一種自動快速連接多色3d打印絲料的裝置及3d打印的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，包括：機(jī)架；活動安裝在機(jī)架上的下壓板和上壓板，所述下壓板和上壓板上均設(shè)有一個相互配合的工作面，兩個工作面上均具有半圓柱成型槽和成型面，半圓柱成型槽內(nèi)設(shè)有加熱環(huán)；所述下壓板具有兩個工作位；在第二工作位時，兩個半圓柱成型槽分別與兩個成型面相互對正；所述上壓板具有兩個工作位；驅(qū)動下壓板和上壓板在其兩個工作位之間切換的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。本發(fā)明還公開了一種3D打印機(jī)。本發(fā)明通過加熱方式快速連接多色3D打印絲料，操作靈活方便，只要計算好絲料的用量，單噴頭就可以實(shí)現(xiàn)彩色3D打印，相較于目前的多噴頭3D打印機(jī)，該裝置大大降低了彩色3D打印的成本。
【專利說明】一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置及3D打印機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維打印【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置及帶有該裝置的3D打印機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過30年的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)已趨于成熟，彩色3D打印成為今后3D打印發(fā)展的一個重要方向。目前彩色3D打印主要通過多噴頭3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)。MakerBot2013年推出的雙噴頭3D打印機(jī)R印I icator 2X，可采用兩種耗材由雙噴頭協(xié)同工作，打印出雙色的印品。但是多噴頭3D打印機(jī)普遍存在價格昂貴、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。
[0003]意大利Stick Filament公司最新研制出一種手動連接不同顏色絲料的方法。該方法為即在棒狀線材的兩端加上可以相互扣合的連接頭，然后通過人手工將其插接后用作彩色3D打印。該方法雖操作簡單，但需要人工進(jìn)行插接，較為耗時，且連接頭加工不易。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，通過將不同顏色的絲料端部加熱熔化，來連接不同顏色的絲料。本發(fā)明通過加熱方式快速連接多色3D打印絲料，操作靈活方便，使單噴頭實(shí)現(xiàn)彩色3D打印成為可能，相較于目前的多噴頭3D打印機(jī)，本發(fā)明大大降低了彩色3D打印的成本。
[0005]本發(fā)明同時提供了一種帶有上述自動快速連接多色3D打印絲料的裝置的3D打印機(jī)。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，包括:
[0008]機(jī)架；
[0009]活動安裝在機(jī)架上的下壓板和上壓板，所述下壓板和上壓板上均設(shè)有一個相互配合的工作面，兩個工作面上均具有一個結(jié)構(gòu)相同的半圓柱成型槽和一個成型面，半圓柱成型槽內(nèi)設(shè)有用于對3D打印絲料的連接端進(jìn)行加熱的加熱環(huán)；
[0010]所述下壓板具有保持兩個半圓柱成型槽相互對正的第一工作位、以及保持兩個半圓柱成型槽相互錯開的第二工作位；在第二工作位時，兩個半圓柱成型槽分別與兩個成型面相互對正；
[0011]所述上壓板具有保證下壓板和上壓板接觸的第一工作位、以及保持下壓板和上壓板分離的第二工作位；
[0012]驅(qū)動下壓板在其兩個工作位之間切換的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)；
[0013]驅(qū)動上壓板在其兩個工作位之間切換的第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)；
[0014]在第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，所述上壓板和下壓板相互配合，在加熱環(huán)加熱作用下，依次實(shí)現(xiàn)兩個3D打印絲料的分別壓制和相互粘連，即:所述上壓板處于第一工作位、下壓板處于第二工作位時，完成兩個3D打印絲料的分別壓制；所述上壓板處于第一工作位、下壓板處于第一工作位時，完成兩個3D打印絲料的相互粘連。
[0015]作為優(yōu)選，所述機(jī)架上設(shè)有導(dǎo)軌；所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:固定在機(jī)架上的電機(jī)；與所述電機(jī)輸出軸相互固定的絲杠；與所述絲杠配合的下壓板固定板，該下壓板固定板頂部與所述下壓板固定，底部設(shè)有與所述導(dǎo)軌配合的滑塊。所述絲杠的一端一般通過聯(lián)軸器與所述電機(jī)的軸固定連接。所述機(jī)架上安裝有絲杠固定座，所述絲杠另一端通過軸承與所述絲杠固定座安裝固定。采用該技術(shù)方案時，可以保證下壓板的運(yùn)行精度，保證絲料的連接精度。所述下壓板固定板一般包括與下壓板固定的板體、以及與板體固定的螺母套，該螺母套與絲杠螺紋配合；板體兩端設(shè)有所述的滑塊，滑塊數(shù)量為兩個，在絲杠的驅(qū)動作用以及導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用下，將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為螺母套的平動。
[0016]作為優(yōu)選，所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)為安裝在機(jī)架上的至少一個氣缸，該氣缸的活塞桿端部與所述上壓板相互固定。所述氣缸數(shù)量一般為兩個，分別與上壓板的兩側(cè)固定。所述氣缸的缸筒與機(jī)架固定連接。氣缸與上壓板之間的連接方式也多樣化，如:聯(lián)軸器連接、螺紋連接等。
[0017]作為優(yōu)選，所述自動快速連接多色3D打印絲料的裝置還包括用于在完成兩個3D打印絲料的分別壓制后切斷擠出絲料的兩個刀片、以及驅(qū)動兩個刀片往復(fù)移動的第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述兩個刀片分別設(shè)置在上壓板兩側(cè)，且分別與兩個半圓柱成型槽位置配合。所述第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般為氣缸，氣缸的缸筒與機(jī)架固定連接，兩個氣缸的活塞桿與刀片固定連接，該連接方式多樣化，如:聯(lián)軸器連接、螺紋連接等。作為優(yōu)選，所述兩個刀片的刀刃緊貼上壓板對應(yīng)側(cè)側(cè)壁。所述刀片包括前刀片和后刀片，前刀片和后刀片相互平行，且位于上壓板前后兩側(cè)，并與上壓板側(cè)面相貼合。所述上壓板和下壓板一般為長方體或者正方體結(jié)構(gòu)，工作面為長方體或者正方體結(jié)構(gòu)一個側(cè)面，工作面相互平行且結(jié)構(gòu)相同，前刀片和后刀片分別與長方體或者正方體結(jié)構(gòu)的兩個側(cè)壁貼緊，用于切斷壓制過程中，從半圓柱成型槽沿軸向擠出的絲料。
[0018]作為優(yōu)選，所述下壓板和上壓板的工作面上，靠近半圓柱成型槽的槽口部位兩側(cè)分別設(shè)有沿半圓柱成型槽軸向設(shè)置的導(dǎo)料槽。采用該技術(shù)方案，絲料壓制過程中，沿半圓柱成型槽周向產(chǎn)生的擠出料可以進(jìn)入到導(dǎo)料槽內(nèi)，保證壓制過程的順利進(jìn)行。
[0019]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)料槽與半圓柱成型槽連接部位為刀刃結(jié)構(gòu)。采用該技術(shù)方案，刀刃結(jié)構(gòu)能夠引導(dǎo)擠出絲料迅速的脫離絲料本體，快速的進(jìn)入到導(dǎo)料槽內(nèi)，降低了壓制過程的難度，降低了壓制能耗。
[0020]作為優(yōu)選，所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)均受控于同一控制單元。所述控制單元可為計算機(jī)、控制芯片等。所述上壓板、下壓板運(yùn)行方向與實(shí)際使用場合和安裝位置有關(guān)，一般上壓板和下壓板運(yùn)行方向相互垂直；刀片與上壓板運(yùn)行方向一致，例如，下壓板可在第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動作用下，在水平方向上往復(fù)運(yùn)動；上壓板可在第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動作用下，在豎直方向上往復(fù)運(yùn)動；刀片在第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動作用下，在豎直方向上往復(fù)運(yùn)動。
[0021]作為優(yōu)選，所述加熱環(huán)為半圓加熱環(huán)，與半圓柱成型槽的內(nèi)槽壁大小配合，通過現(xiàn)有的固定方式相互固定，實(shí)現(xiàn)對絲料的加熱處理。
[0022]本發(fā)明還提供了一種3D打印機(jī)，包括單個打印噴頭，還包括用于將不同色3D打印絲料進(jìn)行連接然后輸送給所述打印噴頭的裝置，該裝置為上述任一技術(shù)方案所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置。
[0023]本發(fā)明一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，在工作時，兩種不同顏色的絲料分別從裝置的兩端穿入裝置，兩種絲料的一端分別固定在上壓板和下壓板的半圓柱成型槽中，上壓板和下壓板上的半圓加熱環(huán)分別對兩種絲料進(jìn)行加熱，達(dá)到一定溫度后，氣缸帶動上壓板向下運(yùn)動，上壓板底部與下壓板頂部重合后停止運(yùn)動，并保持一段時間，兩種絲料分別壓制完成，氣缸帶動前刀片和后刀片向下運(yùn)動，切除前端溢出的絲料，左右兩側(cè)溢出的絲料被壓斷進(jìn)入導(dǎo)料槽。兩種絲料的一端均被壓成半圓柱形。電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動下壓板沿滾珠絲杠軸線方向移動，使上壓板的半圓柱成型槽和下壓板的半圓柱成型槽在豎直方向上相互對正，形成完整的圓柱形結(jié)構(gòu)，加熱加壓使兩種絲料的半圓柱形端面相互熔合，從而完成絲料的拼接。
[0024]本發(fā)明通過加熱方式快速連接多色3D打印絲料，操作靈活方便，只要計算好絲料的用量，單噴頭就可以實(shí)現(xiàn)彩色3D打印，相較于目前的多噴頭3D打印機(jī)，該裝置大大降低了彩色3D打印的成本。
[0025]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、連接絲料效率高、制作簡單、成本低，同時能夠?qū)崿F(xiàn)絲料的自動拼接，在彩色3D打印領(lǐng)域中有很大應(yīng)用潛力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明工作零部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為下壓板驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為上壓板和下壓板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為壓制成型后兩種絲料壓制段的外觀示意圖；
[0031]圖6為加熱熔合后連接處的示意圖。
[0032]圖中，1-電機(jī),2-電機(jī)固定板,3-下壓板,4-上壓板,5-第一氣缸,6-前刀片,7-第二氣缸,8-第三氣缸,9-后刀片，10-第一導(dǎo)軌,11-絲杠固定座，12-第二導(dǎo)軌,13-絲杠，14-下壓板固定板，15-第二滑塊，16-機(jī)架，17-聯(lián)軸器，18-螺母套，19-第四氣缸，20-第一滑塊，21-半圓加熱環(huán)，22-第一導(dǎo)料槽，23-第二導(dǎo)料槽，24-半圓柱成型槽，25-成型面，26-刀刃。

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0034]如圖1，圖2，圖3所示，電機(jī)I與電機(jī)固定板2固定連接，電機(jī)固定板2與機(jī)架16固定連接，絲杠13水平設(shè)置，絲杠13的一端與電機(jī)I通過聯(lián)軸器17固定連接，絲杠13的另一端通過軸承與絲杠固定座11連接，絲杠固定座11與機(jī)架16固定連接。螺母套18套在絲杠13上，下壓板固定板14與螺母套18固定連接，下壓板固定板14的一端與第一滑塊20固定連接，第一滑塊20卡在第一導(dǎo)軌10上，與第一導(dǎo)軌10相互配合，下壓板固定板14的另一端與第二滑塊15固定連接，第二滑塊15卡在第二導(dǎo)軌12上，與第二道軌12相互配合，下壓板固定板14與下壓板3固定連接。下壓板3在電機(jī)I驅(qū)動下，可沿水平方向上往復(fù)運(yùn)動。
[0035]第一氣缸5的缸筒與機(jī)架16固定連接，第四氣缸19的缸筒與機(jī)架16固定連接，上壓板4的一端與第一氣缸5的活塞桿固定連接，上壓板4的另一端與第四氣缸19的活塞桿固定連接。上壓板4在第一氣缸5和第四氣缸19的驅(qū)動作用下，可沿豎直方向上往復(fù)運(yùn)動。上壓板4平行于下壓板3，且上壓板4位于下壓板3的正上方。
[0036]第二氣缸7的缸筒與機(jī)架16固定連接,第二氣缸7的活塞桿與前刀片6的頂端固定連接，前刀片6的刀片部分緊貼上壓板4的前側(cè)面，前刀片6的對稱軸方向與絲杠13的軸線方向垂直。前刀片6在第二氣缸7的驅(qū)動作用下可沿豎直方向上往復(fù)運(yùn)動。第三氣缸8的缸筒與機(jī)架16固定連接，第三氣缸8的活塞桿與后刀片9的頂端固定連接，后刀片9的刀片部分緊貼上壓板4的后側(cè)面，后刀片9的對稱軸方向與絲杠13的軸線方向垂直。后刀片9在第三氣缸8的驅(qū)動作用可沿豎直方向上往復(fù)運(yùn)動。前刀片6和后刀片9相互平行。
[0037]上壓板4和下壓板3的主要結(jié)構(gòu)相同，以下壓板3為例，如圖4所示，下壓板3包括半圓柱成型槽24、半圓加熱環(huán)21、第一導(dǎo)料槽22和第二導(dǎo)料槽23、以及成型面25，第一導(dǎo)料槽22和第二導(dǎo)料槽23分別位于半圓柱成型槽24兩側(cè)，第一導(dǎo)料槽22和半圓柱成型槽24相接處形成鋒利的刀刃26，第二導(dǎo)料槽23與半圓柱成型槽24相接處形成鋒利的刀刃26,半圓加熱環(huán)21嵌于半圓柱成型槽24內(nèi)。
[0038]本發(fā)明的工作過程如下:
[0039]將需要連接的兩根絲料A、B，分別從前后兩側(cè)穿入本發(fā)明的上壓板4和下壓板3中間，即絲料A沿后刀片9向前刀片6的方向穿入上壓板4和下壓板3中間，并將絲料A的端部固定在下壓板3的半圓柱成型槽24中，絲料B沿著與絲料A相反的方向穿入上壓板4和下壓板3中間，并將絲料B的端部固定在上壓板4的半圓柱成型槽24中。半圓加熱環(huán)21開始預(yù)熱，當(dāng)半圓加熱環(huán)21的溫度上升至接近絲料A和絲料B的熔點(diǎn)溫度時，第一氣缸5的活塞桿和第四氣缸19的活塞桿同時向下運(yùn)動，帶動上壓板4向下運(yùn)動至與下壓板3緊貼，絲料A的端部被壓制成下半圓柱，絲料B的端部被壓制成上半圓柱。當(dāng)上壓板4和下壓板3緊貼時，第二氣缸7的活塞桿向下運(yùn)動，帶動前刀片6向下運(yùn)動，切斷絲料A前端被擠出的絲料，同時，第三氣缸8的活塞桿向下運(yùn)動，帶動后刀片9向下運(yùn)動，切斷絲料B被擠出的絲料。由于壓力的作用，壓制過程中多余的絲料會從絲料前側(cè)及兩側(cè)擠壓出，前側(cè)多余絲料被刀片切斷，兩側(cè)多余的絲料滲入半圓柱成型槽24兩側(cè)的第一導(dǎo)料槽22和第二導(dǎo)料槽23中。壓制成型后的絲料端部形狀如圖5所示。
[0040]第二氣缸7的活塞桿向上運(yùn)動，帶動前刀片6向上運(yùn)動至初始位置，同樣的，第三氣缸8的活塞桿向上運(yùn)動，帶動后刀片9向上運(yùn)動至初始位直。
[0041]電機(jī)I正向轉(zhuǎn)動，帶動絲杠13轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動螺母套18沿絲杠13的軸線方向移動，從而帶動與螺母套18固定連接的下壓板3沿著絲杠13的軸線方向運(yùn)動到下壓板3的半圓柱成型槽24的軸線與上壓板4的半圓柱成型槽24的軸線重合的位置，半圓加熱環(huán)21繼續(xù)加熱至絲料A和絲料B的熔點(diǎn)溫度，使絲料A和絲料B熔化后相互粘連，加熱熔合后的絲料連接處形狀如圖6所示。
[0042]完成絲料的連接后，第一氣缸5的活塞桿和第四氣缸19的活塞桿同時向上運(yùn)動，帶動上壓板4向上運(yùn)動至初始位置，電機(jī)I反向轉(zhuǎn)動,帶動絲杠13轉(zhuǎn)動,從而帶動螺母套18沿絲杠13的軸線方向移動，進(jìn)而帶動下壓板3沿絲杠13的軸線方向移動到初始位置。
[0043]在某些對絲料強(qiáng)度有較高要求的場合，可在絲料加熱熔合后，添加超聲波塑料焊接機(jī)，對絲料連接處進(jìn)行超聲加固。將絲料連接處固定于超聲波塑料焊接機(jī)的工作臺上，超聲波焊頭下壓，持續(xù)5-lOs，使絲料連接處凝固成型。經(jīng)過超聲波焊接的絲料連接處強(qiáng)度接近于原材料的強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，包括: 機(jī)架(16)； 活動安裝在機(jī)架(16)上的下壓板(3)和上壓板(4)，所述下壓板(3)和上壓板(4)上均設(shè)有一個相互配合的工作面，兩個工作面上均具有一個結(jié)構(gòu)相同的半圓柱成型槽(24)和一個成型面(25)，半圓柱成型槽(24)內(nèi)設(shè)有用于對3D打印絲料的連接端進(jìn)行加熱的加熱環(huán)(21)； 所述下壓板(3)具有保持兩個半圓柱成型槽(24)相互對正的第一工作位、以及保持兩個半圓柱成型槽(24)相互錯開的第二工作位；在第二工作位時，兩個半圓柱成型槽(24)分別與兩個成型面(25)相互對正； 所述上壓板(4)具有保證下壓板(3)和上壓板(4)接觸的第一工作位、以及保持下壓板(3)和上壓板(4)分離的第二工作位； 驅(qū)動下壓板(3)在其兩個工作位之間切換的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)； 驅(qū)動上壓板(4)在其兩個工作位之間切換的第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)； 在第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，所述上壓板(4)和下壓板(3)相互配合，在加熱環(huán)(21)加熱作用下，依次實(shí)現(xiàn)兩個3D打印絲料的分別壓制和相互粘連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述機(jī)架(16)上設(shè)有導(dǎo)軌； 所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括: 固定在機(jī)架(16)上的電機(jī)⑴； 與所述電機(jī)⑴輸出軸相互固定的絲杠(13)； 與所述絲杠(13)配合的下壓板固定板(14)，該下壓板固定板(14)頂部與所述下壓板(3)固定，底部設(shè)有與所述導(dǎo)軌配合的滑塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)為安裝在機(jī)架(16)上的至少一個氣缸，該氣缸的活塞桿端部與所述上壓板(4)相互固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述機(jī)架(16)上安裝有絲杠固定座(11)，所述絲杠(13)通過軸承與所述絲杠固定座(11)安裝固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，還包括用于在完成兩個3D打印絲料的分別壓制后切斷擠出絲料的兩個刀片、以及驅(qū)動兩個刀片往復(fù)移動的第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述兩個刀片分別設(shè)置在上壓板(4)的兩側(cè)，且分別與兩個半圓柱成型槽(24)位置配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述下壓板(3)和上壓板(4)的工作面上，靠近半圓柱成型槽(24)的槽口部位兩側(cè)分別設(shè)有沿半圓柱成型槽(24)軸向設(shè)置的導(dǎo)料槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)料槽與半圓柱成型槽(24)連接部位為刀刃結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)均受控于同一控制單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置，其特征在于，所述兩個刀片的刀刃緊貼上壓板(4)對應(yīng)側(cè)側(cè)壁。
10.一種3D打印機(jī)，包括單個打印噴頭，其特征在于，還包括用于將不同色3D打印絲料進(jìn)行連接然后輸送給所述打印噴頭的裝置，該裝置為權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述的自動快速連接多色3D打印絲料的裝置。
【文檔編號】B29C67/00GK104290326SQ201410541250
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】賀永, 吳燕, 傅建中, 薛光懷 申請人:浙江大學(xué)