一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头制造技术

本发明专利技术公开了一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头，包括马达驱动组件、加热器、喷头旋转轮、联动轮、挤压器、自由度喷口、下推轮、打印头基架、推进器、热融材料、左联动齿轮、右联动齿轮、散热器、传导管、温控仪、环状套体、继电器、左联动箱、右联动箱、打印控制器、左驱动齿轮、右驱动齿轮、热融罐、推轮同步带、上推轮、左联动同步轮、联动同步带、右联动同步轮、喷头同步带、套体同步带、副马达、转换齿轮；本发明专利技术的自由度喷头，既能有效均匀对热融材料进行热融，又能从根本上解决了三维彩色喷墨增材打印机自由度喷头在运行过程中由于摇摆不稳或马达驱动同步控制自由度喷头难的问题。

A Degree of Freedom Nozzle for Three-Dimensional Color Inkjet Additive Printer

The invention discloses a freedom nozzle of a three-dimensional color inkjet material-adding printer, which comprises a motor drive component, a heater, a rotating wheel of the nozzle, a linkage wheel, an extruder, a freedom nozzle, a push-down wheel, a printing head base frame, a propeller, a heat-melting material, a left linkage gear, a right linkage gear, a radiator, a conducting tube, a temperature controller, a ring sleeve, a relay, a left linkage box, etc. Right linkage box, print controller, left drive gear, right drive gear, thermal melting tank, push wheel synchronous belt, upper push wheel, left linkage synchronous wheel, linkage synchronous belt, right linkage synchronous wheel, sprinkler synchronous belt, sleeve synchronous belt, auxiliary motor, conversion gear; the freedom sprinkler of the invention can not only effectively and uniformly heat melting material, but also fundamentally solve three-dimensional color. It is difficult to control the DOF sprinkler of color inkjet printer due to unstable swing or synchronous motor drive during operation.

【技术实现步骤摘要】
一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头
本专利技术涉及一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头，属于三维打印机喷头领域。
技术介绍
三维彩色喷墨增材打印机技术起源于美国，近年来在中国也非常火热，大小企业、研究院以及个人都在尝试着开发，但三维彩色喷墨增材打印机的核心部分，挤出机也就是打印头对耗材的加热部分，通常都选用加热棒插入铝块传热的方式，对耗材进行加热，用这种方式加热，往往会对耗材加热不均匀，靠近加热棒的一侧温度高，背靠加热棒的一侧温度低。近年来，随着数字技术在三维彩色喷墨增材打印机领域应用的不断深入，业界同仁的不懈努力，自由度喷头成功研制出来，虽然比国外同类产品晚了不少年头，但总算奋起直追而成果不断。自由度喷头在三维打印机应用上一般有三种形式，一是数码摇摆喷头，由一个步进电机进行控制业界也俗称为一维摇摆喷头，是指喷头在一个平面内做园周运动，具备一个自由度运动。二是纵横摇摆喷头，是在一维摇摆的基础上，增加纵横两个方向的运动控制。能够使一维喷头在竖平面内做纵向、横向两个方向的摇摆动作，业界俗称二维喷头，具有两个自由度方向运动。三是万向数码摇摆喷头，通常由两个步进电机控制，一个称为平台电机，为喷头提供水平面内可以正转、反转的旋转平台，在此平台上，另有一步进电机控制喷头在竖平面内的摇摆动作，因此，可以向任何一个方向打印，具备真正的动态万向摇摆功能。业界俗称三维摇摆喷头，叫法虽不甚准确，但也有三个自由度，运动方向不受限制的意义。这种喷头由平台电机和摇摆电机运动进行合成，共同决定了喷头的打印方向。因此，有喷头内平台电机和摇摆电机的运动同步问题，又存在喷头间的动作同步问题。所以，喷头的控制在所有自由度喷头中最具复杂性。以三维喷头的运动控制为例，阐述三维喷头步进电机的同步控制问题，在自由度喷头的应用中，特别是三维数码摇摆喷头，由平台电机和摇摆电机进行运动合成，共同控制喷头的打印方向，因此，在同一三维喷头内，存在平台电机和摇摆电机的同步控制问题，而同一机型内，又存在着喷头间的同步控制问题。在实际过程中，不少用户反映自由度喷头的控制过程不同步而显得打印机程序太乱。喷头机械结构三维数码摇摆喷头的平台电机控制着喷头的旋转平台运动，其机械结构旋转平台一般由换向装置、减速机构、步进电机，主轴及主轴传感器组成。旋转平台能够在水平面内双向自由转动，换向装置为平台上面安装的摇摆机构提供电源、信号和通讯，减速机构通常由齿轮或蜗轮蜗杆机构，负责对电机的转速按比例减少。传感器指示平台旋转位置。对普通三维喷头而言，一般是接近传感器，在旋转平台转动过程中，指示平台起始位置。三维自由度喷头的摇摆电机部分控制喷头的摆动，其机械结构类似于一维摇摆部分。一般由摇摆电机、减速机构、打印喷头、主轴及传感器组成。摇摆电机通常为步进电机，减速机构对摇摆电机的转速等比例减少，控制打印喷头左右摆动的快慢，传感器通常也是接近传感器，指示打印喷头的起始点。三维摇摆喷头由旋转平台提供旋转运动，在此平台上，放置摇摆电机部分。摇摆电机部分随旋转平台一起转动，并提供打印喷头的左右摇摆功能。整个喷头的打印方向由平台和摇摆俩部分位置合成得到。从而实现打印喷头的万向摇摆功能。但同时也存在着平台电机和摇摆电机的同步控制问题。一般来说，三维自由度喷头的机械机构工作原理如上所述。所用电机通常为2相或3相步进电机，所用传感器为接近传感器，指标平台或摇摆部分的初始位置。对三维喷头而言，要求位置控制的精度又很高。若喷头打印口位置错位，打印高度位置将相差大，所以，对打印位置具备很强的定位作用，这要求喷头打印口控制要很精确。而一般的位置传感器在运动一时只有一个定位点，没有到达传感器指示位置时，只能通过步进电机所走步数进行控制。这样，在同一位置附近往返运动时，因电机失步和机械减速机构的间隙误差累计，造成喷头运动误差积累，产生不同步。因此，喷头内产生电机不同步的根本原因在于传感器只有一个定位点，无法实时校正机械间隙误差、电机失步、电机步长误差等。因此，喷头内部电机不同步就谈不上喷头之间电机同步，因此，三维喷头在实际应用中只能是快速运动出现电机的不同步现象。针对以上分析，找到问题产生的根本原因，对症下药才是解决其方案，通过更换俩个电机主轴传感器为角度传感器，旋转可以实现360个定位点，以够实时知道主轴转动位置，通过通讯手段，将主轴位置发送到三维喷头控制器，三维喷头控制器根据电机主轴的实时位置，根据误差和剩余角度自动计算到达目标的速度。具体来说，两台电机均采用运行时间和到达目标位置作为唯一控制量进行控制。根据距离目标位置的角度和距离目标的时间，计算当前应该运行的速度，通过这样的剩余距离除以剩余时间实时校正运行速度，来保证达到目标的时间这个唯一量正确，实现两台电机的同步。在实际实现过程中，这种实时校正剩余距离和剩余时间的方法对控制系统的实时性能要求很高，而不可能使用台式计算机系统直接进行控制，无论是WindowsXP还是Vista，甚至包括目前的Win8，都是以事务处理为优先的操作系统，不是实时处理操作系统，因此，不可能使用计算机直接由上层软件控制，需要使用高性能单片机或DSP来实时处理数据，系统中称为同步控制器的装置，作为计算机的下位机使用，完成对三维自由度喷头的控制。这样，既解放了上位计算机的资源紧张问题，又满足了实时任务处理要求。而对上位计算机来说，主要任务是控制喷头的同步，将喷头内两电机的同步问题，交给下位机处理。下位机直接接收步进电机主轴位置实时信息，进行主轴运行速度校正。其喷头同步解决了同一喷头内的两台电机同步问题后，喷头之间的同步协调控制问题才有可能进行。系统中，由计算机控制所有同步控制器，统一进行动作协调。计算机将三维打印机的动作进行分解成两种三元式结构，到达位置、到达时间、到达状态。到达位置是指动作目标；到达时间是完成本次动作所需时间；到达状态是指电机到平台电机，当平台电机位置采集和摇摆电机位置采集计算机达目标位置时，是停止、刹车或继续运行的控制，这样的三元式有平台电机的和摇摆电机的两种。每一个三元式为喷头间同步时间点，上位机通过对喷头本次执行机型的任务进行分解，组成一同步三元式列表，采用网络方式，一次性分配给喷头的下位机同步控制器，然后，命令下位机同时启动，每台下位机自动按指令运行，并且在执行完一个三元式后，向上位机汇报执行结果。上位计算机可以根据同步要求，随时修改上位机同步控制器的三元式结构。这样，通过四个层面上的控制，计算机、同步控制器、步进电机驱动器直到三维打印机喷头，各个层面完成各自的功能要求，协调统一执行步骤，共同完成喷头内电机同步控制和喷头电机同步的控制。经对以上控制方案，本公司成功研制成一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头，由正副马达驱动组件、同步齿轮带系统、加热融器件及推进机构组成，成功地满足了用户360度三维打印的要求，达到了很好的应用效果。从理论到实际，很好地解决了三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头摇摆不稳或马达驱动同步控制难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种既能有效均匀对热融材料进行热融，又能从根本上解决三维彩色喷墨增材打印机自由度喷头在运行过程中由于摇摆不稳或马达驱动同步控制自由度喷头难的问题。为实现上述专利技术目的，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头，由马达驱动齿轮组件、同步轮带系统、 加热融器件及推进机构组成，包括马达驱动组件（1），马达驱动组件（1）右侧依次齿合转换 齿轮（32）、左驱动齿轮（21），左联动齿轮（11）上的左联动同步轮（26）、右联动齿轮（12）上的 右联动同步轮（28）和上推轮（25）是通过同步带（27）连接，上推轮（25）通过推轮同步带（24） 与下推轮（7）连接后通过套体同步带（30）与环状套体（16）下端铰接的加热器（2）上的喷头 旋转轮（3）连接，所述环状套体（16）铰接联动加热器（2）上的喷头旋转轮（3）和联动轮（4）， 且环状套体（16）用于辅助马达驱动组件（1）和副马达（31）的驱动组件联动自由度喷口（6） 作360度自由旋转，喷头旋转轮（3）通过喷头同步带（29）与挤压器（5）上的联动轮（4）连接后 联动自由度喷口（6）作左180度旋转打印；其特征在于：副马达（31）上设有右驱动轮（22），右 驱动轮（22）左侧齿合右联动齿轮（12），左联动齿轮（11）上的左联动同步轮（26）、右联动齿 轮（12）上的右联动同步轮（28）和上推轮（25）是通过同步带（27）连接，上推轮（25）上的推轮 同步带（24）与下推轮（7）连接后通过套体同步带（30）与环状套件（16）下端铰接的加热器 （2）上的喷头旋转轮（3）连接，喷头旋转轮（3）通过喷头同步带（29）与挤压器（5）上的联动轮 （4）连接后联动自由度喷口（6）作右180度旋转打印；所述的加热融器件包括热融灌（23）和 传导管（14）；热融材料（10）通过热融罐（23）融解后输入传导管（14），并由上推轮（25）和下 推轮（7）将传导管（14）内的热融材料（10）输入加热器（2）内进行加热处理，再由挤压器（5） 挤压后将热融材料（10）提供给自由度喷口（6）打印；传导管（14）上端设有推进器（9），推进 器（9）下端连接温控仪（15），推进器（9）左端连接左联动箱（18），推进器（9）的右端连接右联 动箱（19），右联动箱（19）下装置有继电器（17），所述继电器（17）是提供电源给副马达（31）、 热融罐（23）、右联动箱（19）、推进器（9）、左联动箱（13）、马达驱动组件（1）、温控仪（5）、散热 器（13）、加热器（2）、挤压器（5）和自由度喷口（6）的，所述左联动箱（18）是通过联动推动器 （9）与马达驱动组件（1）联动的，所述右联动箱（19）是通过热融罐（23）与副马达（31）及其右 驱动齿轮（22）联动的；打印头基架（8）的左上端设有马达驱动组件（1）和左联动箱（18），打 印头基架（8）的下端设有环状套体（16），打印头机架（1）的右上端依次设有副马达（31）、右 驱动齿轮（22）、热融罐（23）、继电器（17）和右联动箱（19），打印头基架（8）的上端中间部位 设有散热器（13）和打印控制器（20），所述打印控制器（20）是控制马达驱动组件（1）、副马达 （31）、继电器（17）、左联动箱（18）、右联动箱（19）、热融罐（23）、推进器（9）、温控仪（15）、环 状套体（16）、加热器（2）、挤压器（5）和自由度喷口（6）的。...

【技术特征摘要】
1.一种三维彩色喷墨增材打印机的自由度喷头，由马达驱动齿轮组件、同步轮带系统、加热融器件及推进机构组成，包括马达驱动组件（1），马达驱动组件（1）右侧依次齿合转换齿轮（32）、左驱动齿轮（21），左联动齿轮（11）上的左联动同步轮（26）、右联动齿轮（12）上的右联动同步轮（28）和上推轮（25）是通过同步带（27）连接，上推轮（25）通过推轮同步带（24）与下推轮（7）连接后通过套体同步带（30）与环状套体（16）下端铰接的加热器（2）上的喷头旋转轮（3）连接，所述环状套体（16）铰接联动加热器（2）上的喷头旋转轮（3）和联动轮（4），且环状套体（16）用于辅助马达驱动组件（1）和副马达（31）的驱动组件联动自由度喷口（6）作360度自由旋转，喷头旋转轮（3）通过喷头同步带（29）与挤压器（5）上的联动轮（4）连接后联动自由度喷口（6）作左180度旋转打印；其特征在于：副马达（31）上设有右驱动轮（22），右驱动轮（22）左侧齿合右联动齿轮（12），左联动齿轮（11）上的左联动同步轮（26）、右联动齿轮（12）上的右联动同步轮（28）和上推轮（25）是通过同步带（27）连接，上推轮（25）上的推轮同步带（24）与下推轮（7）连接后通过套体同步带（30）与环状套件（16）下端铰接的加热器（2）上的喷头旋转轮（3）连接，喷头旋转轮（3）通过喷头同步带（29）与挤压器（5）上的联动轮（4）连接后联动自由度喷口（6）作右180度旋转打印；所述的加热融器件包括热融灌（23）和传导管（14）；热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芸芸，
申请(专利权)人：王芸芸，
类型：发明
国别省市：江苏,32