一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，包括固定基座、安装在固定基座上的固定打印头组件、升降位移地安装在固定基座上的活动基座、安装在活动基座上的活动打印头组件、以及用于移动并定位活动基座的切换组件；切换组件包括用于导向活动基座的微型导轨组件、用于驱动活动基座的切换电机和用于定位活动基座的传感器。本发明专利技术设计“一动一定”两个打印头组件，仅通过切换活动打印头组件的高度，即可实现两个打印头组件之间的高度差切换，两者互相独立，打印时，两个打印头组件在任何情况下都不会互相影响，保证了打印的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统
本专利技术涉及基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机，具体涉及一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统。
技术介绍
基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机是使用直径为1～2mm左右的塑料丝料，通过计算机控制的打印挤出头将塑料丝料熔融挤压成0.2～0.4mm左右的细丝并逐层打印堆积成三维物体。通常，熔融堆积快速成型工艺在制造有悬臂结构的物件时需要添加支撑。若三维打印机挤出头只有单熔融流道设计结构，打印的物体和支撑只能用同一种材料来构建。尽管在打印过程中，可以通过控制挤出头的运行方式使得支撑部分变得较为疏松以达到便于剥离的目的，但由于是使用同一种材料，打印完成后在物体和支撑的边界难以辨认造成剥离困难，支撑剥离时也容易造成物体精细结构损伤。为了解决该问题，目前，基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机打印挤出头多采用双流道结构，其中一个流道用于熔融挤出ABS塑料等模型成型材料，另一个流道用于熔融挤出可容易物理剥离或化学剥离的支撑材料，剥离时不会损伤已成型的模型。已公开的三维打印机双打印头挤出系统可以分为三类，前两类是两个打印头在打印时可由切换机构切换两者的高度差，实现两者的交替打印；第三类是两个打印头始终处在同一高度。一、仅有一个驱动电机，通过一套复杂的机械机构使打印头及被动送料压轮以摆动的方式实现成型材料和支撑材料两种丝料的打印头流道和送料驱动切换控制，同时实现两个打印头的高度切换。机械切换机构非常复杂，并且需要借助外力才能实现切换，增加了挤出系统的重量，大大制约了打印速度的提高，而且加工成本高，对装配工艺要求较高，同时也不利于挤出系统的高速打印运动，在打印短线段时，容易使打印头定位不准，误差大。在进行打印头流道的切换时，两个打印头的机械位置都需要移动和复位，移动过程极易产生机械定位误差从而影响打印物体的尺寸精度，甚至出现废品。二、使用至少两个驱动电机，分别对成型材料和支撑材料单独驱动和以纯机械升降移动的方式实现两个打印头的高度切换控制。由于高聚物成型时所需的驱动力较大，驱动力大的电机体积和重量较大，增加了挤出系统的成本、体积和重量，极大的制约了打印速度的提高；其次，切换机构复杂且精度要求高，并且，打印头切换的方式和效果完全依赖于丝料对流道的推力、机械部件的加工和装配精度等，质量难以控制，势必影响两个打印头切换高度的精度。另外，在进行打印头切换时，两个打印头的机械位置都需要移动和复位，移动过程极易产生机械定位误差从而影响打印物体的尺寸精度，甚至出现废品。三、两个打印头无需切换，避免了切换产生机械定位不准问题而影响打印物体的尺寸精度。但这种结构的两个打印头调平困难，很容易刮伤打印的模型，并且喷嘴的流涎会严重影响模型的表面质量。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，以两种丝状材料为打印原料，可简单、准确的切换打印挤出头，并能使丝料顺利液化、挤出并精确成型，整个挤出系统结构简单，重量较之目前的有大幅减轻。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，包括固定基座、安装在固定基座上的固定打印头组件、升降位移地安装在固定基座上的活动基座、安装在活动基座上的活动打印头组件、以及用于移动并定位活动基座的切换组件；切换组件包括用于导向活动基座的微型导轨组件、用于驱动活动基座的切换电机和用于定位活动基座的限位传感器；当活动基座定位在上限位时，活动打印头组件高于固定打印头组件，活动打印头组件处于非打印状态；当活动基座定位在下限位时，活动打印头组件低于固定打印头组件，活动打印头组件处于打印状态。在进行打印头组件切换时，固定打印头组件始终固定不动，仅上下移动活动打印头组件以使两个打印头组件产生一定的高度差，可有效避免两个打印头均需移动导致的定位精度差的问题，从而可有效提高打印物体的尺寸精度。作为本专利技术的一种改进，所述的微型导轨组件包括竖直安装在固定基座上的微型导轨和沿微型导轨滑动的微型导轨活动安装座，活动基座连接在微型导轨活动安装座上。利用微型导轨精确的导向能力，使活动基座可以平行于固定基座上下移动，可有效防止活动基座在移动过程产生偏转，影响定位精度。作为本专利技术的一种改进，所述的切换电机为带自锁功能的高减速比减速电机，安装在固定基座上，切换电机的输出轴为螺杆轴，活动基座上设有与切换电机螺杆轴螺接的螺母。切换电机的螺杆轴只能由切换电机驱动才能旋转，通过其他外力不能使螺杆轴旋转，所以，活动基座不会因为自重或外力而下滑，实现了精密准确的定位。作为本专利技术的一种改进，所述的限位传感器包括安装在固定基座背面的上限位传感器和下限位传感器、安装在活动基座背面的限位传感器感应片，当活动基座移动至上限位时，限位传感器感应片感应上限位传感器，通过切换电机将活动基座定位在上限位，当活动基座移动至下限位时，限位传感器感应片感应下限位传感器，通过切换电机将活动基座定位在下限位。上下布置的两个限位传感器可有效保证活动打印头组件切换位置的精确度。作为本专利技术的一种改进，所述的活动打印头组件包括送料电机、送料轮、被动轮安装座、被动轮和液化器，被动轮安装座可绕其中部旋转地安装在活动基座上，被动轮转动安装在被动轮安装座的一端，被动轮安装座的另一端通过张紧弹簧与活动基座连接，送料轮相邻被动轮设置，送料电机驱动送料轮旋转，带动丝料进入到液化器中。通过调节张紧弹簧的张紧力转动被动轮安装座，实现被动轮与送料轮间隙的调整。进一步地，所述的送料轮和被动轮上均设有用于约束、导向丝料的V型凹槽，V型凹槽的深度小于丝料的半径。两个V型凹槽相匹配，除了为送料提供足够的摩擦力外，还对丝料起到导向的作用，使丝料运动轨迹准确。进一步地，所述的液化器包括出丝导管、导热块、喷嘴和加热棒，出丝导管的下部插接在导热块中，并与安装在导热块下方的喷嘴连通，出丝导管的入口相邻所述送料轮，加热棒安装在导热块内。出丝导管只有下方的一段接触导热块，可以缩小丝料在出丝导管内的高弹态长度，加强丝料的活塞作用，降低对驱动电机驱动力的要求。进一步地，所述的出丝导管靠近导热块上端面的一段设有外径突变缩小的收缩段。可以减少导热块的热量传导到收缩段上方的出丝导管中，使加热棒的热量尽可能多的保持在导热块和喷嘴，加大出丝导管的温度阶梯，进一步降低丝料的高弹态长度。进一步地，所述的活动打印头组件还包括主要由冷却风扇、固定散热一体件和冷却风道组成的强迫风冷机构，固定散热一体件安装在活动基座上，出丝导管上部插装在固定散热一体件上，冷却风道安装固定散热一体件上，出风口正对出丝导管的收缩段，冷却风扇安装在冷却风道上。通过固定散热一体件和冷却风扇对出丝导管进行冷却散热，使丝料在出丝导管内的高弹态长度尽量缩短，以此降低对驱动电机驱动力的要求，进而选择体积和重量不大的驱动电机即可满足要求。进一步地，为加强固定散热一体件的散热能力，提高散热效果，所述的切固定散热一体件设有规则排列、与出丝导管轴线平行的散热翅片。本专利技术使用两个体积小、重量轻的送料驱动电机和一个体积小、重量轻的高减速比减速电机，既实现了三维打印机两个打印头组件的精准切换，又不会因切换打印头组件而影响物体的打印尺寸精度，与现有技术相比，具有如下优点：1、设计“一动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，其特征在于：包括固定基座(2)、安装在固定基座(2)上的固定打印头组件(1)、升降位移地安装在固定基座(2)上的活动基座(6)、安装在活动基座(6)上的活动打印头组件(7)、以及用于移动并定位活动基座(6)的切换组件；切换组件包括用于导向活动基座(6)的微型导轨组件(3)、用于驱动活动基座(6)的切换电机(4)和用于定位活动基座(6)的限位传感器；当活动基座(6)定位在上限位时，活动打印头组件(7)高于固定打印头组件(1)，活动打印头组件(7)处于非打印状态；当活动基座(6)定位在下限位时，活动打印头组件(7)低于固定打印头组件(1)，活动打印头组件(7)处于打印状态。

【技术特征摘要】
1.一种可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，其特征在于：包括固定基座(2)、安装在固定基座(2)上的固定打印头组件(1)、升降位移地安装在固定基座(2)上的活动基座(6)、安装在活动基座(6)上的活动打印头组件(7)、以及用于移动并定位活动基座(6)的切换组件；切换组件包括用于导向活动基座(6)的微型导轨组件(3)、用于驱动活动基座(6)的切换电机(4)和用于定位活动基座(6)的限位传感器；当活动基座(6)定位在上限位时，活动打印头组件(7)高于固定打印头组件(1)，活动打印头组件(7)处于非打印状态；当活动基座(6)定位在下限位时，活动打印头组件(7)低于固定打印头组件(1)，活动打印头组件(7)处于打印状态。2.根据权利要求1所述的可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，其特征在于：所述的微型导轨组件(3)包括竖直安装在固定基座(2)上的微型导轨(9)和沿微型导轨(9)滑动的微型导轨活动安装座(10)，活动基座(6)连接在微型导轨活动安装座(10)上。3.根据权利要求1所述的可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，其特征在于：所述的切换电机(4)为带自锁功能的高减速比减速电机，安装在固定基座(2)上，切换电机(4)的输出轴为螺杆轴，活动基座(6)上设有与切换电机(4)螺杆轴螺接的螺母(5)。4.根据权利要求1所述的可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，其特征在于：所述的限位传感器包括安装在固定基座(2)背面的上限位传感器(14)和下限位传感器(14)、安装在活动基座(6)背面的限位传感器感应片(18)，当活动基座(6)移动至上限位时，限位传感器感应片(18)感应上限位传感器(14)，通过切换电机(4)将活动基座(6)定位在上限位，当活动基座(6)移动至下限位时，限位传感器感应片(18)感应下限位传感器(17)，通过切换电机(4)将活动基座(6)定位在下限位。5.根据权利要求1所述的可自动切换打印头的三维打印机挤出系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海强，杜俊斌，
申请(专利权)人：中科院广州电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44