一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机

摘要

本发明公开了一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上，多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；所述喷头库机构包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头，移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构，机械手机构包括用于夹取并释放打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切换的旋转驱动部。本发明结构简单，体积较小，可实现多喷头、多材料、多色彩的3D打印。

权利要求

1.一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，

包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上；

多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；

所述喷头库机构包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头；

移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构；

机械手机构包括用于夹取并释放打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切换的旋转驱动部；

所述机械手机构还包括彼此相连的机械臂和机械臂转轴，所述旋转驱动部包括第二步进电机，第二步进电机的电机轴与机械臂转轴相连；

所述机械手设置在机械臂的末端，机械手包括活动部和静止部，活动部和静止部配合形成用于抓取打印喷头、待用喷头的夹持间隙；所述机械臂上设置有带动活动部作直线往复运动的第一直线驱动部；

所述第一直线驱动部包括第二舵机及依次相连的曲柄、摇杆和连接板，第二舵机的输出轴与曲柄相连，连接板与活动部相连；

所述夹紧机构包括动夹持块、静夹持块以及带动动夹持块作直线往复运动的第二直线驱动部，打印时，打印喷头被夹紧在动、静夹持块之间，更换喷头时，动夹持块在第二直线驱动部的带动下向一侧移动以释放打印喷头；所述第二直线驱动部包括四杆机构和第三舵机，四杆机构的一端与第三舵机的输出轴相连、另一端与动夹持块相连，第三舵机设置在移动支架上。

2.根据权利要求1所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述旋转支架包括相互连接的上盖板和下盖板，上盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个上开口槽，下盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个与上开口槽位置相对的下开口槽，待用喷头安置在上、下盖板之间，待用喷头的顶端卡在上开口槽内，待用喷头的底端卡在下开口槽内；

所述喷头库机构还包括带动旋转支架整体进行旋转的第一步进电机，第一步进电机设置在旋转支架的下方，第一步进电机的电机轴与旋转支架相连。

3.根据权利要求2所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述喷头库机构还包括带动上、下盖板同步旋转的第一舵机，上、下盖板之间通过联动轴相连；

所述喷头库机构还包括待用喷头限位组件，待用喷头限位组件包括上固定盘、下固定盘、沿上固定盘外围周圈设置且与上开口槽数量相等的上限位臂、沿下固定盘外围周圈设置且与下开口槽数量相等的下限位臂，所述上、下限位臂的位置相对，上固定盘设置在上盖板的下方，下固定盘设置在下盖板的上方，第一舵机带动上、下盖板旋转的过程中，上、下固定盘不随上、下盖板旋转，上盖板旋转至上开口槽与上限位臂相对的位置时，上限位臂堵住上开口槽，下限位臂堵住下开口槽。

4.根据权利要求1所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述机架上还设置有送丝装置；

所述送丝装置包括设置在打印喷头上方的料丝导向定位机构，料丝导向定位机构包括凸轮轴、凸轮轴安装座、带动凸轮轴旋转的第三步进电机、电磁铁安装板以及沿电磁铁安装板长度方向依次排布的若干个电磁铁，电磁铁安装板与凸轮轴安装座之间通过复位弹簧相连，各所述电磁铁上均开设有供料丝穿过的豁口；

所述第三步进电机带动凸轮轴转动，凸轮轴上的凸轮外轮廓推动电磁铁安装板实现Y向进给，所述凸轮轴上凸轮的尺寸使得当电磁铁沿Y轴方向运动至极限位时，电磁铁所夹持的料丝的中心线、打印喷头的中心线以及X轴处于同一平面内。

5.根据权利要求4所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述料丝导向定位机构还包括设置在移动支架上的上导料槽和下导料槽，上导料槽的中心线与下导料槽的中心线位于同一条直线上，下导料槽位于打印喷头的正上方。

6.根据权利要求4所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述送丝装置还包括料丝输送机构，料丝输送机构包括第四步进电机、主动滚轮和从动滚轮，第四步进电机、主动滚轮和从动滚轮均设置在移动支架上，主动滚轮由第四步进电机驱动，主动滚轮和从动滚轮之间配合形成给料间隙。

7.根据权利要求4所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述送丝装置还包括给料机构，给料机构位于料丝导向定位机构的上方；

所述给料机构包括料丝安装座和中心轴，中心轴固定在料丝安装座上，沿中心轴轴向设置有若干个能够绕中心轴相对转动的套筒，各个套筒上均缠绕有料丝，且不同颜色的料丝缠绕在不同的套筒上，各套筒绕中心轴转动时，各套筒均无轴向移位。

8.根据权利要求1所述的一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其特征在于，所述机架上还设置有带动移动支架作升降运动的Z向驱动机构以及带动移动支架作横向运动的X向驱动机构，所述机架上还设置有托盘，托盘位于打印喷头的下方，机架上还设置有带动托盘作纵向运动的Y向驱动机构。

说明书

一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机

技术领域

[0001] 本发明属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机。

背景技术

[0002] 3D打印技术是一种以3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来制造物体的技术。目前市场上常见的3D打印机主要以单喷头打
印为主，或者将多个喷头集成到一起，其打印动作与单喷头打印类似，所谓的多喷头打印机
实际上指的是单个喷头上集成有多个喷嘴，此种方式的缺陷在于，由于多个喷嘴存在位置
上的限制，在其中一个喷嘴工作时，另一个喷嘴为了防止剐蹭模型，需要移动以避开模型。
在长期使用中，频繁移动会导致连接件的疲劳损耗，从而造成误差。同时，由于喷嘴是集成
在喷头上的，受位置以及相对运动的影响，在喷头总体结构不做大的改变的时候，喷嘴的数
量有一定的限制，一般是双喷头。同时，每个喷嘴均包括独立的送丝机构、加热机构以及多
个传动部件，当多个喷嘴集成到一个喷头上时，喷头的驱动轴需要相当大的驱动力，驱动负
载较大。这一方面需要更多的驱动能源，另一方面也提高了发生问题的概率。

[0003] 申请号为201610407343.9的专利申请公开了一种多喷头3D打印机，其包括可升降旋转托盘、在X、Y方向移动打印的喷头组件，以及六个沿支撑臂径向同步伸缩打印喷头，各
打印喷头与托盘形成相对旋转，所述多喷头3D打印机特别适合于打印大件回转体，通过滚
珠丝杠驱动旋转托盘上下移动，实现产品高度上的堆积，所述打印喷头组件包括：第五驱动
电机、驱动轮系、平面上均分的至少六个支撑臂，各支撑臂上悬挂有滑块，所述滑块下固连
有打印喷头，所述驱动轮系包括第五驱动电机输出轴主动齿轮和六个从动齿轮，各从动齿
轮分别通过同步带轮和同步带，驱动滑块沿支撑臂径向运动，且各打印喷头是同步往复直
线运动，即第五驱动电机带动一个大齿轮旋转，六个小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮通过同步
带、滑块沿径向往复运动，带动各打印喷头同步工作。该种结构的打印机虽然可实现同时打
印六件产品或利用六个打印喷头同时打印一件产品，但是其大大增加了喷头的体积，而且
每个喷头都连接着相应的打印材料，给打印过程中的三维运动和控制带来诸多不便。

[0004] 申请号为201310640307.3的专利申请公开了一种3D打印机，其包括打印机平台，所述打印机平台包括支架、及固定于支架上的工作台，支架上连接有喷头抓取装置，所述支
架外侧放置有喷头库，喷头库内活动悬挂有至少一个独立喷头，喷头上固定连接有与抓取
装置结构匹配的连接装置。该连接装置可以有多种结构形式：(1)连接装置包括喷头两侧开
口向下的卡口，抓取装置和喷头库内喷头固定装置均为与卡口配合的卡头件；(2)连接装置
包括喷头一侧的挂套、以及喷头另一侧的锥形槽，喷头库上固定有与挂套配合的挂钩，抓取
装置为与锥形槽紧密配合的锥形头；(3)连接装置包括喷头一侧的挂套、以及喷头另一侧的
卡槽，卡槽内固定有磁性件，喷头库上固定有与挂套配合的挂钩，抓取装置为与卡槽磁吸的
卡头；(4)连接装置包括喷头一侧的挂套、以及喷头另一侧的相对设置的两个开口，喷头库
上固定有与挂套配合的挂钩，抓取装置为通过两个推杆推动的两个滑杆，滑杆通过推杆推
动卡入开口以从喷头库内取出和放回喷头；(5)连接装置包括喷头一侧的T形件，抓取装置
为通过电机驱动的两个卡钳，卡钳能够卡住T形件的内侧以从喷头库内取出和放回喷头。上
述3D打印机虽然实现了喷头更换，但是其连接装置和抓取装置结构繁琐，喷头移动更换效
率低，且不便于实现更换喷头的自动化控制。

[0005] 由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

[0006] 本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，其解决了现有的多喷头3D打印机喷头集成所带来的问题，不仅可以实现多
喷头、多材料、多色彩的3D打印，而且其移动部分体积较小，运动同单喷头3D打印机一样方
便。

[0007] 本发明所采用的技术方案为：

[0008] 一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，包括机架，所述多喷头自动转换系统设置在机架上，多喷头自动转换系统包括喷头库机构、机械手机构及沿X、Z向运动的移动喷
头装置，机械手机构设置在喷头库机构和移动喷头装置之间；所述喷头库机构包括旋转支
架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头，移动喷头装置包括移动支架、打印喷头及设
置在移动支架上且对打印喷头进行夹紧定位的夹紧机构，机械手机构包括用于夹取并释放
打印喷头、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构和移动喷头装置之间进行位置切
换的旋转驱动部。

[0009] 所述旋转支架包括相互连接的上盖板和下盖板，上盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个上开口槽，下盖板的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个与上开口槽位置相对的
下开口槽，待用喷头安置在上、下盖板之间，待用喷头的顶端卡在上开口槽内，待用喷头的
底端卡在下开口槽内；所述喷头库机构还包括带动旋转支架整体进行旋转的第一步进电
机，第一步进电机设置在旋转支架的下方，第一步进电机的电机轴与旋转支架相连。

[0010] 所述喷头库机构还包括带动上、下盖板同步旋转的第一舵机，上、下盖板之间通过联动轴相连；所述喷头库机构还包括待用喷头限位组件，待用喷头限位组件包括上固定盘、
下固定盘、沿上固定盘外围周圈设置且与上开口槽数量相等的上限位臂、沿下固定盘外围
周圈设置且与下开口槽数量相等的下限位臂，所述上、下限位臂的位置相对，上固定盘设置
在上盖板的下方，下固定盘设置在下盖板的上方，第一舵机带动上、下盖板旋转的过程中，
上、下固定盘不随上、下盖板旋转，上盖板旋转至上开口槽与上限位臂相对的位置时，上限
位臂堵住上开口槽，下限位臂堵住下开口槽。

[0011] 所述机械手机构还包括彼此相连的机械臂和机械臂转轴，所述旋转驱动部包括第二步进电机，第二步进电机的电机轴与机械臂转轴相连；所述机械手设置在机械臂的末端，
机械手包括活动部和静止部，活动部和静止部配合形成用于抓取打印喷头、待用喷头的夹
持间隙；所述机械臂上设置有带动活动部作直线往复运动的第一直线驱动部；所述第一直
线驱动部包括第二舵机及依次相连的曲柄、摇杆和连接板，第二舵机的输出轴与曲柄相连，
连接板与活动部相连。

[0012] 所述夹紧机构包括动夹持块、静夹持块以及带动动夹持块作直线往复运动的第二直线驱动部，打印时，打印喷头被夹紧在动、静夹持块之间，更换喷头时，动夹持块在第二直线驱动部的带动下向一侧移动以释放打印喷头；所述第二直线驱动部包括四杆机构和第三
舵机，四杆机构的一端与第三舵机的输出轴相连、另一端与动夹持块相连，第三舵机设置在
移动支架上。

[0013] 所述机架上还设置有送丝装置，送丝装置包括设置在打印喷头上方的料丝导向定位机构，料丝导向定位机构包括凸轮轴、凸轮轴安装座、带动凸轮轴旋转的第三步进电机、
电磁铁安装板以及沿电磁铁安装板长度方向依次排布的若干个电磁铁，电磁铁安装板与凸
轮轴安装座之间通过复位弹簧相连，各所述电磁铁上均开设有供料丝穿过的豁口，第三步
进电机带动凸轮轴转动，凸轮轴上的凸轮外轮廓推动电磁铁安装板实现Y向进给，所述凸轮
轴上凸轮的尺寸使得当电磁铁沿Y轴方向运动至极限位时，电磁铁所夹持的料丝的中心线、
打印喷头的中心线以及X轴处于同一平面内。

[0014] 所述料丝导向定位机构还包括设置在移动支架上的上导料槽和下导料槽，上导料槽的中心线与下导料槽的中心线位于同一条直线上，下导料槽位于打印喷头的正上方。

[0015] 所述送丝装置还包括料丝输送机构，料丝输送机构包括第四步进电机、主动滚轮和从动滚轮，第四步进电机、主动滚轮和从动滚轮均设置在移动支架上，主动滚轮由第四步
进电机驱动，主动滚轮和从动滚轮之间配合形成给料间隙。

[0016] 所述送丝装置还包括给料机构，给料机构位于料丝导向定位机构的上方，给料机构包括料丝安装座和中心轴，中心轴固定在料丝安装座上，沿中心轴轴向设置有若干个能
够绕中心轴相对转动的套筒，各个套筒上均缠绕有料丝，且不同颜色的料丝缠绕在不同的
套筒上，各套筒绕中心轴转动时，各套筒均无轴向移位。

[0017] 所述机架上还设置有带动移动支架作升降运动的Z向驱动机构以及带动移动支架作横向运动的X向驱动机构，所述机架上还设置有托盘，托盘位于打印喷头的下方，机架上
还设置有带动托盘作纵向运动的Y向驱动机构。

[0018] 由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

[0019] 本发明运用喷头库技术，实现了多喷头的打印功能；相对于现有的单喷头3D打印机而言，本发明实现了多喷头、多原料、多色彩的3D打印；相对于现有的多喷头3D打印机而
言，本发明中的移动喷头装置体积小，结构简单，其三维运动同单喷头3D打印机一样方便，
且易于控制。此外，本发明中旋转支架、上开口槽、下开口槽的设置方便了机械手对待用喷
头的抓取，提高了更换效率，进而提高了打印效率。

附图说明

[0020] 图1为本发明的整体装配图。

[0021] 图2为本发明中移动支架及其上各部件的装配关系示意图。

[0022] 图3为本发明中旋转支架及其上各部件的装配关系示意图。

[0023] 图4为本发明中机械手机构的结构示意图。

[0024] 图5为本发明中给料机构的结构示意图。

[0025] 图6为本发明中料丝导向定位机构的部分结构示意图。

[0026] 图7为利用本发明进行喷头更换的工作流程图。

[0027] 其中，

[0028] 1、移动喷头装置 101、移动支架 102、第四步进电机 103、主动滚轮 104、从动滚轮 105、打印喷头 106、动夹持块 107、静夹持块 108、四杆机构 109、第三舵机的输出轴 
2、喷头库机构 201、第一舵机 202、上盖板 203、上开口槽 204、上限位臂 205、连接柱 
206、下盖板 207、下限位臂 208、下固定盘 209、下开口槽 210、联动轴 211、第一步进电机 
212、喷头库底座 3、机械手机构 301、静止部 302、活动部 303、夹持间隙 304、连接板 
305、摇杆 306、曲柄 307、第二舵机 308、机械臂 309、机械臂转轴 310、第二步进电机 
311、机械手底座 4、料丝导向定位机构 401、凸轮轴安装座 402、凸轮轴 403、复位弹簧 
404、第三步进电机 405、电磁铁安装板 406、电磁铁 407、豁口 408、上导料槽 409、下导料槽 5、给料机构 501、料丝 502、中心轴 503、料丝安装座 504、套筒 6、机架 7、托盘 8、云台 9、滚珠丝杠副 10、竖向导向杆 11、X向同步传送带 12、横向导向杆 13、Y向同步带 14、V型导向槽

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

[0030] 如图1至图7所示，一种带有多喷头自动转换系统的3D打印机，包括机架6，所述多喷头自动转换系统设置在机架6上，为描述方便，将横向定义为X轴，将纵向定义为Y轴，将竖向定义为Z轴。所述多喷头自动转换系统包括喷头库机构2、机械手机构3及沿X、Z向运动的
移动喷头装置1，机械手机构3设置在喷头库机构2和移动喷头装置1之间。

[0031] 如图1和图3所示，所述喷头库机构2包括旋转支架及沿旋转支架周向设置的若干个待用喷头。所述旋转支架包括相互连接的上盖板202和下盖板206，上盖板202的外轮廓边
缘沿其周向开设有若干个上开口槽203，下盖板206的外轮廓边缘沿其周向开设有若干个与
上开口槽203位置相对的下开口槽209，待用喷头安置在上、下盖板之间，待用喷头的顶端卡
在上开口槽203内，待用喷头的底端卡在下开口槽209内。优选的，所述上、下开口槽的截面
均呈U型。所述上、下盖板之间通过多根竖向设置的连接柱205相互连接。所述喷头库机构还
包括带动旋转支架整体进行旋转的第一步进电机211，第一步进电机211设置在旋转支架的
下方，第一步进电机211的电机轴与旋转支架相连。所述喷头库机构还包括喷头库底座212，
第一步进电机211设置在喷头库底座212上。

[0032] 如图1和图3所示，所述喷头库机构还包括带动上、下盖板同步旋转的第一舵机201，上、下盖板之间通过联动轴210相连；所述喷头库机构还包括待用喷头限位组件，待用
喷头限位组件包括上固定盘、下固定盘208、沿上固定盘外围周圈设置且与上开口槽203数
量相等的上限位臂204、沿下固定盘208外围周圈设置且与下开口槽209数量相等的下限位
臂207，所述上、下限位臂的位置相对。优选的，所述上、下限位臂的截面均呈L型。上固定盘设置在上盖板202的下方，下固定盘208设置在下盖板206的上方。第一舵机201带动上、下盖
板旋转的过程中，上、下固定盘不随上、下盖板旋转；上盖板202旋转至上开口槽203与上限
位臂204相对的位置时，上限位臂204堵住上开口槽203，下限位臂207堵住下开口槽209，实
现对待用喷头的定位；当上盖板202旋转至上开口槽203与上限位臂204位置不相对应时，上
限位臂204不再堵住开口槽203，下限位臂207不再堵住下开口槽209，方便了下述机械手方
便地夹取待用喷头。

[0033] 如图1和图2所示，所述移动喷头装置1包括移动支架101、打印喷头105及设置在移动支架101上且对打印喷头105进行夹紧定位的夹紧机构。所述夹紧机构包括动夹持块106、
静夹持块107以及带动动夹持块106作直线往复运动的第二直线驱动部，打印时，打印喷头
105被夹紧在动、静夹持块之间，需要更换喷头时，动夹持块106在第二直线驱动部的带动下
向一侧移动以释放打印喷头105。所述第二直线驱动部包括四杆机构108和第三舵机，四杆
机构108的一端与第三舵机的输出轴109相连、另一端与动夹持块106相连，第三舵机设置在
移动支架101上。需要说明的是，所述第二直线驱动部并不仅仅局限于所述的四杆机构108
与第三舵机的组合驱动形式，还可以是其它的驱动形式，例如，电机与滚珠丝杠副的结构形
式(滚珠丝杠副与动夹持块106相连，电机驱动滚珠丝杠副，从而带动动夹持块106往复运动
以实现对打印喷头105的夹紧或释放)，还可以是液压缸驱动的形式(液压缸的活塞杆与动
夹持块106相连，用活塞杆的伸缩带动动夹持块106往复运动以实现对打印喷头105的夹紧
或释放)，因此，任何可以带动动夹持块106作直线往复运动的驱动形式都可以满足要求，而
并不仅仅局限于图2和上述实施例所述的驱动结构形式。

[0034] 如图1和图4所示，所述机械手机构3包括用于夹取并释放打印喷头105、待用喷头的机械手及带动机械手在喷头库机构2和移动喷头装置1之间进行位置切换的旋转驱动部。
所述机械手机构还包括机械手底座311，下述第二步进电机310设置在机械手底座311上。

[0035] 如图4所示，所述机械手机构还包括彼此相连的机械臂308和机械臂转轴309，所述旋转驱动部包括第二步进电机310，第二步进电机310的电机轴与机械臂转轴309相连；所述
机械手设置在机械臂308的末端，机械手包括活动部302和静止部301，活动部302和静止部
301配合形成用于抓取打印喷头105、待用喷头的夹持间隙303；所述机械臂308上设置有带
动活动部302作直线往复运动的第一直线驱动部。所述第一直线驱动部包括第二舵机307及
依次相连的曲柄306、摇杆305和连接板304，第二舵机307的输出轴与曲柄306相连，连接板
304与活动部302相连。所述机械臂308上还设置有用于保证连接板304做直线运动的导向
槽，该导向槽以罩壳312的形式覆盖在机械臂308上。需要说明的是，所述第一直线驱动部并
不仅仅局限于所述的曲柄摇杆与第二舵机307的组合驱动形式，还可以是其它的驱动形式，
例如，电机与滚珠丝杠副的结构形式(滚珠丝杠副与活动部302相连，电机驱动滚珠丝杠副，
从而带动活动部302往复运动以实现对打印喷头105及待用喷头的夹紧或释放)，还可以是
液压缸驱动的形式(液压缸的活塞杆与活动部302相连，用活塞杆的伸缩带动活动部302往
复运动以实现对打印喷头105及待用喷头的夹紧或释放)，因此，任何可以带动活动部作直
线往复运动的驱动形式都可以满足要求，而并不仅仅局限于图4和上述实施例所述的驱动
结构形式。

[0036] 如图1和图6所示，所述机架上还设置有送丝装置，送丝装置包括设置在打印喷头上方的料丝导向定位机构4，料丝导向定位机构4包括凸轮轴402、凸轮轴安装座401、带动凸
轮轴402旋转的第三步进电机404、电磁铁安装板405以及沿电磁铁安装板405长度方向依次
排布的若干个电磁铁406，电磁铁安装板405与凸轮轴安装座401之间通过复位弹簧403相
连，各所述电磁铁406上均开设有供料丝501穿过的豁口407，第三步进电机404带动凸轮轴
402转动，凸轮轴402上的凸轮外轮廓推动电磁铁安装板405实现Y向进给，所述凸轮轴402上
凸轮的尺寸使得当电磁铁406沿Y轴方向运动至极限位时，电磁铁406所夹持的料丝501的中
心线、打印喷头105的中心线以及X轴处于同一平面内。所述料丝导向定位机构4还包括设置
在移动支架101上的上导料槽408和下导料槽409，上导料槽408的中心线与下导料槽409的
中心线位于同一条直线上，下导料槽409位于打印喷头105的正上方。

[0037] 所述电磁铁406运动到最远位置时，由于凸轮轴402上的凸轮具有一定的远休止角，因此电磁铁406会在一定时间段内保持静止不动，此时，运动到位的移动喷头装置在下
述Z向驱动机构的带动下沿Z向上升，使得料丝501经上导料槽408进入下述给料间隙，再经
过下述主、从动滚轮的摩擦带动，经下导料槽409即可实现料丝501与打印喷头105的精准对
接，同时，也可以控制第三步进电机404在这一段时间内停止运转，以便于料丝501与打印喷
头105的对接运动可以更加平稳地进行。随着第三步进电机404的继续转动，当凸轮轴402上
的凸轮转过远休止角后，电磁铁安装板405连同安装在其上面的电磁铁406在复位弹簧403
的带动下返回原点，等候指令，以便于进行下一次的换料动作。

[0038] 如图2所示，所述送丝装置还包括料丝输送机构，料丝输送机构包括第四步进电机102、主动滚轮103和从动滚轮104，第四步进电机102、主动滚轮103和从动滚轮104均设置在
移动支架101上，主动滚轮103由第四步进电机102驱动，主动滚轮103和从动滚轮104之间配
合形成给料间隙。所述主、从动滚轮设置在上、下导料槽之间。所述移动支架101上还设置有加热机构，加热用于加热并融化料丝501。

[0039] 如图1和图5所示，所述送丝装置还包括给料机构5，给料机构5位于料丝导向定位机构4的上方，给料机构5包括料丝安装座503和中心轴502，中心轴502固定在料丝安装座
503上，沿中心轴502轴向设置有若干个能够绕中心轴502相对转动的套筒504，各个套筒504
上均缠绕有料丝501，且不同颜色的料丝501缠绕在不同的套筒504上，各套筒504绕中心轴
502转动时，各套筒504均无轴向移位。当料丝501受到主动滚轮103和从动滚轮104的摩擦带
动时，就会和套筒504一起绕中心轴502转动，实现料丝的供给。料丝501经套筒504抽出，依
次经电磁铁406上的豁口407、上导料槽408、给料间隙、下导料槽409后进入打印喷头105，然后经打印喷头105喷出用于打印物品。

[0040] 如图1所示，所述机架6上还设置有带动移动支架101作升降运动的Z向驱动机构以及带动移动支架101作横向运动的X向驱动机构。为方便驱动移动支架101，可在移动支架
101的下方设置与其相连的云台8。

[0041] 用于实现驱动移动支架101作升降运动的Z向驱动机构可以有多种结构形式，例如，可以是如图1所示的电机+滚珠丝杠副9+竖向导向杆10的组合形式，也可以是液压缸+竖
向导向杆的组合形式，当然，Z向驱动机构并不局限于上述实施例，只要能够实现带动移动
支架101作竖直方向的升降运动即可。

[0042] 用于实现驱动移动支架101作横向运动的X向驱动机构也可以有多种结构形式，例如，可以是如图1所示的电机+X向同步传送带11+横向导向杆12的组合形式，也可以是电机+
滚珠丝杠副+横向导向杆12的组合形式。当然，X向驱动机构并不局限于上述实施例，只要能
够实现带动移动支架101作横向运动的驱动结构都可以满足要求。

[0043] 如图1所示，所述机架6上还设置有托盘7，托盘7位于打印喷头105的下方，机架6上还设置有带动托盘7作纵向运动的Y向驱动机构。用于实现驱动托盘7作纵向运动的Y向驱动
机构也可以有多种结构形式，例如，可以是如图1所示的电机+Y向同步传送带11+纵向导向
杆的组合形式，也可以是电机+滚珠丝杠副+纵向导向杆的组合形式，甚至可以是液压缸+纵
向导向杆的组合形式。当然，Y向驱动机构并不局限于上述实施例，只要能够实现带动托盘7
作纵向运动的驱动结构都可以满足要求。需要说明的是，本发明中的喷头库机构2与托盘7
相连，托盘7的纵向运动会导致喷头库机构2的纵向运动，为方便喷头库机构2的移动，可在
机架6上设置V型导向槽14，并在喷头库底座212的下方设置与喷头库底座212相连的导向块
15，导向块15的结构与V型导向槽14的结构相适配。

[0044] 本发明所述的3D打印机还包括用于控制各电机和舵机的控制系统。如图7所示，打印机在打印过程中接收到来自控制系统的更换喷头的指令之后，首先暂停打印作业，并控
制移动喷头装置1和机械手机构3运动到相应的位置，第四步进电机102驱动主动滚轮103反
转，使料丝501与打印喷头105分离，第三舵机驱动四杆机构108转动，使动、静夹持块放开对打印喷头105的夹持，此时，控制系统控制机械手机构3运动，将打印喷头105取下并放置在
喷头库机构2上的空闲位置处；之后，第一步进电机211驱动旋转支架整体转动，使得另一位
置上的待用喷头转至机械手机构容易抓取的位置处，第一舵机201驱动上、下盖板旋转，使
上、下限位臂不再堵住上、下开口槽，机械手机构抓取喷头库机构2上的待用喷头并将其运
送到动、静夹持块之间，第三舵机动作驱动丝杆机构108动作，使动、静夹持块夹紧刚刚取来的待用喷头使之成为打印喷头；然后，控制第三步进电机404转动，使凸轮轴402上的凸轮转
至远休止角，控制Z向驱动机构带动移动喷头装置沿Z向运动，使料丝501经上导料槽408进
入给料间隙，第四步进电机102驱动主动滚轮103正转，使料丝501经下导料槽409进入打印
喷头105，完成喷头的更换工作。

[0045] 本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

[0046] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

[0047] 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。

[0048] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的
方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。