打印頭組件、3d 打印機(jī)和打印方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種打印頭組件、3D打印機(jī)和打印方法，所述打印頭組件包括打印頭本體和加熱裝置；所述加熱裝置設(shè)置于所述打印頭本體的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材進(jìn)行加熱。本發(fā)明的打印頭組件通過加熱裝置對所述已打印的模型最上一層，并將所述基材加熱至表面微融狀態(tài)，使得隨后打印出來的物料，更好地與基材融合，從而有效解決3D打印過程中的收縮比較大的塑料類材料3D打印翹邊的問題，也可以解決冷卻速度較快的原材料打印問題，可以顯著改善3D打印成型的質(zhì)量，使得PP、PE等類型原料的絲以及加入其他物質(zhì)加以改性的料得以成型，且成型質(zhì)量較好；本發(fā)明的打印頭組件也可以應(yīng)用于類似材料的3D打印。
【專利說明】打印頭組件、3D打印機(jī)和打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種打印頭組件、3D打印機(jī)和打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，但在原材料的適應(yīng)性方面還有很大進(jìn)度空間。比如現(xiàn) 有的FDM(Fused deposition modeling,即烙融擠出成型，下同）技術(shù)，其原材料料主要以 ABS和PLA絲為主，對于PP、PE等類型原料的絲以及加入其他物質(zhì)加以改性的料，比如加入 木纖維改性過的料絲等）由于其收縮比較大，而且冷卻速度較快，則無法達(dá)到好的打印效 果，甚至無法打印。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明目的是提供一種打印頭組件，其能對PP、PE等原料，以及改性料的打印具 有較好的3D打印效果。
[0004] 本發(fā)明還提供了一種包括上述打印頭組件的3D打印機(jī)。
[0005] 本發(fā)明還提供了一種采用上述3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印的打印方法。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：一種打印頭組件，包括打印頭本體和加 熱裝置；
[0007] 所述加熱裝置設(shè)置于所述打印頭本體的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材 進(jìn)行加熱。
[0008] 可選的，所述加熱裝置包括多個激光器，所述多個激光器固定于所述打印頭本體 的熱頭上，且沿所述打印頭本體的熱頭的周向均勻分布。
[0009] 可選的，所述加熱裝置包括送風(fēng)管、出風(fēng)管和加熱器，所述送風(fēng)管與所述出風(fēng)管的 一端連通，所述出風(fēng)管環(huán)繞所述打印頭本體的熱頭設(shè)置，所述出風(fēng)管的另一端封閉，所述出 風(fēng)管的底表面上開設(shè)有多個用于噴出熱風(fēng)的孔；所述加熱器設(shè)置于所述送風(fēng)管內(nèi)。
[0010] 可選的，所述加熱裝置包括送風(fēng)管、出風(fēng)管、加熱器和噴頭，所述送風(fēng)管與所述出 風(fēng)管的一端連通，所述出風(fēng)管環(huán)繞所述打印頭本體的熱頭設(shè)置，所述出風(fēng)管的另一端封閉， 所述噴頭設(shè)置于所述出風(fēng)管的底面上，且與所述出風(fēng)管連通；所述加熱器設(shè)置于所述送風(fēng) 管內(nèi)，所述噴頭為多個，所述多個噴頭沿所述出風(fēng)管均勻分布。
[0011] 可選的，所述打印頭組件還包括風(fēng)量控制系統(tǒng)，所述風(fēng)量控制系統(tǒng)包括處理器、溫 度傳感器、鼓風(fēng)機(jī)、溫度控制器、電機(jī)控制器和氣體流速傳感器；
[0012] 所述溫度傳感器設(shè)置于送風(fēng)管的管壁上，用于檢測所述加熱器的溫度；
[0013] 所述氣體流速傳感器設(shè)置于所述送風(fēng)管內(nèi)，用于檢測所述送風(fēng)管內(nèi)的氣體的流 速；
[0014] 所述鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與所述送風(fēng)管的進(jìn)風(fēng)口連通；
[0015] 所述溫度傳感器、氣體流速傳感器、溫度控制器和電機(jī)控制器信號連接于所述處 理器；所述溫度控制器與所述加熱器電路連接，所述電機(jī)控制器與所述鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)電路 連接。
[0016] 本發(fā)明解決第二個技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：一種3D打印機(jī)，包括如上述的打 印頭組件。
[0017] 本發(fā)明解決第三個技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：一種3D打印方法，其利用上述的 3D打印機(jī)，包括以下步驟：
[0018] S10、啟動所述3D打印機(jī)，并啟動所述風(fēng)量控制系統(tǒng)；
[0019] S20、根據(jù)被成型的材料的不同，以及打印速度的不同調(diào)整出風(fēng)量和出風(fēng)溫度；
[0020] S30、開始進(jìn)行3D打印，直至被成型的材料成型為產(chǎn)品。
[0021] 可選的，在所述步驟S20和S30之間還包括步驟S25 :
[0022] S25、放置一塊底板，所述底板的材質(zhì)與所述被成型的材料相同，并在所述底板上 進(jìn)行3D打印。
[0023] 可選的，所述步驟S20具體為：
[0024] S201、設(shè)定3D打印參數(shù)，并生成不同的溫度和風(fēng)量的調(diào)整命令，所述調(diào)整命令為 GP0、GP1......GPKGPmax ;所述 k 為自然數(shù)；
[0025] S202、根據(jù)3D打印時切片軟件所生成的GCode指令，在所述每一個GCode指令之 前添加所述調(diào)整命令；
[0026] S203、在所述最后一條GCode指令后，生成關(guān)閉加熱器和鼓風(fēng)機(jī)的命令。
[0027] 以通過在所述打印指令執(zhí)行之前調(diào)整將所述風(fēng)量和出風(fēng)溫度調(diào)整至執(zhí)行所述3D 打印時的最佳的風(fēng)量和溫度，從而更有利于基材和被打印材料之間的融合，提高成型效果。
[0028] 可選的，所述步驟S20還包括S204 :
[0029] S204、將所述調(diào)整命令、GCode指令和關(guān)閉所述加熱器和鼓風(fēng)機(jī)的命令保存為文 件，所述文件可以被所述3D打印機(jī)的處理器執(zhí)行，以完成3D打印。
[0030] 本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明的打印頭組件，通過固定于所述打印頭本體的 熱頭上的加熱裝置實(shí)現(xiàn)將打印頭本體下方已打印的模型最上一層，即前一道次打印成型的 基材進(jìn)行加熱，并將所述基材加熱至表面微融狀態(tài)，使得隨后打印出來的物料，更好地與基 材融合,從而有效解決3D打印過程中的收縮比較大的塑料類材料（及其他類似材料）3D打 印翹邊的問題，也可以解決冷卻速度較快的原材料打印問題，可以顯著改善3D打印成型的 質(zhì)量，使得PP、PE等類型原料的絲以及加入其他物質(zhì)加以改性的料得以成型，且成型質(zhì)量 較好；本發(fā)明的打印頭組件也可以應(yīng)用于類似材料的3D打印。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的打印頭組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明的打印頭組件的另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明的風(fēng)量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖中標(biāo)記示意為：1_打印頭本體；2-加熱裝置；3-送風(fēng)管；4-出風(fēng)管；5-加熱器； 6_噴頭；7-鼓風(fēng)機(jī)；8-隔溫層；9-處理器；10-溫度傳感器；11-溫度控制器；12-電機(jī)控制 器；13-氣體流速傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 參考圖1，本實(shí)施例提供了一種打印頭組件，其包括打印頭本體1和加熱裝置2,所 述加熱裝置2設(shè)置于所述打印頭本體1的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材進(jìn)行加 熱。
[0038] 本實(shí)施例的打印頭組件，通過固定于所述打印頭本體1的熱頭上的加熱裝置2實(shí) 現(xiàn)將打印頭本體下方已打印的模型最上一層，即前一道次打印成型的基材進(jìn)行加熱，并將 所述基材加熱至表面微融狀態(tài)，使得隨后打印出來的物料，更好地與基材融合，從而有效解 決3D打印過程中的收縮比較大的塑料類材料（及其他類似材料）3D打印翹邊的問題，也可 以解決冷卻速度較快的原材料打印問題，可以顯著改善3D打印成型的質(zhì)量，使得PP、PE等 類型原料的絲以及加入其他物質(zhì)加以改性的料得以成型，且成型質(zhì)量較好；本發(fā)明的打印 頭組件也可以應(yīng)用于類似材料的3D打印。
[0039] 所述加熱裝置包括多個激光器，所述多個激光器固定于所述打印頭本體的熱頭 上，且沿所述打印頭本體的熱頭的周向均勻分布，以通過激光加熱所述基材，并將所述基材 的表面加熱至微融狀態(tài)。
[0040] 所述加熱裝置還可以以下結(jié)構(gòu)，此時所述加熱裝置包括送風(fēng)管3、出風(fēng)管4、加熱 器5和噴頭6,所述送風(fēng)管3與所述出風(fēng)管4的一端連通，所述出風(fēng)管4環(huán)繞所述打印頭本 體1的熱頭設(shè)置，所述出風(fēng)管4的另一端封閉，所述噴頭6設(shè)置于所述出風(fēng)管4的底面上， 且與所述出風(fēng)管4連通；所述加熱器5設(shè)置于所述送風(fēng)管3內(nèi)；更進(jìn)一步，所述加熱器5可 以為電加熱絲，此時電加熱絲加熱所述送風(fēng)管3內(nèi)的空氣，并將其加熱到一定溫度，所述通 過鼓風(fēng)機(jī)7將所述送風(fēng)管3內(nèi)的空氣輸送至所述出風(fēng)管4,并通過噴頭6噴出，此時熱風(fēng)可 以加熱所述基材，并可以將基材的表面加熱至發(fā)粘，并使得熱頭流出的材料快速融合至所 述基材；當(dāng)然所述加熱裝置也可以不包括噴頭，此時，所述出風(fēng)管4的底表面開設(shè)有多個用 于噴出熱風(fēng)的孔即可，更進(jìn)一步，所述孔沿所述出風(fēng)管均勻分布。
[0041] 本實(shí)施例中，可選的，所述送風(fēng)管3和所述打印頭本體1的熱頭之間隔溫層8,所述 隔溫層8的厚度為0. 2至3mm，所述隔溫層8可以為玻璃纖維、硅酸鋁等材料制備；所述打 印頭本體1呈臺階狀，所述送風(fēng)管3的底面距離所述打印頭本體1的熱頭的出料口的距離 為0. 2至2mm，所述送風(fēng)管3的上表面距離所述臺階面的高度為0. 2至I. 5mm。
[0042] 為實(shí)現(xiàn)對所述加熱器的輸入功率的控制，以及對所述送風(fēng)管內(nèi)的空氣流速的控 制，本實(shí)施例中，還包括風(fēng)量控制系統(tǒng)，所述風(fēng)量控制系統(tǒng)包括處理器9、溫度傳感器10、鼓 風(fēng)機(jī)7、溫度控制器11、電機(jī)控制器12和氣體流速傳感器13 ;所述溫度傳感器10設(shè)置于送 風(fēng)管3的管壁上，用于檢測所述加熱器5的溫度，所述氣體流速傳感器13設(shè)置于所述送風(fēng) 管3內(nèi)，用于檢測所述送風(fēng)管3內(nèi)的氣體的流速，所述鼓風(fēng)機(jī)7的出風(fēng)口與所述送風(fēng)管3的 進(jìn)風(fēng)口連通，所述溫度傳感器10、氣體流速傳感器13、溫度控制器11和電機(jī)控制器12信號 連接于所述處理器9 ;所述溫度控制器11與所述加熱器5電路連接，所述溫度控制器11接 收所述處理器9所下發(fā)的溫控控制指令，用于對所述加熱器5的功率進(jìn)行控制；所述電機(jī)控 制器12與所述鼓風(fēng)機(jī)7的電機(jī)電路連接，且其可以接收所述處理器9所下發(fā)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控 制指令對所述鼓風(fēng)機(jī)7的電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以控制所述送風(fēng)管3內(nèi)的氣體的流速。
[0043] 更優(yōu)選地，所述處理器9可以為3D打印機(jī)的處理器，當(dāng)將所述打印頭組件安裝于 所述3D打印機(jī)時，可以采用3D打印機(jī)的處理器作為所述風(fēng)量控制系統(tǒng)的處理器。
[0044] 實(shí)施例2
[0045] 本實(shí)施例提供了一種3D打印機(jī)，其包括實(shí)施例1中所述的打印頭組件。
[0046] 實(shí)施例3
[0047] 本實(shí)施例提供了一種3D打印方法，其采用實(shí)施例2中所述的3D打印機(jī)，包括以下 步驟：
[0048] S10、啟動所述3D打印機(jī)，并啟動所述風(fēng)量控制系統(tǒng)；
[0049] S20、根據(jù)被成型的材料的不同，以及打印速度的不同調(diào)整出風(fēng)量和出風(fēng)溫度；
[0050] S30、開始進(jìn)行3D打印，直至被成型的材料成型為產(chǎn)品。
[0051] 本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述3D打印方法在所述步驟S20和S30之間還包括步驟 S25 ：
[0052] S25、放置一塊底板，所述底板的材質(zhì)與所述被成型的材料相同，此時可以在所述 底板上進(jìn)行3D打印，由于打印成型的層與所述底板能夠較好的融合，因此不易產(chǎn)生翹邊問 題。
[0053] 本實(shí)施例中，所述步驟S20具體為：
[0054] S201、設(shè)定3D打印參數(shù)，并生成不同的溫度和風(fēng)量的調(diào)整命令，所述調(diào)整命令為 GP0、GP1……GPk……GPruGPmax ;所述η為自然數(shù)，所述k為小于η的自然數(shù)；
[0055] S202、根據(jù)3D打印時切片軟件所生成的GCode指令，在所述每一個GCode指令之 前添加所述調(diào)整命令；
[0056] S203、在所述最后一條GCode指令后，生成關(guān)閉加熱器和鼓風(fēng)機(jī)的命令。
[0057] 以通過在所述打印指令執(zhí)行之前調(diào)整將所述風(fēng)量和出風(fēng)溫度調(diào)整至執(zhí)行所述3D 打印時的最佳的風(fēng)量和溫度，從而更有利于基材和被打印材料之間的融合，提高成型效果。
[0058] 本實(shí)施例中，為方便3D打印機(jī)執(zhí)行打印指令，所述步驟S20還包括S204 :
[0059] S204、將所述調(diào)整命令、GCode指令和關(guān)閉所述加熱器和鼓風(fēng)機(jī)的命令保存為文 件，所述文件可以被所述3D打印機(jī)的處理器執(zhí)行，以完成3D打印。
[0060] 本實(shí)施例中，所述步驟S201具體為：
[0061] S2011、設(shè)定打印速度Vl ;設(shè)定時間間隔Τ，所述時間間隔T所表示的時間為從上一 次打印某一位置（Α位置）時，距離本次打印與該位置（Α位置）相鄰的區(qū)域時的時間差值， 所述相鄰區(qū)域可以為以A位置為中心，寬度為2-10mm，長度為2-10mm，高度為每一層切片高 度（即下文中采用slic3r軟件進(jìn)行切片處理時，所形成的切片高度）的立方體；假定最小 風(fēng)量Q0,對應(yīng)換算為鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)功率PO;最大風(fēng)量QMax，對應(yīng)換算成鼓風(fēng)電機(jī)功率PMax， 所述加熱器的功率根據(jù)材料的不同而改變；
[0062] S2012、將所述QO-Qmax之間N+1等分，所述N為自然數(shù)，即得到不同的風(fēng)量Q0、 Ql......Qk......Qn、Qmax ;所述k為小于η的整數(shù)；
[0063] S2013、將所述不同的出風(fēng)量與所述時間間隔T相對應(yīng)，即當(dāng)所述兩次打印的時間 間隔T小于TO時，對應(yīng)的出風(fēng)量為Q0,當(dāng)所述時間間隔T大于等于TO小于Tl時，對應(yīng)的出 風(fēng)量為Ql ;……；當(dāng)所述時間間隔T大于Tn時，對應(yīng)的出風(fēng)量為Qmax，所述T1、T2……、Τη 為依次增大的時間間隔；
[0064] S2014、根據(jù)所述時間間隔T和對應(yīng)的出風(fēng)量Q得到調(diào)節(jié)命令GP，所述調(diào)節(jié)命令GP 如下表所示：
[0065] 表一調(diào)節(jié)命令與時間間隔和出風(fēng)量的對應(yīng)關(guān)系表
[0066]
【權(quán)利要求】
1. 一種打印頭組件，其特征在于，包括打印頭本體和加熱裝置； 所述加熱裝置設(shè)置于所述打印頭本體的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材進(jìn)行 加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭組件，其特征在于，所述加熱裝置包括多個激光器，所 述多個激光器固定于所述打印頭本體的熱頭上，且沿所述打印頭本體的熱頭的周向均勻分 布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭組件，其特征在于，所述加熱裝置包括送風(fēng)管、出風(fēng)管 和加熱器，所述送風(fēng)管與所述出風(fēng)管的一端連通，所述出風(fēng)管環(huán)繞所述打印頭本體的熱頭 設(shè)置，所述出風(fēng)管的另一端封閉，所述出風(fēng)管的底表面上開設(shè)有多個用于噴出熱風(fēng)的孔；所 述加熱器設(shè)置于所述送風(fēng)管內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭組件，其特征在于，所述加熱裝置包括送風(fēng)管、出風(fēng) 管、加熱器和噴頭，所述送風(fēng)管與所述出風(fēng)管的一端連通，所述出風(fēng)管環(huán)繞所述打印頭本體 的熱頭設(shè)置，所述出風(fēng)管的另一端封閉，所述噴頭設(shè)置于所述出風(fēng)管的底面上，且與所述出 風(fēng)管連通；所述加熱器設(shè)置于所述送風(fēng)管內(nèi)；所述噴頭為多個，所述多個噴頭沿所述出風(fēng) 管均勻分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的打印頭組件，其特征在于，還包括風(fēng)量控制系統(tǒng)，所述 風(fēng)量控制系統(tǒng)包括處理器、溫度傳感器、鼓風(fēng)機(jī)、溫度控制器、電機(jī)控制器和氣體流速傳感 器； 所述溫度傳感器設(shè)置于送風(fēng)管的管壁上，用于檢測所述加熱器的溫度； 所述氣體流速傳感器設(shè)置于所述送風(fēng)管內(nèi)，用于檢測所述送風(fēng)管內(nèi)的氣體的流速； 所述鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與所述送風(fēng)管的進(jìn)風(fēng)口連通； 所述溫度傳感器、氣體流速傳感器、溫度控制器和電機(jī)控制器信號連接于所述處理器； 所述溫度控制器與所述加熱器電路連接，所述電機(jī)控制器與所述鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)電路連接。
6. -種3D打印機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求5所述的打印頭組件。
7. -種3D打印方法，其利用權(quán)利要求6所述的3D打印機(jī)，其特征在于，包括以下步驟： S10、啟動所述3D打印機(jī)，并啟動所述風(fēng)量控制系統(tǒng)； S20、根據(jù)被成型的材料的不同，以及打印速度的不同調(diào)整出風(fēng)量和出風(fēng)溫度； S30、開始進(jìn)行3D打印，直至被成型的材料成型為產(chǎn)品。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的3D打印方法，其特征在于，在所述步驟S20和S30之間還包 括步驟S25 : S25、放置一塊底板，所述底板的材質(zhì)與所述被成型的材料相同，并在所述底板上進(jìn)行 3D打印。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的3D打印方法，其特征在于，所述步驟S20具體為： 5201、 設(shè)定3D打印參數(shù)，并生成不同的溫度和風(fēng)量的調(diào)整命令，所述調(diào)整命令為GPO、 GP1……GPk、GPmax ;所述k為自然數(shù)； 5202、 根據(jù)3D打印時切片軟件所生成的GCode指令，在所述每一個GCode指令之前添 加所述調(diào)整命令； 5203、 在所述最后一條GCode指令后，生成關(guān)閉加熱器和鼓風(fēng)機(jī)的命令。 以通過在所述打印指令執(zhí)行之前調(diào)整將所述風(fēng)量和出風(fēng)溫度調(diào)整至執(zhí)行所述3D打印 時的最佳的風(fēng)量和溫度，從而更有利于基材和被打印材料之間的融合，提高成型效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的3D打印方法，其特征在于，所述步驟S20還包括S204 : S204、將所述調(diào)整命令、GCode指令和關(guān)閉所述加熱器和鼓風(fēng)機(jī)的命令保存為文件，所 述文件可以被所述3D打印機(jī)的處理器執(zhí)行，以完成3D打印。
【文檔編號】B29C67/00GK104385603SQ201410707646
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】郝秀敏, 董一航, 董成田 申請人:董一航