阅读说明：本技术 着色机构、输出设备及写字笔及工作方法 (Coloring mechanism, output device, writing pen and working method ) 是由 魏宏辉 魏天浩 魏妗羽 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种着色机构及写字笔。所述着色机构包括若干个着色单元,每个所述包含一个驱动机构以及一个着色部件；所述着色部件在驱动机构推动下发生位置偏移。本发明在写字笔或输出设备上安装有着色机构,用于熔融材料的不同颜色的着色,解决了现有写字笔输出颜色单一以及换色步骤繁琐的问题,且本发明的驱动机构降低了现有输出设备的制造成本。(The invention discloses a coloring mechanism and a writing pen. The coloring mechanism comprises a plurality of coloring units, and each coloring unit comprises a driving mechanism and a coloring part; the coloring part is displaced under the pushing of the driving mechanism. The invention is provided with the coloring mechanism on the writing pen or the output device, which is used for coloring different colors of the molten material, solves the problems of single output color and complicated color changing steps of the existing writing pen, and reduces the manufacturing cost of the existing output device by the driving mechanism of the invention.)

着色机构、输出设备及写字笔及工作方法

技术领域

本发明涉及一种打印输出设备，特别涉及一种打印输出设备中使用的着色机构、输出设备及写字笔及工作方法。

背景技术

目前三维或二维的输出设备已经普及，如2D或3D打印机、2D或3D写字笔等。如3D写字笔通过写字头将熔融材料送至预定点进行书写，控制输出的路径，实现3D写字笔的书写工作，或者通过手动控制利用3D写字笔完成需制造的物品。3D写字笔利用的熔融材料例如热塑性树脂以及低熔点的金属等，熔融材料在写字头处加热融化，可以实现不同形状的制作。如图1所示，现有技术的写字笔的输出端包括熔融材料(1a)，熔融材料经过流道被着色机构(1b)着色，在熔融腔被加热机构(1c)加热融化，融化后的熔融材料通过笔尖输出，笔头的通道(1e)的直径可以根据写字笔的型号进行设置。从图1可以看出，现有技术中，写字笔的着色是单一的，当需要更换不同颜色时，需要更换在熔融材料(1a)周围的着色机构的颜色，每次更换步骤繁琐；或者在通过颜料腔盛有不同颜色，采用喷雾的方式进行着色，但此种方式着色的成本较高，且为了实现输出设备不同的颜色的输出，在熔融材料加热融化前需要进行着色，但是现有的输出设备在更换颜色时，另外在更换颜色的时候，由于原来的颜料的残留，容易出现拖色。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种着色机构，该着色机构可以实现输出设备的快速着色，降低成本。本发明的另一目的提供了一种输出设备以及写字笔。此外，本发明还提供了写字笔的工作方法。

技术方案：本发明所述的一种着色机构，包括：若干个着色单元，每个所述着色单元包含：

一个驱动机构以及一个着色部件，所述着色部件在驱动机构推动下发生位置偏移；所述驱动机构为通过热变形提供驱动力的驱动机构。

进一步地，若干个着色单元的着色部件在驱动机构的推动下，与熔融材料接触，用于熔融材料的着色。

作为一种优选结构，所述驱动机构包括第一部件：所述第一部件包括具有不同的热膨胀系数的第一侧面与第二侧面；所述第一部件沿着长度方向具有第一端和第二端；所述着色部件位于第一部件热膨胀系数小的侧面，当驱动机构发生热变形时，所述着色部件被所述驱动机构推动发生位置偏移。

优选的，所述第一部件的第一端沿着长度方向延伸有两个延伸端。

所述若干个所述着色单元呈圆周分布，若干个所述着色单元中间形成用于熔融材料通过的流道。

所述第一部件呈U型，所述第一部件的U型开口端为第一端，形成两个延伸端。

所述着色部件为着色棒，沿着所述第一部件的长度方向设置，与所述第一部件平行。

所述着色机构包含一个固定板，若干个所述着色单元通过驱动机构的第一端垂直固定于所述固定板的任一端面；所述固定板设置有用于熔融材料通过的通孔。

本发明还提供了含有上述着色机构的输出设备。

本发明提供了一种写字笔，包括：上述的着色机构、位于所述着色机构上方的用于容纳颜料的腔体以及位于所述着色机构下方的笔头；

所述着色机构的着色部件顶端向上延伸至所述腔体内。

所述写字笔中间设置有以及用于熔融材料通过的流道；和/或所述腔体被竖向分割成若干相互独立的子腔体。

另本发明中所述的竖向为第一部件的第一端至第二端的方向。

上述写字笔的书写方法，包括以下步骤：

当写字笔用于单色输出时：第一部件的两个延伸端接入电流，第一部件向着热膨胀系数小的侧面弯曲，推动着色部件发生位移，熔融材料被着色部件着色，随后进入笔头的熔融腔熔融，经过笔头的出口输出，实现写字笔的单色输出；

当写字笔用于输出不同颜料时：用于盛放颜料的腔体分隔成若干个盛放不同颜料的子腔体，两个或者两个以上的驱动机构的第一部件同时接入电流，驱动机构推动相应的着色部件发生位移，熔融材料被两个或两个以上的着色部件着色，随后进入笔头的熔融腔熔融，经过笔头的出口输出，实现写字笔的混色输出。

有益效果：(1)本发明的着色机构通过热变形的驱动机构推动着色机构，实现熔融材料的着色，该驱动机构对电流的响应灵敏，减少现有输出设备拖色的问题；(2)本发明的着色机构结构简单，与现有着色机构相比，大幅降低了成本；(3)本发明在写字笔或者输出设备的输出端安装有着色机构，用于设备输出着色，可简易实现的不同颜色更换，解决了现有输出设备或者写字笔输出颜色单一以及换色步骤繁琐的问题；(4)本发明的写字笔或者输出设备的可实现不同颜料混色输出。

附图说明

图1为现有技术的笔头的结构示意图；

图2为实施例1的着色机构的结构示意图；

图3为实施例1的着色单元的侧视图；

图4为实施例1的驱动机构的结构示意图；

图5为实施例1的驱动机构的结构示意图；

图6为实施例1的驱动机构的立体结构示意图；

图7为实施例3的写字笔的结构示意图；

图8为实施例3的写字笔的剖视图。

具体实施方式

实施例1：如图2所示，本发明所述的着色机构1，由若干个着色单元组成，若干个着色单元的分体式结构如图3所示。每个着色单元包括一个驱动单元10以及一个着色部件20。

各着色部件20在该着色单元的驱动机构10的推动下发生位置偏移。上述驱动机构10为通过热变形提供驱动力的驱动机构。

如图4所示，本实施例中的驱动机构10包括第一部件101，如图5-6所示，第一部件101包括具有不同的热膨胀系数的第一侧面1011与第二侧面1012(本实施例中为由具有不同的热膨胀系数的第一侧面1011与第二侧面1012贴合而成，当然可以为直接贴合，也可以为间接贴合)，本实施例中采用双金属片制作第一部件101，如图3所示，y轴方向为第一部件长度方向，x轴方向为第一部件的厚度方向，第一部件101沿着长度方向具有第一端110和第二端120，第一部件101的第一端110设置有两个延伸端1013，为了防止短路，两个延伸端1013之间具有一定间隔。

本发明中电流的接入方式为现有技术，如通过导线将储电装置如电池或者电板的电流接入第一部件101，如通过两根导线分别与一个延伸端1013的连接，将两根导线分别与储电装置的两个电极连接，用于第一部件101电流接入。

着色部件20位于第一部件热膨胀系数小的一侧面，着色部件20位于第一部件101热膨胀系数小的第一侧面1011，着色部件20沿着第一部件101长度方向分布，与第一部件101形成的平面平行设置，本实施例中该着色部件20为着色棒，着色棒与第一部件101之间可直接接触或者具有间隙。

作为可选的方式为，第一部件101与着色棒之间具有间隙，避免第一部件热变形时，对着色棒的产生影响或者是可能存在的颜料与第一部件性能产生影响，第一部件101与着色棒最大的间隙不超过设定电流通过时，第一部件产生的沿着厚度方向的最小位移。

当两个延伸端1013接入电流时，电流通过第一部件101时，双金属片在电流通过时被加热，由于第一部件101两侧面的热膨胀系数不同，第一部件101将向着热膨胀系数小的侧面发生弯曲，在本实施例中，第一侧面1011的热膨胀系数小于第二侧面1012，当电极1013接入电流时，双金属片将向着第一侧面1011方向弯曲，从而驱动/推动位于其一侧的着色部件发生位置偏移。

为了提高第一部件对电流的灵敏度，本实施例中，第一部件呈U型结构，增加了电流通过第一部件的长度，相应地增加了第一部件的电阻，在同样大小的电流通过时，第一部件的发热效率增加，增加了第一部件的灵敏度。且第一部件呈U型结构的另外一个考虑是，为了减少结构的复杂性，将U型结构的开口端可以直接作为两个延伸端1013使用，减少了需要额外设置的接入电流结构。

本实施例中，驱动机构10的一种可选方式为：在第一部件101的第二端120固定有第二部件102，第二部件102的一侧边与第一部件的底端固定，第二部件102向着第一部件101热膨胀系数小的第一侧面1011的侧面倾斜，并向着远离第一部件101方向延伸。第二部件102与第一部件101形成的平面之间的倾斜角θ可以在30°＜θ＜150°，本实施例中，第二部件102与第一部件101垂直设置，第二部件为起驱动/推动作用的第一部件的辅助部件。

本实施例中，第二部件102整体呈方形或者长方形的薄板结构，第二部件102与第一部件101固定的侧边为第一侧边130，第二部件102与第一侧边相对的侧边为第二侧边140，第二部件102的第二侧边内凹形成一个凹槽1021。位于第二侧边140的凹槽用于与着色部件更好的卡合。事实上，起到辅助推动作用的第二部件的形状并不固定，可以为任意形状，如Y型的推动杆，均可以实现本可选方式的目的，即第二部件102在第一部件101热应力产生的热形变时，随着第一部件101的弯曲而发生位置偏移，用于推动相应的着色机构。

着色棒的底端位于驱动机构的凹槽1021内，可以与凹槽的边缘接触或者具有一定距离，当驱动机构10发生热变形时，着色部件20在驱动机构10推动下发生位置偏移。

如图7所示，为了方便组装，若干个驱动机构10固定于圆筒形镂空的固定架40上，每个着色机构位于固定架镂空的侧壁，与固定架40组装成一个圆筒形结构，在固定架40上端边缘向外水平延伸有一个固定板30，固定板30为垂直于驱动机构10第一部件101的平板，固定板30方便将整个机构与其他结构固定，固定板30中间为用于熔融材料通过的通孔301。

驱动机构10的第一端与固定板固定后，从位于第一端110的两个延伸端1013接入电流后，驱动机构10向着第一侧面1011侧偏移，着色棒的下端位于第二部件的凹槽1021内，在第二部件102的推动下，向着位于中间的流道内偏移，用于经过流道的熔融材料着色。

着色机构1中的驱动机构10电流接入方式可选以下方式：在固定板30安装驱动机构10的端面的对应位置，设置有与驱动机构10的两个延伸端1013对应的焊点，将U型结构的第一部件101的两个延伸端焊接在于焊点焊接后，通过与焊点连接的电线与主板电路连接，用于向驱动机构10供电。

实施例2：如图7所示，将实施例1的着色机构1用于输出设备，当输出设备含有一个着色单元，可以用于单色输出。当输设备含有多个着色单元，可以用于多种颜色的输出。

用于不同颜色输出时，可以通过以下方式实现：

一种是多个着色单元的位置是固定的，多个着色单元的位置可以根据不同设计要求排列，如呈阵列分布或者单独排成一列，每个着色单元的着色棒输送不同颜色，当需要更换颜色时，仅需要接通对应颜色的驱动机构电流即可。

当用于同一个位置的不同颜色输出，多个着色单元可以用传动机构送至同一位置，实现同一位置颜色的更换。

当需要混色时，可以将着色单元圆周状分布，同时对多个驱动机构接入电流，推动不同的着色棒对同一位置的熔融材料着色，在熔融腔内混色。

实施例3：本实施例的输出设备为写字笔，写字笔中安装的着色机构为若干个着色单元组成，若干个着色单元呈圆周分布，若干个着色单元的中心处留有供熔融材料通过的流道。

该写字笔的由着色机构1、位于着色机构1上方的用于容纳颜料的腔体2、位于着色机构下方的笔头3以及用于熔融材料通过的流道4组成；腔体2可以为圆柱形或者为方柱形，整体形状可以根据需要进行设置。

作为着色机构1的着色棒顶端延伸至腔体2内部，便于位于腔体的颜料输送至着色棒，具体地，使用的着色棒为纤维材料着色棒，有利于腔体2内的颜料传送至着色棒。

为了实现写字笔输出的颜色混色，本实施例中的着色机构1包含四个周向分布的着色单元，将腔体2分隔成竖向延伸的四个子腔体201，每个子腔体201内放置不同颜色，本实施例中分别盛放CMYK四色，着色单元的一个驱动机构10对应一个着色棒，每个着色棒对应与一个在子腔体内的颜色。

如图8所示，用于盛放颜料的腔体2、着色机构1、以及笔头3中心均留有用于熔融材料5通过的通道，共同组成了流道4。

着色机构1通过固定板30固定于腔体2的下端，着色机构1的着色机构顶端位于对应的子腔体201内部，子腔体201盛放有对应的颜料，四个各自独立的子腔体201围绕中心的通道周向分布。

位于腔体2下方的着色机构1的对应的驱动机构10接入电流时，推动着色棒向着靠近熔融材料5的方向偏移，着色棒与熔融材料接触后，对熔融材料进行着色。

着色后的熔融材料5进入笔头3的熔融腔内融化，实现熔融材料5与颜料的混合，混合完毕后通过笔头3的出口输出。

本实施例的写字笔的书写方法为：

当写字笔用于单色输出时：第一部件101的电极1013通电，第一部件101由于两侧金属片的热膨胀系数不同，第一部件向着热膨胀系数小的第一侧面1011弯曲，位于第一部件10推动着色部件20发生位移，此时经过相应位置的熔融材料5被着色部件着色，熔融材料5随后进入笔头3的熔融腔熔融，经过笔头的出口输出，实现写字笔的单色输出；

当写字笔用于输出不同颜料时：用于盛放颜料的腔体分隔成若干个盛放不同颜料的子腔体，通过现有技术的控制机构6如单片机，可选择的单片机可以为STM32或GD32，控制主板电路向两个或者两个以上的驱动机构10的第一部件101同时通电，驱动机构10推动相应的着色部件发生位移，推动对应的着色棒同时对熔融材料着色，熔融材料被两个或两个以上的着色部件着色，随后进入笔头的熔融腔熔融，在熔融材料上的不同颜料在熔融腔混合，经过笔头的出口输出，实现写字笔的混色输出，由于本发明的子腔体201为CMYK四色，通过不同颜料混合，可以实现多种颜色的输出。