自适应多喷头高速3D打印机的制作方法

本实用新型涉及3D打印机技术领域，特别是一种自适应多喷头高速3D打印机。

背景技术：

3D打印是十三五规划重点发展对象之一。我国3D打印行业起步比较晚，现在进入迅速发展阶段，因此3D打印技术以市场广、前景非常广泛。根据对目前国际上3D打印技术研发领域最新动态的跟踪、调研、分析与总结，发现主要的研究集中在打印成本的降低，打印精度的提高，打印出产品的强度、刚度的增强，打印时间的缩短四个方面。

3D打印机是一种将金属、塑料等材料通过机械结构设计在空间中堆积成型的设备。利用3D打印机可以满足大部分立体打印需求，其应用非常广泛，涉及精密制造业、模具

加工、医疗、电子、食品等多个行业。目前3D打印机主要是采用“熔积成型”技术，打印过程是在喷头内将塑料、金属等可熔性材料通过高温融化，再通过沉积的方式才形成薄层，逐层堆砌形成产品。市场上既有的“熔积成型”式3D打印机存在主要问题有：单、双喷头打印机仅对于小件产品的打印具良好适用性，对于大件产品打印时间较长，加工速度慢；其次是对于结构、尺寸不相同的产品，需匹配合适的打印机，限制了打印机使用的普适性。

申请号为201510706198.X的中国实用新型专利申请《一种多喷头3D打印机及其协同打印方法》、申请号为201510556924.4的中国实用新型专利申请《一种多喷头3D打印机》等所公开的多喷头打印机，均存在结构形式单一，功能上不够全面，功能上只对特定的大件产品或者多件产品进行针对性操作，不能既可同时打印单个大件产品，又能同时打印结构相同的多个产品。

申请号为201610250215.8的中国实用新型专利申请《一种多喷头高速3D打印设备及打印方法》所公开的多喷头打印机，打印喷头和轮廓打印喷头是分开的，不能自动改变喷头大小，既可以做打印喷头，也可以做打印轮廓打印喷头，所以存在喷头功能单一性缺陷。

综上所述，现有3D打印机存在打印时间长、效率低、打印机的灵活性差、精度差、功能单一等不足，制约了目前市场上3D打印走向工业化。因此提高打印速度，打印效率，让打印机变得灵活多变是当务之急。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种自适应多喷头高速3D打印机，以解决现有3D打印机存在的打印时间长、效率低、精度差、功能单一的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种自适应多喷头高速3D打印机，包括进丝系统、熔池系统、加热系统、喷头系统、控制系统，进丝系统与熔池系统的顶端连接，熔池系统的底端与喷头系统连接，所述的熔池系统包括至少一个熔池；所述的喷头系统包括多套喷头，每套喷头均包括出料导管、喷嘴孔调节装置、喷嘴，所述的出料导管的一端与熔池的底端连接，出料导管的另一端通过喷嘴孔调节装置与喷嘴连接；喷嘴孔调节装置、进丝系统、加热系统的输入端分别与控制系统的输出端连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的喷嘴孔调节装置包括喷嘴孔调节电机、精密齿轮传动机构，喷嘴孔调节电机的输入端与控制系统的输出端连接，喷嘴孔调节电机的输出端与精密齿轮传动机构的输入端连接，精密齿轮传动机构的输出端与喷嘴的顶端连接；所述的喷嘴为由至少三片螺旋片构成的锥状结构，喷嘴孔的横截面形状为圆形，该至少三片螺旋片在精密从动齿轮的带动下旋转而改变喷嘴孔的孔径大小。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的精密齿轮传动机构包括相互啮合在一起的精密主动齿轮、精密从动齿轮，精密主动齿轮与喷嘴孔调节电机的输出端连接，精密从动齿轮与喷嘴的顶端连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：同一个喷嘴的喷嘴孔在打印模型的支撑与内部的填充时孔径大于打印模型轮廓时的孔径。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的加热系统包括熔池加热设备、喷头加热设备；熔池加热设备安装在熔池上，喷头加热设备安装在出料导管上，熔池加热设备、喷头加热设备的输入端分别与控制系统的输出端连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：在出料导管上还安装有散热系统，该散热系统包括增大散热表面积的散热金属、散热风扇，散热风扇的输入端与控制系统的输出端连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的进丝系统包括进丝电机，该进丝电机的输入端与控制系统的输出端连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的控制系统包括模型数据处理模块、进丝电机控制器、熔池加热设备控制器、喷头加热设备控制器、散热风扇控制器、喷嘴孔调节电机控制器，所述的模型数据处理模块与喷嘴孔调节电机控制器的输入端连接，喷嘴孔调节电机控制器的输出端与喷嘴孔调节电机连接；进丝电机控制器与进丝电机连接，熔池加热设备控制器与熔池加热设备连接，喷头加热设备控制器与喷头加热设备连接，散热风扇控制器与散热风扇连接。

由于采用上述结构，本实用新型之自适应多喷头高速3D打印机与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.工作效率高：

由于本实用新型包括进丝系统、熔池系统、加热系统、喷头系统、控制系统，进丝系统与熔池系统的顶端连接，熔池系统的底端与喷头系统连接；所述的熔池系统包括至少一个熔池；所述的喷头系统包括多套喷头，每套喷头均包括出料导管、喷嘴孔调节装置、喷嘴，所述的出料导管的一端与熔池的底端连接，出料导管的另一端通过喷嘴孔调节装置与喷嘴连接；喷嘴孔调节装置、进丝系统、加热系统的输入端分别与控制系统的输出端连接。本实用新型在作业过程中，根据打印机情况通过喷嘴孔调节装置实时精准控制喷头系统的喷嘴孔的孔径大小，在打印模型的支撑与内部的填充时，喷嘴孔的孔径变大，打印模型的打印轮廓时，喷嘴孔的孔径变小，并且可多套喷头同时打印。因此，本实用新型在作业时同一个喷嘴的喷嘴孔孔径大小可控，而且可实现多套喷头同时打印，大大提高了工作效率，而且打印速度快，可适用于大件产品的打印。

2. 功能多样化：

本实用新型包括进丝系统、熔池系统、加热系统、喷头系统、控制系统，进丝系统与熔池系统的顶端连接，熔池系统的底端与喷头系统连接；所述的熔池系统包括至少一个熔池；所述的喷头系统包括多套喷头，每套喷头均包括出料导管、喷嘴孔调节装置、喷嘴，所述的出料导管的一端与熔池的底端连接，出料导管的另一端通过喷嘴孔调节装置与喷嘴连接；喷嘴孔调节装置、进丝系统、加热系统的输入端分别与控制系统的输出端连接。本实用新型在作业过程中，根据打印机情况通过喷嘴孔调节装置实时精准控制喷头系统的喷嘴孔的孔径大小，在打印模型的支撑与内部的填充时，喷嘴孔的孔径变大，打印模型的打印轮廓时，喷嘴孔的孔径变小，并且可多套喷头同时打印，更重要的是可以同时打印多个相同的模型，因此，本实用新型既可以打印模型的支撑与内部的填充，又可以打印模型的打印轮廓；既可同时打印单个大件产品，又能同时打印结构相同的多个产品；其功能非常多样化。

3.打印精度高：

由于本实用新型的每套喷头均包括出料导管、喷嘴孔调节装置、喷嘴，在作业过程中，可根据打印机情况通过喷嘴孔调节装置实时精准控制喷嘴孔的孔径大小，在打印模型的支撑与内部的填充时，喷嘴孔的孔径变大，打印模型的打印轮廓时，喷嘴孔的孔径变小。因此，本实用新型在作业时打印精细模型就是精准控制喷头系统的喷嘴孔孔径比较小，从而提高打印精度。

4.智能化程度高：

由于本实用新型通过控制系统和喷头系统，可以自动处理数据和自动控制喷嘴孔径大小，可以同时打印多个相同模型，需要打印不同孔径的喷嘴、打印多个相同模型，无需人工操作，其智能化程度比较高。

5. 结构简单，成本低：

本实用新型的结构比较简单，生产成本较低，易于推广使用。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之自适应多喷头高速3D打印机

的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本实用新型之自适应多喷头高速3D打印机的结构示意图，

图2：实施例一所述喷嘴变化过程的示意图。

在上述附图中，各附图标记说明如下：

1-进丝系统，101-进丝电机，

2-熔池系统，201-熔池，

3-加热系统，

301-熔池加热设备，302-喷头加热设备，

4-散热系统，

401-散热金属，402-散热风扇，

5-喷头系统，

501-喷头，5011-出料导管，

5012-喷嘴孔调节装置，

50121-喷嘴孔调节电机，50122-精密主动齿轮，50123-精密从动齿轮，

5013-喷嘴，50131-喷嘴孔，

6-控制系统，

601-进丝电机控制器，602-熔池加热设备控制器，603-喷头加热设备控制器。

具体实施方式

实施例一

一种自适应多喷头高速3D打印机，包括进丝系统1、熔池系统2、加热系统3、散热系统4、喷头系统5、控制系统6，其中：

所述的进丝系统1包括进丝电机101，该进丝电机101的输入端与控制系统6的输出端连接。

所述的熔池系统2包括一个熔池201，该熔池用于存储进料与均匀融化打印原材料，熔池201的顶端与进丝系统1连接，熔池201的底端与喷头系统5连接。

所述的喷头系统5包括四套喷头501，每套喷头501均包括出料导管5011、喷嘴孔调节装置5012、喷嘴5013，所述的出料导管5011的一端与熔池201的底端连接，出料导管5011的另一端通过喷嘴孔调节装置5012与喷嘴5013连接；喷嘴孔调节装置5012、进丝系统1、加热系统3的输入端分别与控制系统6的输出端连接。

所述的喷嘴孔调节装置5012包括喷嘴孔调节电机50121、精密齿轮传动机构，精密齿轮传动机构包括相互啮合在一起的精密主动齿轮50122、精密从动齿轮50123；喷嘴孔调节电机50121的输入端与控制系统6的输出端连接，精密主动齿轮50122作为精密齿轮传动机构的输入端与喷嘴孔调节电机50121的输出端连接，精密从动齿轮50123作为精密齿轮传动机构的输出端与喷嘴5013的顶端连接。所述的喷嘴5013为由三片螺旋片构成的锥状结构，喷嘴孔50131的横截面形状为圆形，该三片螺旋片在精密从动齿轮的带动下旋转而改变喷嘴孔的孔径大小。同一个喷嘴的喷嘴孔在打印模型的支撑与内部的填充时孔径大于打印模型轮廓时的孔径。

所述的加热系统3包括熔池加热设备301、喷头加热设备302；熔池加热设备301安装在熔池上，喷头加热设备302安装在出料导管5011上，熔池加热设备301、喷头加热设备302的输入端分别与控制系统6的输出端连接。

所述的散热系统4安装在出料导管5011上，该散热系统4包括增大散热表面积的散热金属401、散热风扇402，散热风扇402的输入端与控制系统6的输出端连接。

所述的控制系统6包括模型数据处理模块、进丝电机控制器601、熔池加热设备控制器602、喷头加热设备控制器603、散热风扇控制器、喷嘴孔调节电机控制器，所述的模型数据处理模块与喷嘴孔调节电机控制器的输入端连接，喷嘴孔调节电机控制器的输出端与喷嘴孔调节电机连接；进丝电机控制器601与进丝电机101连接，熔池加热设备控制器602与熔池加热设备301连接，喷头加热设备控制器603与喷头加热设备连接，散热风扇控制器与散热风扇连接。

作为本实施例一的一种变换，所述的熔池系统还可以包括两个或两个以上的熔池201。

作为本实施例一的又一种变换，所述的喷头系统5还可以包括三、五、六、七等多套喷头501，每套喷头又可以包括多个喷嘴。

作为本实施例一的又一种变换，每个喷嘴由至少三片螺旋片构成。

本实用新型之自适应多喷头高速3D打印机的打印过程如下：

首先通过模型数据处理模块对需要打印的三维模型进行分析与处理，并分出模型的支撑与内部的填充数据和打印轮廓数据；通过控制系统控制进丝系统精准控制原材料的量，通过控制系统控制加热系统使原材料在熔池系统中处于熔溶状态，再通过熔池系统将原材料输送到喷头系统进行打印；在打印过程中，当要打印模型的支撑与内部的填充时，喷嘴孔调节电机控制器将模型的支撑与内部的填充数据传输到喷嘴孔调节电机，通过喷嘴孔调节电机控制精密齿轮传动机构转动，使喷嘴孔的孔径变大；当需要打印模型的打印轮廓时，喷嘴孔调节电机控制器将打印轮廓数据传输到喷嘴孔调节电机，通过喷嘴孔调节电机控制精密齿轮传动机构转动，使喷嘴孔的孔径变小。