具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

参见图1至图7，本发明一实施例提供了一种3D打印换线装置，用于多材料或彩色3D打印，包括打印线材10、待选择打印线材20、推送模块30和换线模块40，所述打印线材10穿插于所述推送模块30与所述换线模块40中，所述待选择打印线材20接口端位于换线模块40中，所述打印线材10的剪断端与所述待选择打印线材20的其中一根的接口端连接；

所述推送模块30包括夹紧单元31与固定单元32，所述打印线材10位于所述固定单元32上的齿轮与所述夹紧单元31上的光轮之间，所述齿轮转动带动所述打印线材10完成推送或回抽；

所述换线模块40包括裁剪单元41、热接单元42、壳体43、第一动力装置45、第二动力装置44、单向锁紧装置46、连接体47，所述待选择打印线材20相对于所述单向锁紧装置46相互嵌套且置于内侧，所述待选择打印线材20单向穿入所述换线模块40中反向锁紧，所述裁剪单元41与所述热接单元42在所述壳体43内部，且所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述连接体47运动，所述裁剪单元41完成对所述打印线材10的剪裁，所述热接单元42完成对剪切后的所述打印线材10与所述待选择打印线材20的其中一根的熔融拼接；

所述换线模块40根据控制指令切断当前所述打印线材10，并选择所述待选择打印线材20的颜色后进行熔融拼接，所述推送模块30将拼接后的所述打印线材10推送进打印喷头进行打印。

在本发明实施例中，通过剪裁单元41实现当前打印线材的分离，通过第一动力装置45与第二动力装置44相互配合，完成所需待选择打印线材20的寻找，热接单元42的设置使热塑性材料熔融，并把打印线材10与待选择打印线材20连接在一起，推送电机36反转与单向锁紧装置46锁紧共同作用使拼接更牢固。该换线装置结构简单，有利于根据需求拼接多种颜色线材完成彩色模型的打印，同时满足不同材料的拼接，便于打印出不同性能的结构产品，利用该方法，仅需增加换线模块即可完成对当前3D打印机的改造，使其具有彩色打印、多材料打印的功能。本发明实施例解决了在先技术中针对现有3D打印机上无法快速打印价格低廉、不同色彩、不同材料性能的产品的迫切需求。

需要说明的是，根据所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述连接体的运动形式的不同，本发明实施例给出了三种不同的运动形式，分别是例一：连接体47不动，第二动力装置44使裁剪单元41与热接单元42相对于连接体47转动；例二：第二动力装置44使连接体47相对于裁剪单元41与热接单元42转动，裁剪单元41与热接单元42不发生转动；例三：第二动力装置44提供动力使连接体47水平移动，裁剪单元41与热接单元42不发生水平移动；

其中，上述三种例中，第一动力装置45的作用相同，均是使裁剪单元41与热接单元42发生竖直方向的移动，第一动力装置45为剪裁单元41与热接单元42提供上下移动的动力，便于剪裁单元41与热接单元42不与待选择打印线材20发生碰撞，对两种线材拼接时更好地熔融起到有益效果。

需要说明的是，该换线装置位于3D打印机远离打印喷头处，即远端位置，若在现有3D打印机上加装使其具备彩色打印功能，可以根据需要不添加推送模块，仅需换线模块40即可，因为当前3D打印机在近端均存在不同结构的推送模块；

需要说明的是，打印出口位置与更换线材之间存在一段打印线材，该段打印线材的时间即是打印产品需要变换颜色或材料的提前时间，该段时间差为恒定值。

需要说明的是，本发明实施例是针对的FDM 3D打印工艺，其中，FDM工艺是熔融沉积制造，打印耗材为热塑性塑料，他是通过将热塑性线材熔融并辅助电脑控制，在喷头处打印，冷却沉积逐步一层层形成实体的一种工艺；

需要说明的是，所述打印线材10与所述待选择打印线材20均为打印耗材，两者可以为不同颜色，或者不同材料；

需要说明的是，打印线材10从单向锁紧装置46中穿过，经过推送模块30进入打印头中进行打印，在换线模块40中，裁剪单元41将打印线材剪断，剪断口处上端为打印线材10的剪断端，剪断口处下端变为待选择打印线材20接口端，其余单向锁紧装置46中插入不同颜色或不同材料的待选择打印线材，直到与剪刀口处于同一水平面为止，待选择打印线材20插入换线模块40中的端部叫接口端。同理，推送模块30上的耗材与待选择打印线材20熔融拼接后形成新的打印线材10；

需要说明的是，壳体43包含固定部分和可拆卸部分，固定部分用于固定到3D打印机上，可拆卸部分用于拆卸维护；

可选地，本发明实施例中，所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述连接体47运动；

所述裁剪单元41与所述热接单元42分别与所述第二动力装置44输出端连接，且所述裁剪单元41与所述热接单元42绕第二动力装置44输出端转动，所述第二动力装置44固定端固定于所述壳体43上；

所述裁剪单元41与所述热接单元42分别与所述第一动力装置45输出端连接且沿所述打印线材10方向相对滑动，所述第一动力装置45固定端固定于所述壳体43上；

所述第一动力装置45为液压缸，所述第二动力装置44为电机。

在本发明实施例中，该例为一种3D打印换线装置的第一种情况，在该例中，第二动力装置44为裁剪单元41与热接单元42提供转动动力源，第一动力装置45为裁剪单元41与热接单元42提供上下滑动动力源，有利于裁剪单元41与热接单元42运动更加灵活，有利于壳体43更加牢固，密封性更好；

可选地，本发明实施例中，所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述待选择打印线材20运动；

所述裁剪单元41与所述热接单元42分别与所述第一动力装置45输出端连接，且所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述第一动力装置45输出端沿所述打印线材10方向滑动，所述第一动力装置45固定端固定于所述壳体43上；

所述连接体47与所述第二动力装置44输出端连接，所述连接体47绕所述第二动力装置44输出端转动，所述第二动力装置44固定端固定于所述壳体43上；

所述第一动力装置45为液压缸，所述第二动力装置44为电机。

在本发明实施例中，该例为一种3D打印换线装置的第二种情况，在该例中，第二动力装置44为连接体47提供转动动力源，连接体47带动单向锁紧装置46及待选择打印线材20共同转动，第一动力装置45为裁剪单元41与热接单元42提供上下滑动动力源，有利于打印线材10与待选择打印线材20之间的准确拼接，有益于保持结构的紧凑与小巧；

可选地，本发明实施例中，所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述连接体47运动；

所述裁剪单元41与所述热接单元42分别与所述第一动力装置45输出端连接，且所述裁剪单元41与所述热接单元42相对所述第一动力装置45输出端沿所述打印线材10方向滑动，所述第一动力装置45固定端固定于所述壳体43上；

所述连接体47与所述第二动力装置44输出端连接，所述连接体47相对于所述第二动力装置44输出端水平移动，所述第二动力装置44固定端固定于所述壳体43上；

所述第一动力装置45为液压缸，所述第二动力装置44为电机或液压缸。

在本发明实施例中，该例为一种3D打印换线装置的第三种情况，在该例中，第二动力装置44为连接体47提供水平移动动力源，连接体47带动单向锁紧装置46及待选择打印线材20共同水平移动，第一动力装置45为裁剪单元41与热接单元42提供上下滑动动力源，对打印线材10与待选择打印线材20之间的准确拼接及结构的稳定性起到有益效果；

可选地，本发明实施例中，所述待选择打印线材20至少为2根，所述待选择打印线材20根数与所述单向锁紧装置46数目相同；

所述换线模块40还包括接头48，所述接头48与所述单向锁紧装置46分别与所述连接体47连接。

在本发明实施例中，待选择打印线材20设置为多根，每一根均穿过一组单向锁紧装置46，可根据需要进行设置，至少为2根，本实施例图示列举了3根待选择打印线材20；

可选地，本发明实施例中，所述裁剪单元41为气动剪刀或电动剪刀，可剪断所述待选择打印线材20与所述打印线材10；

所述待选择打印线材20与所述打印线材10直径相同且材料均为热塑性塑料，例如：PLA、ABS、PE。

在本发明实施例中，待选择打印线材20与打印线材10直径相同，有利于保证打印速度的稳定性，也可以两种线材直径不同，需要更换相适应的成型夹手(421)，两种线材材质可以不同，有利于打印不同性能的产品；

需要说明的是，如果两种线材材质不同，需要调整熔融温度以及打印喷头处打印的温度；

可选地，本发明实施例中，所述热接单元42包含成型夹手421、电阻加热丝422、夹紧动力装置423、温度传感器424，所述成型夹手421材料为导热金属，例如：铜、铁、铝；

所述成型夹手421与耗材接触部分涂有不沾涂料，例如：特氟龙；

所述电阻加热丝422为所述成型夹手421提供热源，由所述夹紧动力装置423提供夹紧力使所述成型夹手421夹紧待拼接耗材；

所述成型夹手421根据打印耗材的直径进行更换，所述成型夹手421将对接好的所述待选择打印线材20与所述打印线材10熔融拼接。

在本发明实施例中，成型夹手421设置为导热金属有利于快速升温，温度传感器424的作用为感知并收集成型夹手421的温度，当达到所设置的温度时，电阻加热丝422停止通电，在熔融拼接状态时保持温度恒定，拼接完成后可以自然冷却，或增加风扇快速降温，本实施例优选后者。

需要说明的是，成型夹手421与耗材接触部分涂有不沾涂料对熔融拼接后保持成型夹手421处的光滑与不沾，拼接质量好具有有益效果。

需要说明的是，成型夹手421在夹紧动力装置423的作用下，夹紧带拼接两线材，可以保持持续夹紧以维持温度恒定，也可以选择夹紧、松弛间断性重复性动作，加之第一动力装置45使其上下移动以保证在接线处接线质量好，本实施例优选后者；

可选地，所述推送模块30还包括光轴33、轴34、弹簧35、推送电机36，所述推送电机36输出端与所述齿轮齿轮连接；

所述夹紧单元31一端与所述固定单元32通过所述光轴33连接，所述夹紧单元31相对于所述固定单元32绕所述光轴33转动；

所述夹紧单元32另一端与所述固定单元32通过所述轴34连接，所述弹簧35嵌套与所述轴34外侧，所述弹簧35位于所述夹紧单元31与所述固定单元32之间，所述轴34一端与螺母螺纹连接，所述固定单元32上的齿轮与所述夹紧单元31上的光轮之间的距离根据所述螺母的拧紧状况调节；

所述光轴33与所述轴34成90°，不共面。

在本发明实施例中，推送模块30的结构设置简单，有益于降低成本。

可选地，本发明实施例中，单向锁紧装置46包括锁紧壳461、锁紧片462、转动轴463，所述锁紧片462嵌套与所述锁紧壳461内部，所述锁紧片462绕所述锁紧壳461轴心成圆周均匀分布，所述锁紧片462至少为3片，且形状相同；

所述锁紧片462一端与所述锁紧壳461内侧通过所述转动轴463连接，所述锁紧片462与所述锁紧壳461端面呈一定角度，该角度大于0°小于30°。

在本发明实施例中，单向锁紧装置46的设置，有益于待选择打印线材的固定，免于脱落，单向锁紧装置46的发明，结构简单，成本低。

需要说明的是，单向锁紧装置46在本实施例中将待选择打印线材20单向插入换线模块40中，反向锁紧，与推送模块30中的推送电机36共同作用完成待选择打印线材20与打印线材10的紧密对接，对拼接质量紧密具有有益效果。

本发明的工作原理和工作过程如下：

首先，将打印线材10从换线模块40穿过，经过推送模块30并与3D打印头相连接；

其余接头48与单向锁紧装置46插入不同颜色的待选择打印线材20，插入换线模块40的深度与裁剪单元41的剪刀位置保持同一水平面；

根据剪刀切口位置到打印机出料口位置打印线材的长度和打印速度计算该段耗材打印完成的时间，假设为t1；

打开电阻加热丝422，使成型夹手421升至设置温度，并维持恒定；

打开3D打印机，并开始打印；

根据模型程序设置，需要t1秒后更换材料或材料颜色，则3D打印机暂停打印，第一动力装置45使裁剪单元41快速到达预定剪切位置，并剪切打印线材10；

打开第二动力装置44，在第一动力装置45与第二动力装置44的共同作用下，使打印线材10剪断端与热接单元42到达所需要的待选择打印线材20接口端位置；

成型夹手421夹住接线口使其迅速呈半熔融状态，之后成型夹手421在夹紧动力装置423作用下呈现夹紧-松弛反复动作，与此同时，成型夹手421在第一动力装置45的作用下缓慢上升下降重复动作，拼接完成后，打开成型夹手421；

3D打印机继续打印；

根据模型打印的进度，重复以上剪断-熔融拼接过程，直至模型打印完成，待打印颜色与换线完成存在t1秒的时间差；

打印完成后，打印产品即为根据设定的彩色3D打印产品，或者不同材料性能的3D打印产品。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对在先技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。