一种FDM3D打印头的快速更换装置的制作方法

本实用新型涉及3D打印装置技术领域，特别涉及一种用于熔融挤出的FDM 3D打印机的打印头快速更换装置。

背景技术：

随着人们对装备制造领域的不断探索及创新，使得3D打印增材制造在各制造领域受到广泛关注及推广应用，其中FDM 3D打印技术是增材制造主要方式之一。现有技术中，FDM在工业打印领域存在一些瓶颈，如打印复杂的产品模具时，由于同一产品各部位轮廓大小不一，使用同一大小打印头打印时，效率和质量无法兼顾。通常轮廓较大的模具，如果采用小打印头打印，则效率太低，需采用直径大的挤出头进行快速打印；而精密部位或是较小的轮廓，采用大打印头不能保证产品质量，需要采用直径小的挤出头来进行打印，以此来保证各部位的打印质量，因此不同的轮廓需要匹配直径大小不同的打印头进行打印。这样一来，在保证打印质量的前提下，为了提高打印效率，需要根据打印部位的轮廓大小频繁地更换打印头。

在实际操作中，如果采用手动方式更换打印头，更换效率低下，不仅间接影响到设备的打印效率，而且，由于重复定位的问题，容易引起打印质量问题。同时，由于打印头温度高，手动更换操作起来较为困难。因此，需要对打印头进行机械化自动更换的装置来解决这类问题。

现有技术中，公开号为CN205439272U的专利申请文件中，提拔供了一种运用于FDM 3D打印机挤出头的更换装置。该装置在打印过程中，需要将打印头移到指定位置进行更换，这一移动过程需要精确的对准定位，占用打印时间，影响打印效率。而且由于换头时间较长，在已经打印的产品表面温度降低的情况下再次打印，影响层与层之间的粘接性。另外，更换的打印头需要加热处理，否则用过的打印头内残存的挤出料无法排出。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中FDM3D打印头更换中存在的问题，提供一种FDM 3D打印头的快速更换装置，实现3D打印过程中不同尺寸的挤出头之间的快速更换，以保证打印效率和打印质量。

本实用新型的目的是这样实现的，一种FDM 3D打印头的快速更换装置，包括料筒，所述料筒内配合安装有挤出螺杆，所述料筒的出料端螺纹密封连接有挤出套筒，所述挤出套筒的出料端与进料端的中心轴线成135 º角，所述挤出套筒的出料端转动连接有出料法兰，所述出料法兰的出料端设有四个出料孔，各出料孔与出料法兰的进料孔的中心轴线成45º角，所述出料法兰的各出料孔分别连接有电磁阀，各电磁阀分别连接有挤出头，所述出料法兰连接有转动驱动机构，所述转动驱动机构用于驱动出料法兰转动并带动相应的挤出头转至垂直向下的工作位实现挤出头的快速更换。

本实用新型的FDM 3D打印头的快速更换装置，与挤出套筒转动连接的具有四个出料孔的出料法兰上可以安装四个不同尺寸的挤出头，供3D打印过程中更换需要，出料法兰通过转动驱动机构驱动连接，当需要尺寸的挤出头转动至垂直向下的工作位时，打开电磁阀连通该挤出头的出料通道，当打印过程中需要更换另一尺寸大小的挤出头时，关闭工作位的电磁阀，再通过转动驱运机构驱动出料法兰转动一定的角度，使该尺寸的挤出头转至垂直向下的工作位，打开该工作位的电磁阀以打印该挤出头的挤出通道，完成挤出头的快速更换。本实用新型的挤出头快速更换结构，在线更换挤出头时，不需要将打印头移出打印区域，可以在当前打印位置实现在线快速更换，大大结省了更换时间，出料法兰的各出料孔之间温差小，更换挤出头时，不需要额外预热，也无需另设保温结构。

为便于实现出料法兰的转动对准功能，所述转动驱动机构为链轮驱动机构，包括链轮一、链轮二、链条和与链轮二连接的电机，所述链轮一的中心设有从输入端向输出端径向变小的内台阶孔，所述内台阶孔输入端大内径段通过滑动轴承与挤出套筒转动连接，所述挤出套筒的出料端外周配合设有外径变小的外台阶用于安装滑动轴承内圈；所述链轮一的内台阶孔的小内径段与挤出套筒的外台阶外周间隙配合，所述出料法兰进料孔与链轮一的输出轴端外周螺纹密封连接。本实用新型的转动驱动结构，链轮一带动出料法兰转动，可以将需要更换的位置的挤出头转至垂直向下的工作位，实现挤出头的更换。

进一步地，所述电机固定安装在电机支撑板上，所述电机支撑板通过若干螺栓与3D打印头的滑枕连接，所述电机输出轴与链轮二连接，所述链轮一和链轮二位于同一安装平面内并通过链条传动连接。

为便于装置的轴向固定，所述链轮一的输入端的端面上通过螺栓固定有压板环，所述压板环的内侧与滑动轴承的外圈抵靠；所述挤出套筒用于安装滑动轴承的外台阶的外周设有用于轴向抵靠滑动轴承内圈的弹簧挡圈。

为便于精确调节链轮一与链轮二的中心距，所述电机支撑板上与滑枕螺栓连接的部位配合设有若干螺栓安装孔，各所述螺栓安装孔为沿链轮一和链轮二中心的连线方向的腰形孔，用于调节链轮一和链轮二之间的中心距。

为便于控制工作位挤出头的连通和非工作位的挤出头的关闭，所述电磁阀为常闭电磁阀，各电磁阀的出料端分别连接不同尺寸的挤出头，处于工作位置的挤出头处于垂直向下的位置，与工作位置的挤出头连接的电磁阀通过控制部件控制打开。

为保证出料法兰料腔内温度均匀以进一步保证挤出料在料腔内的均匀熔融状态，所述出料法兰和挤出头的材料为黄铜或紫铜。

附图说明

图1为本实用新型的FDM3D打印头的快速更换装置结构示意图。

图2为本实用新型的FDM3D打印头的快速更换装置的内部结构示意图。

图3为挤出头的分布示意图。

其中，1 滑枕；2电机支撑板；3电机；4链条；5出料法兰；6挤出套筒；7料筒；8挤出螺杆；9滑动轴承；10压板环；11链轮一；12电磁阀；13挤出头；14链轮二；15弹簧挡圈。

具体实施方式

如图1-图3所示，为本实用新型的FDM3D打印头的快速更换装置，包括料筒7，该料筒7固定安装在滑枕1上，可随滑枕1同步移动进行3D打印进给打印，料筒7内配合安装有挤出螺杆8，并且挤出螺杆8的末端与料筒7的出料端平齐；料筒7的出料端螺纹密封连接有挤出套筒6，该挤出套筒6的出料端中心轴与进料端的中心轴成135 º角，挤出套筒6的出料端转动连接有出料法兰5，出料法兰5的出料端设有四个出料孔，各出料孔与出料法兰5的进料孔的中心轴线成45º角，出料法兰5的各出料孔分别连接有电磁阀12，各电磁阀12分别连接有挤出头13，出料法兰5连接有转动驱动机构，该转动驱动机构用于驱动出料法兰5转动并带动相应的挤出头转至垂直向下的工作位实现挤出头的快速更换。

本实施例的转动驱动机构为链轮驱动机构，包括链轮一11、链轮二14、链条4和与链轮二14连接的电机2，链轮一11的中心设有从输入端向输出端径向变小的内台阶孔，内台阶孔输入端大内径段通过滑动轴承9与挤出套筒6转动连接，挤出套筒6的出料端外周配合设有外径变小的外台阶用于安装滑动轴承9的内圈；链轮一11的内台阶孔的小内径段与挤出套筒6的外台阶外周间隙配合，出料法兰5的进料孔与链轮一的输出轴端外周螺纹密封连接。为便于装置的轴向固定，链轮一11的输入端的端面上通过螺栓固定有压板环10，压板环10的内侧与滑动轴承9的外圈抵靠；挤出套筒6用于安装滑动轴承9的外台阶的外周设有用于轴向抵靠滑动轴承9内圈的弹簧挡圈15。本实用新型的转动驱动结构，链轮一11带动出料法兰5转动，可以将需要更换的位置的挤出头13转至垂直向下的工作位，实现挤出头13的快速自动更换。为便于电机3的固定，电机3固定安装在电机支撑板2上，电机支撑板2通过若干螺栓与3D打印头的滑枕1连接，电机3的输出轴与链轮二14连接，链轮一11和链轮二14位于同一安装平面内并通过链条4传动连接。

为便于精确调节链轮一11与链轮二14的中心距，电机支撑板2上与滑枕1螺栓连接的部位配合设有若干螺栓安装孔，各螺栓安装孔为沿链轮一11和链轮二1中心的连线方向的腰形孔，用于调节链轮一11和链轮二14之间的中心距。

为便于控制工作位挤出头13的连通和非工作位的挤出头的关闭，电磁阀12选用常闭电磁阀，各电磁阀的出料端分别连接不同尺寸的挤出头，处于工作位置的挤出头处于垂直向下的位置，与工作位置的挤出头连接的电磁阀通过控制部件控制打开。

为保证出料法兰料腔内温度均匀以进一步保证挤出料在料腔内的熔融状态，出料法兰5和挤出头13的材料为导热快的黄铜或紫铜。

本实用新型的FDM 3D打印头的快速更换装置，与挤出套筒6转动连接的具有四个出料孔的出料法兰5上可以安装四个不同尺寸的挤出头，供3D打印过程中更换需要，出料法兰5通过转动驱动机构驱动连接，当需要更换挤出头时，通过控制系统控制链轮驱动机构带动出料法兰5转动一定的角度，使指定尺寸的挤出头转动至垂直向下的工作位时，打开电磁阀连通该工作位的挤出头的出料通道；当打印过程中需要更换另一尺寸的挤出头时，控制系统自动关闭工作位的电磁阀并根据需要更换的挤出头的位置，控制链轮机构带动相应的挤出头转至工作位再打开该工作位的电磁阀以连通挤出通道，完成挤出头的快速自动更换。本实用新型的挤出头快速更换结构，在线更换挤出头时，不需要将打印头移出打印区域，可以在当前打印位置实现在线快速更换，大大结省了更换时间，出料法兰5的各出料孔之间温差小，更换挤出头时，不需要额外预热，也无需另设保温结构。

本实用新型并不局限于上述实施例，例如，本实用新型的转动驱动机构不仅限于本实施例的链轮驱动机构，也可以采用具有同样驱动作用的其它转动驱动机构，例如，齿轮驱动机构、带轮驱动机构等可以实现驱动出料法兰相对挤出套筒动的机构。凡是在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型保护的范围内。