用于3D打印设备的打印头及打印方法与流程

本发明涉及3D打印技术领域，更具体而言，涉及一种用于3D打印设备的打印头及打印方法。

背景技术：

近年来，3D打印技术(三维打印)蓬勃发展，其中以3DP(三维打印)工艺技术为基础的打印机，因其成形速度快、成形材料价格低、成形过程不需要支撑等制造成本较低的优势，极具大规模工业应用的潜力。

3DP(三维打印)技术是传统喷墨打印技术与3D打印技术的结合，其原理是采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末，石英砂等。所不同的是材料粉末是通过喷头用粘接剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面，逐层叠加，最终打印出三维实体。

在现有相关3DP砂型三维打印技术中，大多侧重于打印系统、打印系统结构、打印方法及打印运动系统等，而忽略了打印头本身的结构及控制。例如，在一种现有的3DP三维打印设备中包括基于3DP与光固化技术的彩色3D打印系统，包括机械系统、控制系统、供墨系统、分层软件和成型材料。在现有技术中，通常侧重于3D打印系统的机械运动系统、扫描方式等，但忽略了打印头本身的结构及控制。在3DP砂型打印设备中，其打印环境较为恶劣，砂尘较大，要求打印头高效、稳定、长时间打印，以满足工业化大规模生产需求。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种密封性较好的用于3D打印设备的打印头及打印方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种用于3D打印设备的打印头，包括：打印头框架，以及容纳在打印头框架中的多个喷头，其中，打印头框架的一端安装有打印头底板，喷头的喷孔穿过打印头底板上的开口暴露在打印头框架的外部。

根据本发明的一个实施例，开口的侧壁构造为与喷头的形状相配合的阶梯形结构。

根据本发明的一个实施例，喷头与打印头底板在竖直方向上通过螺栓连接，并且喷头在横向方向和纵向方向上通过弹簧钢片抵靠在开口的侧壁上。

根据本发明的一个实施例，喷头阵列排布，并且开口与喷头一一对应设置。

根据本发明的一个实施例，还包括：设置在打印头框架内的激励板和驱动板，激励板和驱动板分别与喷头信号连通，以分别控制喷头的开关和打印头的运动。

根据本发明的一个实施例，激励板与驱动板之间信号连通。

根据本发明的一个实施例，打印头框架上还设置有检测打印头位置的位置检测传感器，位置检测传感器与驱动板信号连通。

根据本发明的一个实施例，激励板和驱动板分别通过设置在打印头框架上的数据通信接头与3D打印设备的数控系统信号连通。

根据本发明的另一个方面，还提供一种使用上述任一实施例涉及的用于3D打印设备的打印头的打印方法，包括:

S1.在3D打印设备的数控系统中生成打印服务数据；

S2.将打印服务数据输送至打印头中的激励板和驱动板；

S3.驱动板驱动打印头运动，并且激励板根据打印头的位置信息控制打印头的喷头的开关。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中还包括：通过设置在打印头上的位置检测传感器提供位置信息。

本发明的有益技术效果在于：

本发明所涉及的用于3D打印设备的打印头，结构简单、工作稳定；并且，在该打印头中设置有打印头底板，只有喷头的喷孔穿过打印头底板暴露在打印头的外部，除喷头喷孔外其他部件与外界不接触，确保打印头密封性，使打印头可以适用于沙尘较大的工作环境；并且，打印头的每个喷头在横向方向和纵向方向上通过弹簧钢片抵靠在开口的侧壁上，可提高打印头高速运动的减震性能并且对喷头的安装起到防松的作用；另外，打印头中的喷头呈阵列排布，可根据需求在纵、横方向上阵列排布喷头，最大限度地增加单位面积内的喷墨量；再者，打印头中还集成有驱动板和激励板等控制装置，集软硬件为一体，可以分别控制打印头的运动和喷头的开关，解决了工业级3DP设备打印头高效率(单位时间内喷墨量高)、高稳定性(适合高速打印喷墨)、高密封性(适用于粉末环境中打印)的要求，打印头打印效果更稳定，质量更高，更适用于工业化大规模生产。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例打印头框架的示意图；

图2是根据本发明一个实施例打印头的内部的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例喷头与打印头底板连接的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。

如图1至图3所示，本发明一方面的实施例提供了一种用于3D打印设备的打印头。该打印头包括打印头框架10和喷头20，其中喷头20构造为多个，并且容纳在打印头框架10中，其中，打印头框架10的一端安装有打印头底板60，喷头20的喷孔穿过打印头底板60上的开口61暴露在打印头框架10的外部。

上述实施例涉及的用于3D打印设备的打印头结构简单、工作稳定；并且，在该打印头中设置有打印头底板，只有喷头的喷孔穿过打印头底板暴露在打印头的外部，除喷头喷孔外其他部件与外界不接触，确保打印头密封性，使打印头可以适用于沙尘较大的工作环境。

如图1所示，在一个实施例中，打印头框架10还可以包括打印头钣金12。为了确保打印头框架10内部的电器元件所产生的热量可以及时散出，打印头钣金12上可以开设有通风口。

在另一个实施例中，位于打印头框架10顶部的用于安装打印头框架10的打印头安装调整孔13可以对称设置。在另一个可选实施例中，为了增强打印头的稳定性，打印头安装调整孔13构造为三个成等腰三角形设置的孔。打印头框架10通过打印头安装调整孔13与3D打印设备的打印头运动系统相连。

再次参照图1，在本发明的一个实施例中，打印头框架10上还可以设置有减震弹簧孔14，弹簧安装在打印头和3D打印设备的打印头运动系统之间，在打印头高速运动时起到减震缓冲的作用。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，开口61的侧壁构造为与喷头20的形状相配合的阶梯形结构。也就是说，开口61根据喷头20的尺寸开设，以确保打印头中除喷头20的喷孔以外的部件均不暴露在打印头底板60的外部，以确保打印头的密封性。并且，这种阶梯结构的开口61可以便于安装和定位喷头20。

再次参照图2和图3，根据本发明的一个实施例，喷头20与打印头底板60在竖直方向Z上通过螺栓连接，并且喷头20在横向方向X和纵向方向Y上通过弹簧钢片62抵靠在开口61的侧壁上。喷头20通过螺栓安装在打印头底板60上，可以保证喷头Z方向安装牢固。并且，在上述实施例中，开口61的横向方向X和纵向方向Y上的一侧或两侧的尺寸较喷头20尺寸留有间隙，通过弹簧钢片62弹性顶紧。打印头的每个喷头20在横向方向X和纵向方向Y上通过弹簧钢片62抵靠在开口61的侧壁上，可提高打印头高速运动的减震性能并且对喷头的安装起到防松的作用。

如图2所示，在一个可选实施例中，弹簧钢片62可以通过安装座安装在打印头底板60上。进一步地，安装座可以通过螺栓安装在打印头底板60上，可进一步提高打印头高速运动的减震性能并且对喷头20的安装起到防松的作用。

根据本发明的一个实施例，喷头20阵列排布，并且开口61与喷头20一一对应设置。这样可根据需求在纵、横方向上阵列排布喷头，最大限度地增加单位面积内的喷墨量。并且，应当理解的是，其他形式的喷头20的排布方式也可以用于本发明所涉及的打印头，本发明不局限于此。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，打印头还包括：设置在打印头框架10内的激励板50和驱动板40，激励板50和驱动板40分别与喷头20信号连通，以分别控制喷头20的开关和打印头的运动。由于打印头中还集成有驱动板40和激励板50等控制装置，集软硬件为一体，可以分别控制打印头的运动和喷头20的开关，解决了工业级3DP设备打印头高效率(单位时间内喷墨量高)、高稳定性(适合高速打印喷墨)、高密封性(适用于粉末环境中打印)的要求，打印头打印效果更稳定，质量更高，更适用于工业化大规模生产。

根据本发明的一个实施例，激励板50与驱动板40之间信号连通。激励板50可以根据驱动板40反馈的信号控制喷头20的开关。另外，还应该可以理解的是，激励板50可以控制所有喷头20同时打开或关闭，也可以单独控制某一个或多个喷头打开或关闭。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，打印头框架10上还设置有检测打印头位置的位置检测传感器15，位置检测传感器15与驱动板40信号连通。该位置检测传感器15可以实时检测打印头底面与打印面的距离，并将打印头的位置信息传输至驱动板40。

根据本发明的一个实施例，激励板50和驱动板40分别通过设置在打印头框架10上的数据通信接头11与3D打印设备的数控系统信号连通。进一步地，在一个实施例中，驱动板40与激励板50信号连通，并且激励板50通过设置在打印头框架10上的数据通信接头11与3D打印设备的数控系统信号连通。

根据本发明的另一个方面的实施例，还提供一种3D打印设备的打印方法，包括:

S1.在3D打印设备的数控系统中生成打印服务数据；

S2.将打印服务数据输送至打印头中的激励板50和驱动板40；

S3.驱动板40驱动打印头运动，并且激励板50根据打印头的位置信息控制打印头的喷头20的开关。

在该打印方法中，由于打印头中集成有驱动板40和激励板50等控制装置，集软硬件为一体，可以分别控制打印头的运动和喷头20的开关，解决了工业级3DP设备打印头高效率(单位时间内喷墨量高)、高稳定性(适合高速打印喷墨)、高密封性(适用于粉末环境中打印)的要求，打印头打印效果更稳定，质量更高，更适用于工业化大规模生产。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中还包括：通过设置在打印头上的位置检测传感器15提供位置信息。

在本发明的一个实施例中，涉及一种大型工业级3D阵列式打印头包括：打印框架10、喷头20、分墨器30、驱动板40、激励板50、打印头底板60六部分。

打印框架包括打印头支架、钣金和附属部件。打印头框架上装有数据通信接头11，连接打印头与数控系统的通讯与控制；打印头钣金12上开有通风口，确保打印头内部电器元件产生的热量可以及时散出；打印头框架顶部分布有3个打印头安装调整孔13，通过螺栓与打印头运动系统相连，三个孔位置成等腰三角形，确保打印头安装稳定牢靠；打印头顶部设有减震弹簧孔14，弹簧安装在打印头和打印机之间，在打印头高速运动时起到减震缓冲的作用；打印头框架侧边装有位置检测传感器15，实时检测打印头底面与打印面的距离。

喷头采用高效率电子喷头20，每个喷头内部有200个以上喷孔，每个喷头两侧的进墨孔21通过粘结剂或机械密封的方式通过进软管22与分墨器30相连。

分墨器30通过螺栓安装在打印头内部框架上，每个分墨器30通过软管31与供墨盒(未示出)相连，每个分墨器30上开有与喷头进墨口相对应的分墨口，通过软管22与喷头进墨口相连。

驱动板40通过螺栓安装在打印头内部的框架上，通过数据线41与喷头20连接；通过数据线42与激励板50连接；通过数据线43与数据通信接头11相连，进而将数控系统生成的打印服务数据经过数据通信接头11传输给喷头20，同时实现与激励板50的数据交换。

激励板50通过螺栓安装在打印头内部的框架上，通过数据线42与驱动板40连接；通过数据线51与数据通信接头11相连。由数据通信接头11与外部电源相连，提供喷头20喷孔打开喷墨的激励电压，同时通过数据线42与驱动板40相连，实现打印服务数据的交换，控制喷头20喷墨，使其按规定图形进行喷墨打印。

驱动板40与激励板50的区别在于，驱动板40主要为打印服务数据的传输，激励板50主要对喷头的喷嘴喷墨进行控制。

打印头底板60采用高耐磨、防腐材质，其上依据喷头尺寸开有阶梯形侧壁的开口61，除喷头喷孔外其他部件全部不露出底板，与外界不接触，确保打印头密封性。喷头20通过弹簧螺栓安装在打印头底板60上，保证喷头在Z方向安装牢固。开口61具有阶梯形侧壁，便于安装喷头20；具有阶梯形侧壁的开口61的X/Y方向尺寸的一侧较喷头20尺寸留有间隙，通过弹簧钢片62弹性顶紧；弹簧钢片安装在安装座上；安装座通过螺栓安装在打印头底板60上，可提高打印头高速运动的减震性能并且对喷头的安装起到防松的作用。

优选地，打印头底板上用于容纳喷头20的喷孔的开口61采用阵列式分布，可根据需求在纵、横方向上阵列排布喷头，最大限度地增加单位面积内的喷墨量。

优选地，打印头采用高度集成的打印控制软件和服务软件，所有板卡置于打印头内。打印驱动的驱动板40、激励板50、喷头20全部集中在打印头内部，统一由通信接头11进行通信及电压输入，打印头集软硬件为一体，打印更稳定，质量更高。

本发明提供一种大型工业级3D阵列式打印头，其结构简单、工作稳定，适用于500mm以上大型工业级3DP设备。打印头底板60上用于容纳喷头20的喷孔的开口61采用阵列式分布，可根据需求在纵、横方向上阵列排布喷头，最大限度地增加单位面积内的喷墨量。打印头的每个喷头在纵向及横向均安装有弹性钢片，可提高打印头高速运动的减震性能并且对喷头的安装起到防松的作用。打印头喷头与打印头底板采用面接触安装，除喷头喷孔外其他部件全部不露出底板，与外界不接触，确保打印头密封性。打印头采用高度集成的打印控制软件和服务软件，所有驱动板、激励板置于打印头内部，统一由通信接头11进行通信及电压输入，打印头集软硬件为一体。解决了工业级3DP三维打印设备打印头高效率(单位时间内喷墨量高)、高稳定性(适合高速打印喷墨)、高密封性(适用于粉末环境中打印)的要求。打印头打印效果更稳定，质量更高，更适用于工业化大规模生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。