抓取装置，所述支架外侧放置有喷头库，喷头库内活动悬挂有至少一个独立喷头，喷头上固定连接有与抓取装置结构匹配的连接装置。该连接装置可以有多种结构形式：(1)连接装置包括喷头两侧开口向下的卡口，抓取装置和喷头库内喷头固定装置均为与卡口配合的卡头件；(2)连接装置包括喷头一侧的挂套、以及喷头另一侧的锥形槽，喷头库上固定有与挂套配合的挂钩，抓取装置为与锥形槽紧密配合的锥形头；(3)连接装置包括喷头一侧的挂套、以及喷头另一侧的卡槽，卡槽内固定有磁性件，喷头库上固定有与挂套配合的挂钩，抓取装置为与卡槽磁吸的卡头；(4)连接装置包括喷头一侧的挂套、以及喷头另一侧的相对设置的两个开口，喷头库上固定有与挂套配合的挂钩，抓取装置为通过两个推杆推动的两个滑杆，滑杆通过推杆推动卡入开口以从喷头库内取出和放回喷头；(5)连接装置包括喷头一侧的T形件，抓取装置为通过电机驱动的两个卡钳，卡钳能够卡住T形件的内侧以从喷头库内取出和放回喷头。上述3D打印机虽然实现了喷头更换，但是其连接装置和抓取装置结构繁琐，喷头移动更换效率低，且不便于实现更换喷头的自动化控制。由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其解决了现有的多喷头3D打印机喷头集成所带来的问题，不仅可以实现多喷头、多材料、多色彩的3D打印，而且其移动部分体积较小，运动同单喷头3D打印机一样方便。本专利技术所采用的技术方案为：一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上，多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；所述喷头库机构包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头，移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构，机械手机构包括用于夹取并释放打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切换的旋转驱动部。所述旋转支架包括相互连接的上盖板和下盖板，上盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个上开口槽，下盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个与上开口槽位置相对的下开口槽，待用喷头安置在上、下盖板之间，待用喷头的顶端卡在上开口槽内，待用喷头的底端卡在下开口槽内；所述喷头库机构还包括带动旋转支架整体进行旋转的第一步进电机，第一步进电机设置在旋转支架的下方，第一步进电机的电机轴与旋转支架相连。所述喷头库机构还包括带动上、下盖板同步旋转的第一舵机，上、下盖板之间通过联动轴相连；所述喷头库机构还包括待用喷头限位组件，待用喷头限位组件包括上固定盘、下固定盘、沿上固定盘外围周圈设置且与上开口槽数量相等的上限位臂、沿下固定盘外围周圈设置且与下开口槽数量相等的下限位臂，所述上、下限位臂的位置相对，上固定盘设置在上盖板的下方，下固定盘设置在下盖板的上方，第一舵机带动上、下盖板旋转的过程中，上、下固定盘不随上、下盖板旋转，上盖板旋转至上开口槽与上限位臂相对的位置时，上限位臂堵住上开口槽，下限位臂堵住下开口槽。所述机械手机构还包括彼此相连的机械臂和机械臂转轴，所述旋转驱动部包括第二步进电机，第二步进电机的电机轴与机械臂转轴相连；所述机械手设置在机械臂的末端，机械手包括活动部和静止部，活动部和静止部配合形成用于抓取打印喷头、待用喷头的夹持间隙；所述机械臂上设置有带动活动部作直线往复运动的第一直线驱动部；所述第一直线驱动部包括第二舵机及依次相连的曲柄、摇杆和连接板，第二舵机的输出轴与曲柄相连，连接板与活动部相连。所述夹紧机构包括动夹持块、静夹持块以及带动动夹持块作直线往复运动的第二直线驱动部，打印时，打印喷头被夹紧在动、静夹持块之间，更换喷头时，动夹持块在第二直线驱动部的带动下向一侧移动以释放打印喷头；所述第二直线驱动部包括四杆机构和第三舵机，四杆机构的一端与第三舵机的输出轴相连、另一端与动夹持块相连，第三舵机设置在移动支架上。所述机架上还设置有送丝装置，送丝装置包括设置在打印喷头上方的料丝导向定位机构，料丝导向定位机构包括凸轮轴、凸轮轴安装座、带动凸轮轴旋转的第三步进电机、电磁铁安装板以及沿电磁铁安装板长度方向依次排布的若干个电磁铁，电磁铁安装板与凸轮轴安装座之间通过复位弹簧相连，各所述电磁铁上均开设有供料丝穿过的豁口，第三步进电机带动凸轮轴转动，凸轮轴上的凸轮外轮廓推动电磁铁安装板实现Y向进给，所述凸轮轴上凸轮的尺寸使得当电磁铁沿Y轴方向运动至极限位时，电磁铁所夹持的料丝的中心线、打印喷头的中心线以及X轴处于同一平面内。所述料丝导向定位机构还包括设置在移动支架上的上导料槽和下导料槽，上导料槽的中心线与下导料槽的中心线位于同一条直线上，下导料槽位于打印喷头的正上方。所述送丝装置还包括料丝输送机构，料丝输送机构包括第四步进电机、主动滚轮和从动滚轮，第四步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上；多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；所述喷头库机构包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头；移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构；机械手机构包括用于夹取并释放打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切换的旋转驱动部。

【技术特征摘要】
1.一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上；多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；所述喷头库机构包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头；移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构；机械手机构包括用于夹取并释放打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切换的旋转驱动部。2.根据权利要求1所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述旋转支架包括相互连接的上盖板和下盖板，上盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个上开口槽，下盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个与上开口槽位置相对的下开口槽，待用喷头安置在上、下盖板之间，待用喷头的顶端卡在上开口槽内，待用喷头的底端卡在下开口槽内；所述喷头库机构还包括带动旋转支架整体进行旋转的第一步进电机，第一步进电机设置在旋转支架的下方，第一步进电机的电机轴与旋转支架相连。3.根据权利要求2所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述喷头库机构还包括带动上、下盖板同步旋转的第一舵机，上、下盖板之间通过联动轴相连；所述喷头库机构还包括待用喷头限位组件，待用喷头限位组件包括上固定盘、下固定盘、沿上固定盘外围周圈设置且与上开口槽数量相等的上限位臂、沿下固定盘外围周圈设置且与下开口槽数量相等的下限位臂，所述上、下限位臂的位置相对，上固定盘设置在上盖板的下方，下固定盘设置在下盖板的上方，第一舵机带动上、下盖板旋转的过程中，上、下固定盘不随上、下盖板旋转，上盖板旋转至上开口槽与上限位臂相对的位置时，上限位臂堵住上开口槽，下限位臂堵住下开口槽。4.根据权利要求1所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述机械手机构还包括彼此相连的机械臂和机械臂转轴，所述旋转驱动部包括第二步进电机，第二步进电机的电机轴与机械臂转轴相连；所述机械手设置在机械臂的末端，机械手包括活动部和静止部，活动部和静止部配合形成用于抓取打印喷头、待用喷头的夹持间隙；所述机械臂上设置有带动活动部作直线往复运动的第一直线驱动部；所述第一直线驱动部包括第二舵机及依次相连的曲柄、摇杆和连接板，第二舵机的输出轴与曲柄相连，连接板与活动部相连。5.根据权利要求1所述的一种带有多喷头自动转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钊，郭坤，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37