堆叠式彩色三维打印机用双通道汇聚式彩色打印头.pdf

本发明公开了一种能实现精密打印的堆叠式彩色三维立体打印机的双通道汇聚式彩色打印头(以下简称：双进单出彩色打印头)，在堆叠式彩色三维立体打印机中将两个送丝泵送出的单色塑料丝通过喷咀内结构自动完成混色过程，保证打印彩色三维立体工件时各色熔丝无温差融合，挤出彩丝，实现打印高精密度。使打印工件的机械强度达到材料的机械强度指标，同时维修更换方便，节约资源，减少能耗，降低成本，结构简单，稳定可靠。

权利要求书
1.  一种堆叠式彩色三维立体打印机的双进单出彩色打印头，包括送丝泵、导丝软管、法兰盘、加热腔、加热器、温度传感器和喷咀，其特征是：喷咀法兰盘上设置有对称两个导丝孔，各与法兰盘上端平面呈45～60°夹角，两个导丝孔在下端顶角处交措相切合成圆孔，连接至喷咀上端内径形成双通道结构；
设置两个送丝泵，两个送丝泵设置在行走托架上的长方形法兰盘的中间位置，各送丝泵的出丝孔分别通过导丝软管连接喷咀法兰盘上的导丝孔上端；喷咀法兰盘中心位置设置加热腔，在加热腔内设置加热器，在加热腔上部设置温度传感器，在加热腔外部下端设置一个喷咀，喷咀外部呈圆锥台形状，双通道喷咀上端内径等于导丝孔直径，下部小圆台中心设置有出丝孔。

2.  根据权利要求1所述的堆叠式彩色三维立体打印机的双进单出彩色打印头，其特征是：喷咀法兰盘内的两侧导丝孔设置成与上端平面呈45～60°夹角，导丝孔出口部位相邻边相切，相切部位等于导丝孔直径。 

说明书堆叠式彩色三维打印机用双通道汇聚式彩色打印头
技术领域
本发明属于一种堆叠式三维打印机打印头技术，具体是一种能实现精密打印的堆叠式彩色三维立体打印机的双进单出彩色打印头。 
背景技术
公知技术中堆叠式三维立体打印机的打印程序是在惠普喷墨打印机打印程序的基础上开发而来，在堆叠式三维立体打印过程中打印程序默认打印材料是液态流动的，只需要给出每个打印头的关闭和给进指令，只有在工件打印结束时才给出全部打印头关闭加热电源的指令。 
在加热控制系统中开关单元，温度传感器单元，加热器单元无故障时，两个加热系统完成加热的时间不同，完成加热的质量不同。反映在打印工件上会看到直边上的分层呈现出一层长，另一层短；一层宽，另一层窄。且层间熔融不牢靠，工件的机械强度不够。如果设置成双头分别打印两个设计相同的工件时就会看到打印出的两个工件之间形状和质量差异。这是现有的堆叠式双头三维立体打印机存在的技术和质量上的缺陷。 
现有的堆叠式三维立体打印机的打印头（见图1），带进丝口1-k的送丝泵1-e连接进丝导管1-q，进丝导管1-q通过法兰盘1-i连接喷嘴1-j，在法兰盘1-i上设置加热器1-l和温度传感器1-t。在现有的堆叠式三维立体打印机打印过程中断丝是常见的故障，有人分析认为是因不锈钢进丝导管受热不散，使塑料丝软化无力进入喷咀1-j加热腔所致。因此，在固定打印头的长方形法兰座上加装冷却风扇，由于机械结构的缺陷冷却效果不明显，反倒造成冷风扰动减少了打印工件在平台板上附着力，加大了打印过程中工件脱落地风险，并使加大打印材料附着力成为业界的难题。 
公知技术的堆叠式三维立体打印机均使用MK8结构类型的打印头（见图1），均为单进单出的单色打印头，当安装有A、B两个MK8结构类型的打印头后称双头三维立体打印机。如果在A、B双头分别加上不同颜色的塑料丝后则成为双色三维立体打印机。现有双色交换过程是两个打印头通过切换送丝运行动作顺序来实现，由于打印头结构和控制系统缺陷，现有的堆叠式三维立体打印机的打印头组装成的双色彩色打印机当一个打印头“暂停”工作时，其加热器的余热还会令喷咀内的余料流出，产生掺色污染打印工件，破坏打印质量和浪费余料现象。对此，国外有人设计了暂停工作的打印头的倒丝和靠边擦咀装置和程序。而换色必断丝的缺陷仍然存在。加大了机器的复杂度和制造成本以及使用成本。 
发明内容
本发明的目的是提供一种能实现精密打印的堆叠式彩色三维立体打印机的双进单出彩色打印头，将双色塑料丝熔融混色的过程设置在喷咀内完成。能实现高精度打印质量及三维立体彩色工件。 
本发明提供的技术方案：包括送丝泵、导丝软管、法兰盘、加热腔、加热器、温度传感器和喷咀，其特征是：喷咀法兰盘上设置有两个对称的导丝孔，各与法兰盘上端平面呈45～60°夹角，两个导丝孔在下端顶角处交措相切合成圆孔，连接至喷咀上端内径形成双通道结构； 
设置两个送丝泵，两个送丝泵设置在行走托架上的长方形法兰盘的中间位置，各送丝泵的出丝孔分别通过导丝软管连接喷咀法兰盘上的导丝孔上端；喷咀法兰盘中心位置设置加热腔，在加热腔内设置加热器，在加热腔上部设置温度传感器，在加热腔外部下端设置一个喷咀，喷咀外部呈圆锥台形状，喷咀上端内径等于导丝孔直径，下部小圆台中心设置有出丝孔。
上述的喷咀法兰盘内的两侧导丝孔设置成与上端平面呈45～60°夹角，导丝孔出口部位相邻边相切，相切部位等于导丝孔直径。 
本发明的积极效果：能够实现工件的伪真彩标准的彩色打印效果，相当于计算机中8位色彩分辨率。单个加热器置于中心加热方式使热效利用率提高85％以上，节能效率提高2倍，省去主板上重复设置的温度控制电路和器件，简化软件包，消除各加热电路回路中每个硬件单件技术参数未保证一致性造成熔丝温差引起的打印质量问题的缺陷，消除现有技术的打印头多头方案中多个喷咀带来的组装和调平麻烦和多头刮碰破坏打印层面的弊端。本发明采用双进单出彩色打印头简化了主板加热控制电路，大大节省器件，减少运行能耗，可靠和稳定，加工成本降低。 
双通道喷咀保证彩色打印头的打印材料调色和换色在喷咀内熔融状态下完成，只要打印指令没有停止，吐丝就不会中断。实现恒温出丝匀，换色不断丝，实现色彩分离度和混合度可调的要求。在色彩分离度选择合适时可在被打印出的工件上看到色彩分明的几何图案，反之，在色彩混合度选择合适时可在被打印出的工件上看到双色渐变的彩色几何图案，且表面平整和层间熔融合牢固。消除了现有多头堆叠式三维立体打印机中的断丝换色及喷咀内的余料流出的缺陷，和产生掺色污染打印工件，破坏打印质量和浪费余料的缺陷。 
本发明中设置的导丝软管一是适应导丝路径的不竖直特性。二是从机械设计结构上实现材料隔热性加倍的效果，省去外加冷却装置而又不会造成断丝缺陷。 
双进单出彩色打印头便于制造流程中的质量控制和打印机的升级扩容，以及故障分析，维修更换，节约资源，减少能耗，降低成本，结构简单，稳定可靠。降低制造和维修成本，方便用户维护。 
双进单出彩色打印头可用于新技术三维立体打印机，也适用于现有技术三维立体打印机的技术升级，提高和保证打印质量。 
附图说明
图1是现有的立体打印机常用打印头结构示意图。 
图2是本发明的喷咀法兰盘和喷咀结构主视示意图。 
图3是本发明的喷咀法兰盘和喷咀结构右视示意图。 
图4是本发明的喷咀法兰盘和喷咀结构仰视示意图。 
图5是实施例双通道汇聚式彩色打印头结构示意图。 
具体实施方式
实施例具体结构是：见图5，双进单出彩色打印头设置两个送丝泵1-e，两个送丝泵1-e通过螺栓固定在长方条形法兰座5-1上，长方条形法兰座5-1设置在行走托架5-3上，行走托架通过固定的直线轴承连接在X轴导轨上；喷咀法兰盘2-3通过螺栓2-1连接在长方条形法兰座5-1中间位置，两个送丝泵1-e的出丝孔处5-2分别通过导丝软管5-4连接喷咀法兰盘2-3上的两个导丝孔上端2-6、2-7，两个导丝孔上端呈对称形分布（见图2）设置；喷咀法兰盘内的两侧导丝孔设置成与上端平面呈45～60°夹角，改变夹角的大小可以控制双通道喷咀（见图2）喷丝的色彩分离度和混合度。导丝孔出口2-6A、2-7A部位相切于喷咀上端2-8内，相切部位空间口径等于导丝孔直径。喷咀法兰盘2-3中心位置设置加热腔2-4，在加热腔2-4内设置加热器2-5，在加热腔上部设置温度传感器2-2，在加热腔外部下端设置一个喷咀2-9，外部呈圆锥台形状；圆锥台中心设置出丝孔2-10。保证彩色打印头的打印材料调色和换色在双通道喷咀内熔融状态下完成，只要打印指令没有停止，吐丝就不会中断。为适应大尺寸工件的长时间可在5-6位置加装一个风扇给螺栓2-1适当降温，防止加热器余热传导到送丝泵。 
见图1、5，当两个单色塑料丝送丝泵1-e进料孔中分别装填红、黄、两色ABS塑料丝后，打开打印机电源开关，打印机主板上的主控系统程序启动自检程序，完好后进入等待状态。然后，手动将等待状态切换到加热初始化状态，把彩色打印头加热温度设置成240℃，启动加热命令。加热器2-5的电阻式陶瓷加热管加热，铜合金材质的喷咀法兰盘2-3中的加热腔2-4被迅速加热温度达到240℃时分控系统进入恒温控制状态，控制状态时间≤6秒钟，能够保证铜合金材质的双通道喷咀在快速打印时工作温度在240±1℃精度。温度传感器2-2被螺丝垫片压紧在喷咀法兰盘2-3上；加热器对两侧导丝孔相交部位进行内热式加热，有效提高了加热器热能的利用，减少了结构造成的读数误差，提高加热控制回路模块的控制精度。 
见图5，送丝泵1-e送出的单色塑料丝由不锈钢丝编制的导丝软管5-4引导到喷咀法兰盘2-3中相应的导丝孔2-6、2-7中，到达导丝孔下端2-6A、2-7A时，受到来自加热器2-5的熔丝高温，给进到达的单色塑料丝被熔化在双通道喷咀2-9内圆锥台构成的压缩空间，在连续送丝状态时，进入导丝孔的两个单色塑料丝沿45～60°角相措2-8给进，其携带的力传递给液态塑料浆促使其沿双通道喷咀内壁向下做旋涡式运动，迫使双色塑料丝熔化成混色塑料浆。恒温的液态塑料浆一直保持良好的流动性，使混色能力和效果达到彩色喷墨打印机的技术要求。旋涡力通过双通道喷咀下端小孔2-10释放喷出彩丝。双通道喷咀2-9喷咀内壁设置成圆锥台结构，冷却后也不会出现因塑料凝固发生抱闸现象而取不下来。 
由于本发明的双进单出彩色打印头是采用调整导丝孔下端2-6A、2-7A形成的夹角来实现色彩分离度和混合度要求，则夹角小则提高打印的色彩分离度，夹角大则相反，当喷出细丝呈不规则双色的色彩拖尾现象时，使用加大夹角增强混合度或减小夹角提高分离度方法都可以消除。当夹角适合时，进丝一侧熔出压力大于暂停一侧余料熔出压力，则有效阻断暂停一侧余料熔出，完全杜绝公知的双头打印时的掺色现象。夹角与色彩分离度成反比。选择色彩分离度时需要根据打印所使用的塑料料丝直径尺寸来更换相应喷咀法兰盘来实现。由于双进单出彩色打印头的打印材料调色和换色是在喷咀内熔融状态下完成，只要打印指令没有停止，吐丝就不会中断。在色彩分离度选择合适时可以在被打印出的工件上看到色彩分明或渐变的几何图案，且平整的表面和层间熔融合牢固。