阅读说明：本技术 一种多喷头3d打印机及其打印方法 (Multi-nozzle 3D printer and printing method thereof ) 是由 李皓峰 张雷 贺炜 朱景峰 文言 施昌荣 陈慧烈 黄伟展 裴文剑 区宇辉 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多喷头3D打印机及其打印方法,包括用于喷射打印材料的打印喷头组件、用于支撑打印模型的打印平台和支撑整个3D打印机的打印机框架,打印喷头组件通过供料管道连接盛有打印材料的供料装置,其特征在于：打印喷头组件至少设有两个喷头本体,喷头本体之间相互平行。3D打印时,供料装置中的打印材料通过供料管道流经连接块后流入喷头本体,通过喷嘴点阵打印至打印平台上。在打印大型模型时,若使用单个喷头本体打印多个区域,则喷头本体在打印完一个区域后移动至下个区域打印；而使用多个喷头本体可以一次性覆盖多个打印区域,从而提高了打印效率,大大减少了打印时间。(The invention discloses a multi-nozzle 3D printer and a printing method thereof, wherein the multi-nozzle 3D printer comprises a printing nozzle assembly for spraying printing materials, a printing platform for supporting a printing model and a printer frame for supporting the whole 3D printer, the printing nozzle assembly is connected with a feeding device filled with the printing materials through a feeding pipeline, and the multi-nozzle 3D printer is characterized in that: the printing nozzle assembly is at least provided with two nozzle bodies which are parallel to each other. When 3D printed, printing material among the feedway flowed through behind the connecting block through the feed pipeline and flowed into the shower nozzle body, printed to print platform on through the nozzle dot matrix. When a large-scale model is printed, if a single spray head body is used for printing a plurality of areas, the spray head body moves to the next area for printing after printing one area; and use a plurality of shower nozzle bodies can once only cover a plurality of printing areas to improve printing efficiency, greatly reduced the printing time.)

一种多喷头3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种多喷头3D打印机。

背景技术

3D打印机通过增材制造方法构建三维模型。蜡型3D打印机属于增材制造设备的一种，它以蓝蜡为模型材料，以白蜡为支撑材料，将高温加热的蜡喷射到打印平台，通过层层堆叠建造模型。由于喷蜡3D打印模型具有高精度和表面光滑等优势，喷蜡3D打印机广泛应用于珠宝饰品、航空航天、发动机等制造行业。喷蜡3D打印机所使用的打印材料为白蜡和蓝蜡，蜡装在容器中，将容器装入供料装置，容器中的蓝蜡流入供料装置，经过高温加热流入喷头，喷头将蜡一层层喷射至打印面板上，构建三维模型。

现有的喷蜡3D打印机通常设有单个喷头，3D打印机的制造成本较低，但是打印速率也较低，打印大型模型时需要较长时间，导致增加模型的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于打印大型模型，打印速率较高的多喷头 3D打印机，降低模型生产时间。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多喷头3D打印机，包括打印喷头组件、打印平台和打印机框架，打印喷头组件连有供料管道，供料管道连有供料装置，供料装置内盛有打印材料，其特征在于：打印喷头组件至少设有两个喷头本体，喷头本体之间相互平行。在打印大型模型时，若使用单个喷头本体打印多个区域，则喷头本体在打印完一个区域后移动至下个区域打印；而使用多个喷头本体可以一次性覆盖多个打印区域，从而提高了打印效率，大大减少了打印时间。

进一步，打印喷头组件安装在喷头架上，喷头架水平设置有第一导轨，打印喷头组件滑动连接第一导轨，打印平台滑动连接有第二导轨，第一导轨与第二导轨相互垂直，打印机框架竖直设置有丝杆，喷头架连接丝杆。打印喷头组件在第一导轨(y轴方向)上移动，打印平台在第二导轨(x轴方向)上移动，喷头架沿着丝杆(z轴方向)上下移动，从而构成3D坐标系。

进一步，喷头本体设有喷嘴区域，喷嘴区域分为第一喷嘴区域和第二喷嘴区域，供料管道包括第一供料管道和第二供料管道，第一喷嘴区域与第一供料管道相连通，第二喷嘴区域与第二供料管道相连通。一个喷头本体连接两个供料管道，第一供料管道输送模型材料，第二供料管道输送支撑材料。一个喷头本体可以打印两种材料，模型材料和支撑材料进入喷头本体后分别从第一喷嘴区域和第二喷嘴区域喷出，两种材料不会混合，无需经常清洗供料管道。

进一步，喷嘴区域设有喷嘴点阵，喷嘴点阵之间的间隔相同，喷嘴点阵的横向连线呈水平平行，喷嘴点阵的纵向连线在竖直方向设有夹角。由于喷嘴点阵的纵向连线在竖直方向设有夹角，相邻两个喷嘴点相互错开，相邻两个嘴喷出的线的间距可以越小，从而提高3D打印机的分辨率。

进一步，打印喷头本体与供料管道之间设有连接块，连接块设有至少两个进料通道，一个进料通道与一个供料管道相连通，进料通道之间不连通。连接块连接了打印喷头本体与供料管道，连接块内的进料通道相互隔离，防止模型材料和支撑材料混合。

进一步，供料管道、连接块和喷头本体均设有加热结构。由于蜡的熔点比较高，室温时蜡为固体供料管道、连接块和喷头本体均需要加热至一定温度，便于蜡以液体的形式从供料装置输送到喷头本体。

进一步，喷头架设有喷头底板，喷头本体安装在喷头底板上，喷头底板的内侧设有隔板，隔板滑动连接第一导轨，喷头底板的左右两侧设有侧板，靠近供料管道安装座的侧板设有供料管道安装座，隔板的背面安装有用于调整每一层打印模型高度的整平结构，整平结构随着喷头本体移动，贴近打印平台。喷头底板、隔板和侧板为打印喷头组件提供支撑和保护，隔板带动整个喷头架沿着第一导轨移动，供料管道安装座将供料管道固定在侧板外侧，增强供料管道的稳定性。由于喷射出的液滴高度高于切片的层厚高度，因此需要通过整平结构将每一层模型整平到层厚高度。

进一步，喷头底板设有安装口，喷头本体安装在安装口处，安装口设有调平结构。调平结构用于调整相邻喷头本体之间的间隙和方向，使喷嘴点阵的横向连线与喷头架在第一导轨移动的方向(y轴方向)相同。

进一步，喷头本体包括第一喷头本体、第二喷头本体和第三喷头本体，第一喷头本体和第二喷头本***于同一行，第三喷头本***于第一喷头本体和第二喷头本体的下方。第一喷头本体与第二喷头本体处于同一行增加了打印点阵的宽度，由于第一喷头本体与第二喷头本体喷出的打印点阵之间会设有一定间隙，控制处于下方的第三喷头本体喷嘴点阵的打印时间，可使第三喷头本体喷出的打印点阵填充这些间隙，从而通过三个喷头本体打印增加了打印区域，提高了打印效率。

一种多喷头3D打印机的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将设计好的3D模型通过切片软件层层切片；

(2)切片软件根据3D模型每层的形状和大小决定喷嘴点阵的喷射时间、打印喷头组件在y轴移动的速度和打印平台在x轴移动速度；

(3)供料装置、供料管道、连接块和喷头本体内的加热结构加热；

(4)供料装置中的打印材料通过供料管道流经连接块后流入喷头本体；

(5)打印喷头组件沿着丝杆向下移动，使喷嘴区域贴近打印平台；

(6)打印喷头组件沿着第一导轨移动，打印平台沿着第二导轨移动，喷嘴点阵将打印材料喷射到打印平台上打印一层3D模型对应图片的像素点，同时整平结构将喷出的一层3D模型整平至层厚高度；

(7)打印喷头组件沿着丝杆向上移动一层的距离；

(8)重复步骤(6)和(7)直至打印结束，将3D模型从打印平台上取出。

3D打印时，供料装置、供料管道、连接块和喷头本体内加热，打印材料从供料装置依次流入供料管道、连接块和喷头本体，最后从喷嘴点阵喷出。切片软件将3D模型切片至一层一层的图片。通过控制喷嘴点阵的喷射时间、打印喷头组件在y轴移动的速度和打印平台在x轴移动速度，打印喷头组件在打印平台上打印出3D模型的一层对应图片的像素点，整平结构将打印出的一层3D模型整平至层厚高度，再沿着z轴向上移动一层的距离，如此反复，直至3D模型打印完毕。

进一步，打印材料包括支撑材料和模型材料，供料管道包括第一供料管道和第二供料管道，喷头本体设有第一喷嘴区域和第二喷嘴区域；打印支撑材料时，支撑材料从供料装置通过第一供料管道进入喷头本体后从第一喷嘴区域喷出；打印模型材料时，模型材料从供料装置通过第二供料管道进入喷头本体后从第二喷嘴区域喷出。

支撑材料和模型材料分别通过不同的供料管道进入同一个喷头，但在同一个喷头内进入不同的喷嘴区域，先打印支撑材料再打印模型材料，两种材料不会混合，保证3D模型每个部分材料的一致性，同时无需经常清理供料管道。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明适用于打印大型3D模型，通过多个喷头一次性覆盖多个打印区域，从而提高了打印效率，大大减少了打印时间，降低模型生产成本。具体有益效果为：

1、打印喷头组件在第一导轨(y轴方向)上移动，打印平台在第二导轨(x 轴方向)上移动，喷头架沿着丝杆(z轴方向)上下移动，从而构成3D坐标系。

2、一个喷头本体连接两个供料管道，第一供料管道输送模型材料，第二供料管道输送支撑材料。一个喷头本体可以打印两种材料，模型材料和支撑材料进入喷头本体后分别从第一喷嘴区域和第二喷嘴区域喷出，两种材料不会混合，保证3D模型每个部分材料的一致性，无需经常清洗供料管道。

3、打印材料从喷嘴底部的喷嘴点阵喷射而出，由于喷嘴点阵的纵向连线在竖直方向设有夹角，相邻两个喷嘴点相互错开，相邻两个嘴喷出的线的间距可以越小，从而提高3D打印机的分辨率。

4、喷头底板、隔板和侧板为打印喷头组件提供支撑和保护，隔板带动整个喷头架沿着第一导轨移动，供料管道安装座将供料管道固定在侧板外侧，增强供料管道的稳定性。

5、喷嘴点阵中每个点喷射的时间可以通过打印软件控制，从而控制打印形状。

6、由于喷射出的液滴高度高于切片的层厚高度，整平结构的设置将每一层模型整平到层厚高度，保持每一层3D打印模型高度一致，便于3D模型的构建。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明中一种多喷头3D打印机的结构示意图；

图2为本发明中打印喷头组件的结构示意图；

图3为本发明中打印喷头组件在俯视方向上的结构示意图；

图4为本发明中打印小车在俯视方向上的结构示意图；

图5为本发明中打印小车在主视方向上的结构示意图；

图6为本发明中供料管道和连接块的俯视图；

图7为本发明中喷嘴区域的结构示意图；

图8为本发明中三个喷嘴本体同时喷射后得到的打印点阵的示意图；

图9为控制第三喷嘴本体喷射时间后所得到的打印点阵的示意图；

图10为打印喷头组件在仰视方向上的结构示意图。

其中，1-打印喷头组件，2-打印平台，3-打印机框架，4-供料管道，401- 第一供料管道，402-第二供料管道，5-第一喷头本体，6-第二喷头本体，7-第三喷头本体，8-喷头架，9-第一导轨，10-第二导轨，11-丝杆，12-第一喷嘴区域，13-第二喷嘴区域，14-连接块，15-喷嘴点阵，16-喷头底板，17-隔板， 18-侧板，19-安装口，20-调平结构，21-打印点阵，22-整平结构。

具体实施方式

如图1至图7所示的一种多喷头3D打印机，包括打印喷头组件1、打印平台2和打印机框架3，打印喷头组件1连有供料管道4，供料管道4连有供料装置(图中未画出)，供料装置内盛有打印材料，打印喷头组件1设有三个喷头本体，第一喷头本体5和第二喷头本体6处于同一排，第三喷头本体7位于第一喷头本体5和第二喷头本体6的下方。第一喷头本体5、第二喷头本体6和第三喷头本体7相互平行。

如图8所示，第一喷头本体5与第二喷头本体6喷出的打印点阵21之间会设有一定间隙。如图9所示，通过控制处于下方的第三喷头本体7喷嘴点阵的打印时间，可使第三喷头本体7喷出的打印点阵21填充这些间隙，从而通过三个喷头本体打印增加了打印区域，提高了打印效率。第一喷头本体5、第二喷头本体6和第三喷头本体7相互平行。在打印大型模型时，若使用单个喷头本体打印多个区域，则喷头本体在打印完一个区域后移动至下个区域打印；而使用多个喷头本体可以一次性覆盖多个打印区域，从而提高了打印效率，大大减少了打印时间。

打印喷头组件1安装在喷头架8上，喷头架8滑动连接有第一导轨9，打印平台2滑动连接有第二导轨10，第一导轨9与第二导轨10相互垂直，打印机框架3竖直设置有丝杆11，喷头架8连接丝杆11。打印喷头组件1在第一导轨9 (y轴方向)上移动，打印平台2在第二导轨10(x轴方向)上移动，喷头架8 沿着丝杆11(z轴方向)上下移动，从而构成3D坐标系。

喷头本体设有喷嘴区域，喷嘴区域分为第一喷嘴区域12和第二喷嘴区域13，供料管道4包括第一供料管道401和第二供料管道402，第一喷嘴区域12与第一供料管道401相连通，第二喷嘴区域13与第二供料管道402相连通。一个喷头本体连接两个供料管道4，第一供料管道401输送模型材料，第二供料管道 402输送支撑材料。一个喷头本体可以打印两种材料，模型材料和支撑材料进入喷头本体后分别从第一喷嘴区域12和第二喷嘴区域13喷出，两种材料不会混合，无需经常清洗供料管道4。打印喷头本体与供料管道4之间设有连接块14，连接块14设有至少两个进料通道(图中未画出)，一个进料通道与一个供料管道4相连通，进料通道之间不连通。连接块14连接了打印喷头本体与供料管道 4，连接块14内的进料通道相互隔离，防止模型材料和支撑材料混合。供料管道4、连接块14和喷头本体均设有加热结构。由于蜡的熔点比较高，室温时蜡为固体供料管道4、连接块14和喷头本体均需要加热至一定温度，便于蜡以液体的形式从供料装置输送到喷头本体。

喷嘴区域设有喷嘴点阵15，喷嘴点阵15之间的间隔相同，喷嘴点阵15的横向连线呈水平平行，喷嘴点阵15的纵向连线在竖直方向设有夹角。由于喷嘴点阵15的纵向连线在竖直方向设有夹角，相邻两个喷嘴点相互错开，相邻两个嘴喷出的线的间距可以越小，从而提高3D打印机的分辨率。

喷头架8设有喷头底板16，喷头本体安装在喷头底板16上，喷头底板16 的内侧设有隔板17，隔板17滑动连接第一导轨9，喷头底板16的左右两侧设有侧板18，靠近供料管道4安装座的侧板18设有供料管道4安装座。喷头底板 16、隔板17和侧板18为打印喷头组件1提供支撑和保护，隔板17带动整个喷头架8沿着第一导轨9移动，供料管道4安装座将供料管道4固定在侧板18外侧，增强供料管道4的稳定性。喷头底板16设有安装口19，喷头本体安装在安装口19处，安装口19设有调平结构20。调平结构20用于调整相邻喷头本体之间的间隙和方向，使喷嘴点阵15的横向连线与喷头架8在第一导轨9移动的方向(y轴方向)相同。隔板17的背面安装有整平结构22。由于喷射出的液滴高度高于切片层厚，整平结构22随着打印喷头组件1移动，将每一层模型整平到设定的层厚高度。

多喷头3D打印机打印时，喷头架8沿着丝杆11向下移动，使喷嘴区域离打印平台2一定距离。供料装置内的打印材料通过供料管道4流经连接块14和喷头本体，最终通过喷嘴区域喷射到打印平台2上。打印平台2沿着x轴进行往返移动，喷头架8在y轴方向上运动，打印完一层后丝杆11旋转，喷头架8 沿着丝杆11向上移动一定距离，重复上述动作层层打印3D模型。多喷头3D打印机通过第一喷嘴区域12打印支撑材料，通过第二喷嘴区域13打印模型材料。每一层的喷射区域和喷射时间由控制系统所控制，从而控制每层打印区域的形状和精度。

一种多喷头3D打印机的打印方法，包括如下步骤：

(1)将设计好的3D模型通过切片软件层层切片；

(2)切片软件根据3D模型每层的形状和大小决定喷嘴点阵的喷射时间、打印喷头组件在y轴移动的速度和打印平台在x轴移动速度；

(3)供料装置、供料管道、连接块和喷头本体内的加热结构加热；

(4)选择打印支撑材料或模型材料，若打印支撑材料，供料装置中的支撑材料通过第一供料管道流经连接块后流入喷头本体；

(5)打印喷头组件沿着丝杆向下移动，使喷嘴区域贴近打印平台，距离优选1-5mm；

(6)打印喷头组件沿着第一导轨移动，打印平台沿着第二导轨移动，第一喷嘴点阵将支撑材料喷射到打印平台上打印一层3D模型对应图片的像素点，同时整平结构将喷出的一层3D模型整平至层厚高度；

(7)打印喷头组件沿着丝杆向上移动一层的距离；

(8)重复步骤(6)和(7)直至支撑材料打印结束；

(9)若选择打印模型材料，供料装置中的模型材料通过第二供料管道流经连接块后流入喷头本体，此时供料装置停止供应支撑材料；

(10)打印喷头组件沿着丝杆向下移动，使喷嘴区域贴近打印平台；

(11)重复步骤(6)和(7)直至模型材料打印结束。

切片软件将3D模型切片至一层一层的图片。通过控制喷嘴点阵的喷射时间、打印喷头组件在y轴移动的速度和打印平台在x轴移动速度，打印喷头组件在打印平台上打印出3D模型的一层对应图片的像素点，整平结构将打印出的一层3D 模型整平至层厚高度，再沿着z轴向上移动一层的距离，如此反复，直至3D模型打印完毕。

3D打印时，供料装置、供料管道、连接块和喷头本体内加热，支撑材料和模型材料分别通过不同的依次流入供料管道、连接块和喷头本体进入同一个喷头，但在同一个喷头内进入不同的喷嘴区域，先打印支撑材料再打印模型材料，两种材料不会混合，保证3D模型每个部分材料的一致性，同时无需经常清理供料管道。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。