阅读说明：本技术 多喷头3d打印系统 (Multi-nozzle 3D printing system ) 是由 孔维予 卓子杰 栗屹炜 徐波 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多喷头3D打印系统,涉及太空3D打印技术领域,本发明提供的多喷头3D打印系统包括框架、第一打印机构和多个第二打印机构,第一打印机构与多个第二打印机构均沿X轴、Y轴和Z轴方向活动配置于框架上,第一打印机构竖直朝下设置,多个第二打印机构位于第一打印机构下方且呈放射状分布。本发明提供的多喷头3D打印系统中设置有多个打印机构,解决了在各个打印方向的定位基准问题,具体在使用时,第一打印机构和多个第二打印机构能够包围打印工位,各个打印机构可以相互配合并挤出不同的原材料,通过多个打印机构同时工作,对打印态的原材料进行定向和定量的控制,实现高性能复合材料的3D打印。(The invention provides a multi-nozzle 3D printing system, which relates to the technical field of space 3D printing and comprises a frame, a first printing mechanism and a plurality of second printing mechanisms, wherein the first printing mechanism and the plurality of second printing mechanisms are movably arranged on the frame along the directions of an X axis, a Y axis and a Z axis, the first printing mechanism is vertically arranged downwards, and the plurality of second printing mechanisms are positioned below the first printing mechanism and are distributed in a radial shape. The multi-nozzle 3D printing system provided by the invention is provided with the plurality of printing mechanisms, so that the problem of positioning reference in each printing direction is solved, particularly, when the multi-nozzle 3D printing system is used, the first printing mechanism and the plurality of second printing mechanisms can surround a printing station, the printing mechanisms can be matched with each other and extrude different raw materials, the plurality of printing mechanisms work simultaneously, the raw materials in a printing state are subjected to directional and quantitative control, and the 3D printing of the high-performance composite material is realized.)

多喷头3D打印系统

技术领域

本发明涉及太空3D打印技术领域，尤其是涉及一种多喷头3D打印系统。

背景技术

太空3D打印技术是各个航天大国研究的热点，目前太空3D打印技术主要以热塑性高分子材料为打印原材料，通过熔融沉积制造技术进行3D打印。

现有的太空3D打印方案具有以下不足：

1.目前在高真空条件下3D打印过程中的传热方式主要依靠热辐射，材料温度比较难以控制；2.在目前的太空3D打印方案中使用单喷头挤出原材料棒材，再利用机械手将挤出的棒材用胶粘的方式逐渐组装成大型天线结构，而单喷头3D打印装置只能进行一种材料的3D打印，性能比较单一，难以高效实现复杂结构的在轨制造，工作效率有待提高；3.在太空微重力条件下，打印态的原材料难以控制，打印时定位基准是难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多喷头3D打印系统，解决了在各个打印方向的定位基准问题，各个打印机构可以相互配合并挤出不同的原材料，通过多个打印机构同时工作，对打印态的原材料进行定向和定量的控制，实现高性能复合材料的3D打印。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种多喷头D打印系统，包括框架、第一打印机构和多个第二打印机构，所述第一打印机构与多个所述第二打印机构均沿X轴、Y轴和Z轴方向活动配置于所述框架上，所述第一打印机构竖直朝下设置，多个所述第二打印机构位于所述第一打印机构下方且呈放射状分布。

进一步地，所述第一打印机构包括第一移动架、第二移动架和第一伸缩打印头，所述第一移动架沿第一方向与所述框架活动连接，所述第二移动架沿第二方向与所述第一移动架活动连接，所述第一伸缩打印头沿竖直方向与所述第二移动架活动连接，所述第一方向、所述第二方向和所述竖直方向两两垂直。

进一步地，所述第一移动架包括第一滑杆、第一丝杆以及与所述第一丝杆连接的第一驱动器，所述第一丝杆的两端转动安装于所述第一滑杆上，所述第二移动架与所述第一滑杆滑动连接并与所述第一丝杆螺纹连接。

进一步地，所述第二打印机构包括第三移动架、第四移动架和第二伸缩打印头，所述第三移动架沿竖直方向与所述框架活动连接，所述第四移动架沿所述第一方向或所述第二方向与所述第一移动架活动连接，所述第二伸缩打印头与所述第二移动架活动连接，且活动方向垂直于所述竖直方向和所述第四移动架的活动方向。

进一步地，所述第二打印机构配置为四个，任意相邻的两个所述第二伸缩打印头的移动方向垂直。

进一步地，所述多喷头3D打印系统还包括温控装置，所述第一伸缩打印头和各个所述第二伸缩打印头的打印端均设有电阻加热丝，所述温控装置与各个所述电阻加热丝连接，所述温控装置用于控制各个所述电阻加热丝的加热温度。

进一步地，所述框架包括顶架、底架、多个第二驱动器以及与多个所述第三移动架一一对应连接的多个传动组件，多个所述传动组件连接所述顶架与所述底架，多个所述第二驱动器与多个所述传动组件一一对应连接，以通过各个所述传动组件将动力传递至各个所述第三移动架。

进一步地，所述传动组件包括第二丝杆和第一导向杆，所述第二丝杆和所述第一导向杆的两端均分别与所述顶架和所述底架连接，所述第三移动架的一端与所述第二丝杆螺纹连接，另一端与所述第一导向杆滑动连接，所述第二驱动器与所述第二丝杆连接并带动所述第二丝杆相对于所述顶架和所述底架转动。

进一步地，所述顶架上设有第三驱动器、第三丝杆和第二导向杆，所述第三丝杆和所述第二导向杆的两端均与所述顶架连接，所述第一移动架的一端与所述第三丝杆螺纹连接，另一端与所述第二导向杆滑动连接，所述第三驱动器与所述第三丝杆连接并带动所述第三丝杆相对于所述顶架转动。

进一步地，所述第三移动架包括第二滑杆、第四丝杆以及与所述第四丝杆连接的第四驱动器，所述第四丝杆的两端转动安装于所述第二滑杆上，所述第四移动架与所述第二滑杆滑动连接并与所述第四丝杆螺纹连接。

本发明提供的多喷头3D打印系统能产生如下有益效果：

上述多喷头3D打印系统中每一个打印机构均可以独立进行作业，具体地，上述多喷头3D打印系统可以具有以下两种打印方式：1.以第一打印机构作为定位基准，其下方的多个第二打印机构向同一方向同时工作，各自挤出的原材料相融合、相互约束，可以实现单轴向零部件的打印；2.以第一打印机构作为定位基准，其下方的多个第二打印机构向不同方向同时工作，可以实现多轴向、多维度的零部件的高效打印。

相对于现有技术来说，本发明提供的多喷头3D打印系统中设置有多个打印机构，解决了在各个打印方向的定位基准问题，具体在使用时，第一打印机构和多个第二打印机构能够包围打印工位，各个打印机构可以相互配合并挤出不同的原材料，通过多个打印机构同时工作，对打印态的原材料进行定向和定量的控制，实现高性能复合材料的3D打印。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多喷头3D打印系统的三维结构示意图。

图标：1－框架；11－顶架；12－底架；13－第二驱动器；14－传动组件；141－第二丝杆；142－第一导向杆；2－第一打印机构；21－第一移动架；211－第一滑杆；212－第一丝杆；213－第一驱动器；22－第二移动架；23－第一伸缩打印头；3－第二打印机构；31－第三移动架；311－第二滑杆；312－第四丝杆；313－第四驱动器；32－第四移动架；33－第二伸缩打印头；4－电阻加热丝；5－第三驱动器；6－第三丝杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本实施例在于提供一种多喷头3D打印系统，如图1所示，包括框架1、第一打印机构2和多个第二打印机构3，第一打印机构2与多个第二打印机构3均沿X轴、Y轴和Z轴方向活动配置于框架1上，第一打印机构2竖直朝下设置，多个第二打印机构3位于第一打印机构2下方且呈放射状分布。

上述多喷头3D打印系统中各个打印机构均可以独立进行作业，当需要打印出较为复杂的三维结构时，各个打印机构可以配合进行多维度打印作业，对打印态的原材料进行定向和定量的控制。具体地，可以先通过第一打印机构2打印零部件的底层，零部件具有一定的高度后，多个第二打印机构3介入工作，共同进行零部件的打印作业。

以下对第一打印机构2的结构进行具体说明：

如图1所示，第一打印机构2包括第一移动架21、第二移动架22和第一伸缩打印头23，第一移动架21沿第一方向与框架1活动连接，第二移动架22沿第二方向与第一移动架21活动连接，第一伸缩打印头23沿竖直方向与第二移动架22活动连接，第一方向、第二方向和竖直方向两两垂直。

设定，第一方向为X轴方向，第二方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向。具体在作业时，面向图1的方向，第一移动架21相对于框架1前后往复移动，实现第一伸缩打印头23沿X轴方向的移动，第二移动架22相对于框架1左右往复移动，实现第一伸缩打印头23沿Y轴方向的移动，第一伸缩打印头23沿竖直方向相对于第二移动架22往复移动，实现第一伸缩打印头23沿Z轴方向的移动。因此打印过程中，第一伸缩打印头23在自身的行程范围内可以移动至空间任意位置。

其中，第一伸缩打印头23可以通过直线电机、气压缸或者液压缸驱动实现伸缩效果。

以下对第一移动架21的结构进行具体说明：

如图1所示，第一移动架21包括第一滑杆211、第一丝杆212以及与第一丝杆212连接的第一驱动器213，第一丝杆212的两端转动安装于第一滑杆211上，第二移动架22与第一滑杆211滑动连接并与第一丝杆212螺纹连接。

具体在使用过程中，第一驱动器213驱动第一丝杆212顺时针转动，由于第二移动架22与第一滑杆211滑动连接，第二移动架22与第一丝杆212发生相对转动，在第一丝杆212的带动下，第二移动架22相对于第一滑杆211正向滑动，如第一丝杆212逆时针转动，第二移动架22随之反向滑动。因此上述第一移动架21通过第一驱动器213控制第一丝杆212的转动方向来改变第二移动架22的移动方向，其驱动结构简单，第二移动架22的移动精度高，具有较好的3D打印效果。

其中，第一驱动器213可以为步进电机。

在一些其他的实施例中，上述第一移动架21也可以通过气压缸、液压缸、直线电机等直线运动组件驱动第二移动架22相对于第一滑杆211滑动。

以下对第二打印机构3的结构进行具体说明：

与第一打印机构2相似的是，第二打印机构3包括第三移动架31、第四移动架32和第二伸缩打印头33，第三移动架31沿竖直方向与框架1活动连接，第四移动架32沿第一方向或第二方向与第一移动架21活动连接，第二伸缩打印头33与第二移动架22活动连接，且活动方向垂直于竖直方向和第四移动架32的活动方向。

第二打印机构3的工作原理与第一打印机构2的工作原理相似，以第四移动架32沿第一方向与第一移动架21活动连接为例进行具体说明。具体在作业时，第三移动架31沿竖直方向相对于框架1往复移动，实现第二伸缩打印头33沿Z轴方向的移动，第四移动架32相对于第一移动架21前后往复移动，实现第二伸缩打印头33沿X轴方向的移动，第二伸缩打印头33相对于第二移动架22左右往复移动，实现第二伸缩打印头33沿Y轴方向的移动。因此，上述第二打印机构3也可以进行独立打印作业，多个第二打印机构3配合使用能够实现单轴向零部件打印以及多轴向零部件打印。

其中，第二伸缩打印头33可以通过直线电机、气压缸或者液压缸驱动实现伸缩效果。

具体地，第二打印机构3可以配置为两个、三个、四个、五个，等等。

在至少一个实施例中，如图1所示，第二打印机构3配置为四个，任意相邻的两个第二伸缩打印头33的移动方向垂直。上述四个第二打印机构3能够从四个方向分别对零部件进行打印作业，有效加快打印效率，且相比于设置单个打印机构来说，各个伸缩打印头能够挤出不同的打印材料，实现高性能复合材料的3D打印。

以下对上述多喷头3D打印系统的一种优选方案进行具体说明：

在一些实施例中，为了使得各个伸缩打印头能够适应不同打印材料的温度需求，多喷头3D打印系统还包括温控装置，第一伸缩打印头23和各个第二伸缩打印头33的打印端均设有电阻加热丝4，打印端的打印材料经过电阻加热丝4加热后挤出，温控装置与各个电阻加热丝4连接，温控装置用于控制各个电阻加热丝4的加热温度。

温控装置可以根据各个伸缩打印头所打印部位的需求以及所挤出打印材料的种类来分别控制各个电阻加热丝4的加热温度，更具有针对性，实现各个伸缩打印头的精确控温，得到高精度和高质量的打印样品。

以下对框架1的结构进行具体说明：

如图1所示，框架1包括顶架11、底架12、多个第二驱动器13以及与多个第三移动架31一一对应连接的多个传动组件14，多个传动组件14连接顶架11与底架12，多个第二驱动器13与多个传动组件14一一对应连接，以通过各个传动组件14将动力传递至各个第三移动架31。

第二驱动器13能够通过传动组件14将动力传递至各个第三移动架31，令第三移动架31相对于框架1竖直移动。上述传动组件14不仅起到传递动力的作用，还能够起到了支撑顶架11的作用，因此上述多喷头3D打印系统结构紧凑，重量轻。

具体地，如图1所示，传动组件14包括第二丝杆141和第一导向杆142，第二丝杆141和第一导向杆142的两端均分别与顶架11和底架12连接，第三移动架31的一端与第二丝杆141螺纹连接，另一端与第一导向杆142滑动连接，第二驱动器13与第二丝杆141连接并带动第二丝杆141相对于顶架11和底架12转动。

具体在使用过程中，第二驱动器13驱动第二丝杆141顺时针转动，由于第三移动架31与第一导向杆142滑动连接，第三移动架31与第二丝杆141发生相对转动，在第二丝杆141的带动下，第三移动架31相对于第一导向杆142向上滑动，如第一丝杆212逆时针转动，第二移动架22随之向下滑动。第一导向杆142不仅起到支撑顶架11的作用，还能够起到一个导向作用，上述传动组件14结构简单，传动稳定性好。

其中，第二驱动器13可以为步进电机。

在一些其他的实施例中，也可以通过气压缸、液压缸、直线电机等直线运动组件驱动第三移动架31相对于框架1滑动。

具体地，如图1所示，顶架11上设有第三驱动器5、第三丝杆6和第二导向杆(图中未示出)，第三丝杆6和第二导向杆的两端均与顶架11连接，第一移动架21中的第一滑杆211一端与第三丝杆6螺纹连接，另一端与第二导向杆滑动连接，第三驱动器5与第三丝杆6连接并带动第三丝杆6相对于顶架11转动。

第一移动架21的移动原理与第三移动架31的移动原理类似，为了节省篇幅，在此不再一一赘述。上述驱动结构能够稳定的驱动第一移动架21相对于顶架11移动，第三丝杆6和第二导向杆不仅能够支撑第一移动架21，还能够将第三驱动器5的动力传递至第一移动架21，令上述多喷头3D打印系统的结构更加简单。

其中，第三驱动器5可以为步进电机。

以下对第三移动架31的结构进行具体说明：

如图1所示，第三移动架31包括第二滑杆311、第四丝杆312以及与第四丝杆312连接的第四驱动器313，第四丝杆312的两端转动安装于第二滑杆311上，第四移动架32与第二滑杆311滑动连接并与第四丝杆312螺纹连接。

具体在使用时，第二滑杆311的一端与第二丝杆141螺纹连接，另一端与第一导向杆142滑动连接。第四移动架32的移动原理与第二移动架22的移动原理类似，为了节省篇幅，在此不再一一赘述。上述第三移动架31驱动结构简单，第四移动架32的移动精度高，具有较好的3D打印效果。

综上所述，上述多喷头3D打印系统具有以下技术优势：

1.上述多喷头3D打印系统中设置有多个打印机构，解决了在各个打印方向的定位基准问题；

2.五个打印机构可以相互配合并挤出不同的原材料，通过多个打印机构同时工作，对打印态的原材料进行定向和定量的控制，实现高性能复合材料的3D打印，高效实现复杂结构的在轨制造；

3.温控装置可以根据各个伸缩打印头所打印部位的需求以及所挤出打印材料的种类来分别控制各个电阻加热丝4的加热温度，更具有针对性，实现各个伸缩打印头的精确控温，得到高精度和高质量的打印样品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。