[发明专利]可填充的3D打印机打印头

说明书

技术领域

本发明属3D打印机的一个技术领域。

背景技术

用熔融堆积式打印技术打印出来的模型切片的内部结构主要分为内壁、外壁和两者中间的填充区。以打印一块平板结构的模型为例。当平板的厚度大于两倍喷头直径，同时使用者设置的打印壁厚的两倍小于平板厚度时，两壁的中间必有空隙。现有熔融堆积式3D打印技术采用了填充（用料丝把这些空间按一定的比例充填）的方式来填满这些空隙，这一技术就像用铅笔画线条把图形填满一样。由于这类需要填充的空间的特点是短、小、窄，对这些空间进行填充时，喷头就要不断地横向（一般来说是接近垂直于进给的方向）往复动运。这种不断的横向往复动运的特点是路径短、频率高，容易造成定位系统中的传动部件(传动带)的变形、疲劳和发热，是极不适合定位系统运行的动作。同时为了克服打印头和定位系统的惯性，3D打印机就要加大电机的功率和消耗更多的能量。还有最难接受的是，这种原地踏步式的运动会大大增加定位系统中的导轨的同一位置的磨损，使定位系统的导轨产生严重的局部磨损而过早报废；另一方面，现有技术下的3D打印机在填充打印时，其打印头和热台都需要高速高频的往复运动，由于上述两者和定位系统的惯性较大，它会造成3D打印机的震动，影响了打印质量和3D机器的使用寿命。

发明内容

为了使熔融堆积式3D打印机更快、更好、更合理地打印填充区，同时减小定位系统的磨损和功耗,本发明采取了如下技术措施：在打印头上安装步进电机，计算机可控制步进电机驱动喷头在指定的区域内往复摆动进行填充打印。

本发明的好处是：熔融堆积式3D打印少不免要打印填充区。填充区的打印特点是打印路径短、重复频率高、定位系统的局部磨损大。本发明采用了在打印头上安装步进电机，喷头可由步进电机驱动作往复运动的技术方案，使填充的往复运动交由单个步进电机的小幅转动替代。例如，喷头通过摇臂安装在步进电机的转轴上，计算机可控制步进电机驱动喷头在指定的区域内往复摆动。用一个步进电机驱动喷头往复摆动替代定位系统X、Y两轴的往复运动来作为填充的主运动。这时喷头的摆动只由一个步进电机的小幅转动驱动，它替代了绝大部分原来由定位系统中X和Y轴完成的往复运动。在填充打印时，定位系只要驱动打印头沿切片的填充路径方向移动，而无须作填充往复运动。本发明由于用了步进电机的小幅转动替代了定位系统的导轨的局部重复滑动，使3D打印头具有运行填充主运动的功能。从机械常识可知，同样的动作幅度，用转动的方式产生所带来的磨损远远小于用滑动导轨的方式所带来的磨损。因此，本发明能大大降低了定位系统的功耗和导轨的磨损。使3D打印工作更为流畅合理。

附图说明

图1是可填充的3D打印头的结构示意图。

图中：喷头1、散热片2、送料套管3、打印头支架4、步进电机5、摇臂6。

具体实施方式

能实现计算机控制步进电机驱动喷头在指定的区域内往复摆动协助3D打印机填充打印的技术方案有很多，它们大致可分为步进电机直接驱动喷头或步进电机间接驱动喷头往复摆动两大类。例如，喷头通过摇臂安装在步进电机的转轴上，计算机可控制步进电机驱动喷头在指定的区域内往复摆动，这是直接驱动；喷头也可以通过摇臂铰接在打印头支架上，步进电机可通过凸轮或摇臂等机构驱动喷头上的摇臂或直接驱动喷头一起摆动，这是间接驱动式。上述两种形式各有所长，但都可以实现计算机控制步进电机驱动喷头在指定的区域内往复摆动的功能。

本例在打印头支架上安装步进电机5，喷头1通过摇臂6安装在步进电机5的转轴上，这样的3D打印头就具备运行填充主运动动作的能力。当3D打印机要进行填充打印时，计算机可控制步进电机驱动喷头在指定的区域内往复摆动，配合定位系统的进给运动就可以完成面域的填充，如图1所示。