一种电子结合的三维打印喷头

摘要

本发明公开了一种电子结合的三维打印喷头。第一伺服电机输出端朝下与喷头底座顶部固接，挤出头固装于喷头底座底面；凸轮机构，喷头底座侧面有凹槽并装从动件，从动件和凹槽之间滑动连接形成竖直滑动副；第二伺服电机装于喷头底座内，第二伺服电机的输出端水平和凸轮的旋转中心固接，凸轮的偏心部固定轴块；从动件底部朝向挤出头一侧固装有导线挤出装置。本发明有效地缩短了含有电路的三维模型的三维打印过程，提高了制造效率，扩展了熔融沉积制造式三维打印装置的应用范围，可广泛应用于含有电路的三维物体的打印过程中。

权利要求

1.一种电子结合的三维打印喷头，其特征在于：包括旋转控制单元(2)、挤出头(3)、凸轮机构(4)和导线挤出装置(5)；旋转控制单元(2)包括第一伺服电机(21)及喷头底座(22)，第一伺服电机(21)安装于熔融沉积制造式三维打印装置原喷头位置上，第一伺服电机(21)输出端朝下通过联轴器和喷头底座(22)顶部固接，第一伺服电机(21)驱动喷头底座(22)绕竖直轴线转动，挤出头(3)固定安装于喷头底座(22)底面；凸轮机构(4)包括第二伺服电机(41)、凸轮(42)和从动件(43)；喷头底座(22)外侧面开设有凹槽，凹槽中安装从动件(43)，从动件(43)和凹槽之间滑动连接形成竖直滑动副；第二伺服电机(41)安装于喷头底座(22)内，第二伺服电机(41)的输出端水平穿出喷头底座(22)后通过联轴器和凸轮(42)的旋转中心固接，第二伺服电机(41)的输出端驱动凸轮(42)绕水平轴旋转；从动件(43)顶部设有向凸轮(42)水平延伸的凸条块，凸条块底面形成台阶作为条状平面，凸轮(42)顶面和条状平面接触并在条状平面上滚动形成凸轮副，凸轮(42)旋转经凸轮副带动从动件(43)在沿竖直滑动副限位下上下升降移动；从动件(43)底部朝向挤出头(3)一侧固定安装有导线挤出装置(5)，导线挤出装置(5)用于挤出导电介质。

2.根据权利要求1所述的一种电子结合的三维打印喷头，其特征在于：所述的导电介质为铜丝导线。

3.根据权利要求1所述的一种电子结合的三维打印喷头，其特征在于：在凹槽的两侧槽壁设置为竖直的条形槽，从动件(43)的两侧设置有凸块，凸块嵌装于条形槽滑动连接使得从动件(43)的两侧和凹槽的两侧槽壁形成竖直滑动副。

4.根据权利要求1所述的一种电子结合的三维打印喷头，其特征在于：所述导线挤出装置(5)挤出口附近设置有切断装置。

5.根据权利要求1所述的一种电子结合的三维打印喷头，其特征在于：所述的凸轮(42)的近休止角为180度。

6.应用于权利要求1‑5任一所述三维打印喷头的一种三维打印方法，其特征在于：通过第二伺服电机(41)驱动从动件(43)沿竖直滑动副下降至最低点一段时，挤出头(3)与导线挤出装置(5)共同工作，导线挤出装置(5)将导电介质挤出至挤出头(3)挤出熔融的打印材料内，进而打印三维模型中内部含有电路的部分；通过第二伺服电机(41)驱动从动件(43)沿竖直滑动副上升至最高点一段时，导线挤出装置(5)远离下方的打印平面并停止工作，仅挤出头(3)单独工作，打印三维模型中不含电路的部分。

7.根据权利要求6所述的一种三维打印方法，其特征在于：所述的切断装置位于所述导线挤出装置(5)处于最低点时的挤出口附近。

说明书

一种电子结合的三维打印喷头

技术领域

[0001] 本发明涉及快速成型技术领域，具体地说，涉及一种可直接打印含有电路的三维模型的三维打印喷头。

背景技术

[0002] 熔融沉积制造技术是三维打印技术的引种。熔融沉积制造技术将热塑性材料在挤出头内加热融化。挤出头沿三维模型层截面内填充轨迹运动，同时挤出熔融的三维打印材
料，材料凝结形成三维物体。

[0003] 对于前述的熔融沉积制造技术，挤出头能打印出使用热塑性材料的三维物体，但无法打印含有电路的三维物体，只能先打印多个单独的部分，将多个部分与电路一起组装，
最终得到含有电路的三维物体，制作流程复杂耗时，效率较低。

发明内容

[0004] 为了解决背景技术中的问题，本发明的主要目的是提供一种电子结合的三维打印喷头，能方便地打印含有电路的三维物体，在打印非电路部分同时也即时打印电路部分，扩
展熔融沉积制造式三维打印装置的应用范围。

[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0006] 一、一种电子结合的三维打印喷头：

[0007] 三维打印喷头包括旋转控制单元、挤出头、凸轮机构和导线挤出装置；旋转控制单元包括第一伺服电机及喷头底座，第一伺服电机安装于熔融沉积制造式三维打印装置原喷
头位置上，第一伺服电机输出端朝下通过联轴器和喷头底座顶部固接，第一伺服电机驱动
喷头底座绕竖直轴线转动，挤出头固定安装于喷头底座底面；凸轮机构包括第二伺服电机、
凸轮和从动件；喷头底座外侧面开设有凹槽，凹槽中安装从动件，从动件和凹槽之间滑动连
接形成竖直滑动副；第二伺服电机安装于喷头底座内，第二伺服电机的输出端水平穿出喷
头底座后通过联轴器和凸轮的旋转中心固接，第二伺服电机的输出端驱动凸轮绕水平轴旋
转；从动件顶部设有向凸轮水平延伸的凸条块，凸条块底面形成台阶作为条状平面，凸轮顶
面和条状平面接触并在条状平面上滚动形成凸轮副，凸轮旋转经凸轮副带动从动件在沿竖
直滑动副限位下上下升降移动；从动件底部朝向挤出头一侧固定安装有导线挤出装置，导
线挤出装置用于挤出导电介质。

[0008] 所述的导电介质为铜丝导线。

[0009] 在凹槽的两侧槽壁设置为竖直的条形槽，从动件的两侧设置有凸块，凸块嵌装于条形槽滑动连接使得从动件的两侧和凹槽的两侧槽壁形成竖直滑动副。

[0010] 所述导线挤出装置挤出口附近设置有切断装置。

[0011] 所述的凸轮的近休止角为180度。

[0012] 二、一种三维打印方法：通过第二伺服电机驱动从动件沿竖直滑动副下降至最低点一段时，挤出头与导线挤出装置共同工作，导线挤出装置将导电介质挤出至挤出头挤出
熔融的打印材料内，进而打印三维模型中内部含有电路的部分；通过第二伺服电机驱动从
动件沿竖直滑动副上升至最高点一段时，导线挤出装置远离下方的打印平面并停止工作，
仅挤出头单独工作，打印三维模型中不含电路的部分。

[0013] 所述的切断装置位于所述导线挤出装置处于最低点时的挤出口附近。

[0014] 本发明的有益效果是：

[0015] 本发明通过以上旋转和平动结构，巧妙地实现了使该电子结合的三维打印喷头实现了含有电路的三维模型的打印功能，大大扩展了熔融沉积制造式三维打印装置的应用范
围；且可通过凸轮机构控制导线挤出装置是否工作，保证普通三维模型正常打印；且通过旋
转机构保证导线挤出方向与喷头运动方向在同一直线上，防止熔融的三维打印材料受导线
作用力影响而变形。

[0016] 本发明主要对熔融沉积制造式三维打印装置的打印喷头结构进行改进，以能打印含有电路的三维模型，从而扩展三维打印装置的适用范围，并减少制造特殊模型所需的步
骤和时间，提高三维打印过程的效率，至于挤出头和导线挤出装置的结构可参照现有产品
进行设计。

附图说明

[0017] 图1为本发明实施例中电子结合的三维打印喷头的结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例中电子结合的三维打印喷头的结构分解示意图；

[0019] 图3为本发明实施例中电子结合的三维打印喷头的结构示意图；

[0020] 图4为本发明实施例中挤出头与导线挤出装置共同工作时的结构示意图；

[0021] 图5为本发明实施例中的挤出头单独工作时的结构示意图。

具体实施方式

[0022] 以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

[0023] 参见图1，本三维打印喷头1包括旋转控制单元2、挤出头3、凸轮机构4和导线挤出装置5。

[0024] 参见图1，旋转控制单元2包括第一伺服电机21及喷头底座22，第一伺服电机21安装于熔融沉积制造式三维打印装置原喷头位置上，第一伺服电机21输出端朝下通过联轴器
和喷头底座22顶部固接，第一伺服电机21驱动喷头底座22绕竖直轴线(图示的Z轴)转动，挤
出头3固定安装于喷头底座22底面；第一伺服电机21驱动喷头底座22、从动件43、导线挤出
装置5绕图示Z轴旋转，这样导线挤出装置5随喷头底座做旋转运动，从而使得导线挤出装置
5导线挤出方向与三维打印喷头1的运动方向在同一直线上，防止熔融的三维打印材料受导
线作用力影响而变形。

[0025] 参见图2，凸轮机构4包括第二伺服电机41、凸轮42和从动件43；喷头底座22外侧面开设有凹槽，凹槽中安装从动件43，从动件43和凹槽之间滑动连接形成竖直滑动副；具体是
在凹槽的两侧槽壁设置为竖直的条形槽，从动件43的两侧设置有凸块，凸块嵌装于条形槽
滑动连接使得从动件43的两侧和凹槽的两侧槽壁形成竖直滑动副。第二伺服电机41偏心安
装于喷头底座22内，第二伺服电机41的输出端水平穿出喷头底座22后通过联轴器和凸轮42
的旋转中心固接，第二伺服电机41的输出端驱动凸轮42绕水平轴(图示的Y轴)旋转；从动件
43为平底从动件，从动件43顶部设有向凸轮42水平延伸的凸条块，凸条块底面形成台阶作
为条状平面，凸轮42顶面和条状平面接触并在条状平面上滚动形成凸轮副，凸轮42旋转经
凸轮副带动从动件43在沿竖直滑动副限位下上下升降(图示的Z轴)移动，如图3所示；从动
件43底部朝向挤出头3一侧固定安装有导线挤出装置5，导线挤出装置5用于挤出导电介质，
导电介质为铜丝导线。第二伺服电机41工作驱动凸轮42旋转，凸轮42在水平滑动副限位下
带动从动件43沿竖直滑动副上下升降移动。

[0026] 这样，第二伺服电机41驱动从动件43、导线挤出装置5沿图示Z轴上下平动，通过上述凸轮机构控制导线挤出装置位置，避免导线挤出装置影响挤出头正常工作。

[0027] 在凹槽的两侧槽壁设置为竖直的条形槽，从动件43的两侧设置有凸块，凸块嵌装于条形槽滑动连接使得从动件43的两侧和凹槽的两侧槽壁形成竖直滑动副。

[0028] 导线挤出装置5挤出口附近设置有切断装置；导线挤出装置停止工作时，切断装置切断导线。

[0029] 喷头底座受第一伺服电机驱动相对第一伺服电机绕第一旋转轴旋转；第一旋转轴垂直于水平面。凸轮受第二伺服电机驱动相对喷头底座绕第二旋转轴旋转；第二旋转轴垂
直于第一旋转轴。

[0030] 具体实施中，本发明的凸轮42具有一定的远近休止角和近休止角，远休止角设置为30度，近休止角设置为180度。将凸轮42的近休止角设置为180度，这样从而保证导线挤出
装置5工作时，从动件43稳定在最下端，进而保证导线挤出装置5正确地将导线挤出至熔融
的三维材料中。

[0031] 参见图3和图4，通过第二伺服电机41驱动从动件43沿竖直滑动副下降至最低点一段时，具体实施中第二伺服电机41偏心置于喷头底座22外侧面的下侧部，这样即为从动件
43运动到距离凸轮42选择中心最近点静止不动，挤出头3与导线挤出装置5共同工作，导线
挤出装置5将铜丝导线的导电介质挤出至挤出头3挤出熔融的打印材料内，进而打印三维模
型中内部含有电路的部分；

[0032] 参见图5，通过第二伺服电机41驱动从动件43沿竖直滑动副上升至最高点一段时，具体实施中第二伺服电机41偏心置于喷头底座22外侧面的下侧部，这样即为从动件43运动
到距离凸轮42选择中心最远点静止不动，导线挤出装置5远离下方的打印平面并停止工作，
仅挤出头3单独工作，打印三维模型中不含电路的部分。

[0033] 通过第二伺服电机41驱动从动件43沿竖直滑动副移动至最高点和最低点之间的一段时，导线挤出装置5也停止工作。

[0034] 切断装置位于导线挤出装置5处于最低点时的挤出口附近。当三维模型中含有电路的部分打印完成后，导线挤出装置内导线不应暴露在空气中，通过切断装置避免导线挤
出装置影响挤出头正常工作。

[0035] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明
精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。