一种彩色3D打印头及彩色3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及打印设备技术领域，特别涉及一种彩色3D打印头及彩色3D打印设备。

背景技术

3D打印生产技术是快速近净成型增材制造技术之一，它的基本原理是通过软件将计算机所设计出的三维部件实体图分解为若干平面切片层，经3D打印机将这些平面切片层按次序打印后输出，最终形成一个三维实体，从而生产出不同材质所需要的部件及组件，即3D打印是一种以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构造物体的技术。由于3D打印具有数字化、网格化、柔性化、客制化、个性化等特点，深受市场的重视与期待。

目前，主要的3D打印技术主要有FDM(Fused Deposition Modelling，熔融沉积成型)、SLM(Selective Laser Melting，选择性激光熔化)以及SLS(Selective LaserSintering，选择性激光烧结成形)等。

其中，由于FDM具有成本低、速度快、使用方便、维护简单、体积小无污染等特点，使得FDM具有较高的普及率。其工作原理是在控制器的控制下，将热熔丝送入打印头中加热到熔融状态后从喷嘴喷出，打印头按照打印件截面信息按照一定规则移动，喷出的丝材堆积填充于打印平台或者已经形成的部位，结构冷却凝固、层层堆积，最终形成所需的实体。一般FDM打印件为单一颜色，即丝材颜色单一。为满足FDM彩色3D打印，通常使用多个打印头打印或者多个进料口单个出料口的打印头进行打印。多打印头彩色打印就是每个打印头挤出一种颜色，实现同一个模型不同颜色的组合。多进料口单出料口的打印头彩色3D打印是从不同的颜色的材料从不同的进料口送进打印头，然后根据模型颜色按一定比例混合后经单个出料口挤出，实现彩色打印。

但是，目前市面上采用FDM多打印头的彩色3D打印机存在打印效率较低，不同颜色之间会有明显的接痕以及无法实现渐变色打印等问题。而采用多进料口单出料口打印头的彩色3D打印机则存在多种颜色材料混合不充分，进而导致打印出来的模型颜色控制精度较差的问题，若采用电机对多种颜色材料进行搅拌混合，又会因为打印头结构复杂、混合区较大等问题导致打印件的颜色渐变区过大。

实用新型内容

为了解决上述背景技术所述的技术问题，本申请提供了一种彩色3D打印头及彩色3D打印设备，可以使采用多进料口单出料口打印头的FDM彩色3D打印设备既能实现在较小的混合区中对各种进入混合腔的颜色丝材进行充分混合。

本申请中的一种彩色3D打印头，包括：进料机构、加热机构、混合机构以及打印喷嘴；

所述进料机构的一端设有至少两个用于送入颜色丝材的进料口，另一端与所述混合机构连接；

所述进料机构还包括至少两个进料通道，所述进料通道与所述进料口一一对应连通；

所述加热机构环设于所述进料机构远离所述进料口的一端；

所述混合机构包括混合腔，所述混合腔的内部设有磁力搅拌子，所述进料通道与所述混合腔连通；所述混合机构还包括驱动所述磁力搅拌子转动的磁力线圈以及出料通道；

所述打印喷嘴与所述混合机构靠近所述出料通道的一端连接，所述打印喷嘴还包括出料口，所述出料口与所述出料通道连通。

在一实施例中，所述彩色3D打印头还包括散热机构，所述散热机构环设于所述进料机构靠近所述进料口的一端。

在一实施例中，所述散热机构由若干散热片组成。

在一实施例中，所述加热机构包括用于将颜色丝材加热至熔融状态的加热器。

在一实施例中，所述混合机构的磁力搅拌子为细针状。

在一实施例中，所述进料机构靠近所述进料口的一端设有安装部。

本申请还公开一种彩色3D打印设备，包括丝材上料机构、丝材导管以及上述任意一项实施例所述的彩色3D打印头；

所述丝材导管的一端与所述丝材上料机构连接，所述丝材导管的另一端经所述进料口延伸至所述进料通道。

在一实施例中，所述彩色3D打印设备还包括X轴传动机构以及Y轴传动机构；

所述Y轴传动机构与所述X轴传动机构之间驱动连接；

所述彩色3D打印头安装于所述X轴传动机构的驱动端，或者安装于所述Y轴传动机构的驱动端。

在一实施例中，所述彩色3D打印设备还包括用于承托3D打印件的打印平台。

在一实施例中，所述彩色3D打印设备还包括Z轴传动机构；

所述打印平台安装于所述Z轴传动机构的驱动端上，所述彩色3D打印头与所述打印平台位置相对。

由上可知，本申请提供的一种彩色3D打印头及彩色3D打印设备，通过在彩色3D打印头设置磁力线圈并在混合腔中设置磁力搅拌子以实现在较小的混合区中对颜色丝材进行充分混合；可以避免因采用电机搅拌混合不同颜色的颜色丝材所导致的彩色3D打印头结构复杂，混合腔过大等问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的彩色3D打印头的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的彩色3D打印头的纵向剖面图。

图3为本申请实施例提供的彩色3D打印设备的结构示意图。

其中附图标记为：

彩色3D打印头-100，进料机构-110，进料口-111，进料通道-112，安装部-113，加热机构-120，混合机构-130，混合腔-131，磁力搅拌子-132，磁力线圈-133，出料通道-134，打印喷嘴-140，出料口-141，散热机构-150；

彩色3D打印设备-200，丝材上料机构-210，丝材导管-220，X轴传动机构-230，第一安装支架-231，Y轴传动机构-240，Z轴传动机构-250，第二安装支架-251，打印平台-252。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚的界定。

请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的彩色3D打印头的结构。

如图1所示，在一实施例中，该彩色3D打印头100，包括进料机构110、加热机构120、混合机构130以及打印喷嘴140。

请结合图2所示，该进料机构110的一端设有至少两个用于送入颜色丝材的进料口111，另一端与混合机构130连接。在进行彩色3D打印的过程中，用于3D打印的颜色丝材可以通过该进料口111进入彩色3D打印头100。具体的，可以设置多个进料口111以使多种不同颜色的颜色丝材分别进入彩色3D打印头100参与调色。

该进料机构110还包括至少两个进料通道112，进料通道112与进料口111一一对应连通，以使颜色丝材可以经进料口111进入进料通道112。

具体的，在本申请实施例中，进料口111可以为圆孔状，进料通道112与进料口111对接的一端可以为与进料口111直径相同的圆形，进料通道112远离进料口111的一端可以为直径较进料口111小的圆形，并且，在进料通道112远离进料口111的一端可以将多个进料通道112汇聚在一起，从而使得各种不同颜色的颜色丝材得以在多个进料通道112的交汇之处实现汇聚。本申请实施例并不对进料口111以及进料通道112的形状以及连通方式进行具体的限定，在实际应用中可以根据需对其进行变换。

该加热机构120环设于进料机构110远离进料口111的一端，以对进料通道112远离进料口111的一端进行加热，将进料通道112内部的颜色丝材加热至熔融状态。

具体的，加热机构120的加热温度决定了丝材的黏结性、堆积性以及流动性。加热温度应该与颜色丝材的材料性质相匹配，温度的高低会对打印零件的品质产生直接的影响。

该颜色丝材可以采用聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(NYLON)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)或者ABS(Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等的热塑性材料。上述材料具有良好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。而且可与多种树脂配混成共混物。当然，除此之外还可以采用其他适用于3D打印的热塑性材料，本申请对此不做限定。

该混合机构130包括混合腔131，混合腔131的内部设有磁力搅拌子132，进料通道112与混合腔131连通；混合机构130还包括驱动磁力搅拌子132转动的磁力线圈133以及出料通道134。

具体的，各个进料通道112中的颜色丝材在经过加热机构120的加热后将获得呈熔融状态的颜色丝材，呈熔融状态的颜色丝材在进料通道112的交汇处汇聚后一同进入混合腔131。混合腔131中的磁力搅拌子132受磁力线圈133作用，在混合腔131内转动，从而实现对混合腔131中的呈熔融状态的颜色丝材进行充分的搅拌混合，随后，充分混合后的颜色丝材将向出料通道134流动。较小的混合腔131可以做到颜色的精准混合和变换，提升颜色的控制精准度。

该打印喷嘴140与混合机构130靠近出料通道134的一端连接，打印喷嘴140还包括出料口141，出料口141与出料通道134连通。最终，经过充分混合的颜色丝材通过打印喷嘴140的出料口141喷出。

由上可知，本申请实施例中的彩色3D打印头100通过在混合机构130设置磁力线圈133，并在混合机构130的混合腔131内设置磁力搅拌子132，不仅可以实现对不同颜色的颜色丝材进行充分的搅拌混合，并且可以避免因采用电机搅拌混合不同颜色的颜色丝材所导致的彩色3D打印头100结构复杂，混合腔131过大导致颜色混合精准度较低等问题。

在一实施例中，该彩色3D打印头100还包括散热机构150，散热机构150环设于进料机构110靠近进料口111的一端。该散热机构150的作用主要只在于可以避免彩色3D打印头100在长时间打印时，加热机构120的高温过多扩散到非加热区，进而将进料通道112内靠近进料口111的颜色丝材融化。

其中一种实现方式中，该散热机构150由若干散热片组成。具体的，散热片多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等。一般的，散热片在使用中将元器件发出的热量更有效地传导到散热片上，再经散热片散发到周围空气中去。其中，该散热片可以与打印头一体成型，也可以通过其他方式安装于打印头上。可以理解的，本申请不限定该散热片的具体结构形态。

在一实施例中，该加热机构120包括用于将颜色丝材加热至熔融状态的加热器。本申请对加热器的类型以及型号不做具体的限定，以能达到使颜色丝材呈熔融状态的加热器为准。

其中，该混合机构130的磁力搅拌子132可以为细针状。磁力线圈133带动磁力搅拌子132搅拌子的原理是利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动磁力搅拌子132进行圆周运转，从而实现对颜色丝材的充分搅拌混合。

为了便于打印头的安装，在一些实现方式中，该进料机构110靠近进料口111的一端设有安装部113。该安装部113可以使该彩色3D打印头100安装于打印设备之上。具体的安装方式可以根据实际使用的情况进行选择，可以但不限于采用螺纹、卡扣、粘合、焊接等方式。

请参阅图3，图3示出了本申请实施例提供的彩色3D打印设备的结构。

如图3所示，在一实施例中，该彩色3D打印设备200，包括丝材上料机构210、丝材导管220以及上述任意一项实施例所述的彩色3D打印头100。

该丝材导管220的一端与丝材上料机构210连接，丝材导管220的另一端经进料口111延伸至进料通道112。

具体的，该彩色3D打印设备200的丝材上料机构210的数量可以根据送入彩色3D打印头100的颜色丝材的颜色数量进行设置，丝材上料机构210的作用主要在于可以根据打印时所需要的颜色，对不同颜色的颜色丝材以不同的速度推入彩色3D打印头100或者从彩色3D打印头100中抽回。

通过丝材上料机构210对不同颜色的颜色丝材进行上料控制，可以控制该打印头最终所能混合得到的颜色，从而在同一个3D打印头中能够喷出多种不同颜色的3D打印用的材料，满足产品对不同部分颜色的打印需求。

在一实施例中，该彩色3D打印设备200还包括X轴传动机构230以及Y轴传动机构240。

该X轴传动机构230设有用于与彩色3D打印头100的安装部113固定连接的第一安装支架231，X轴传动机构230可以安装在第一安装支架231上的彩色3D打印头100沿X轴滑动，以使彩色3D打印头100可以沿X轴方向打印。

该Y轴传动机构240与X轴传动机构230为可滑动的连接；该Y轴传动机构240可以使X轴传动机构230沿Y轴滑动，以实现彩色3D打印头100沿Y轴方向打印。

在一实施例中，该彩色3D打印设备200还包括用于承托3D打印件的打印平台252。

在一实施例中，彩色3D打印设备200还包括Z轴传动机构250；该Z轴传动机构250设有可滑动的第二安装支架251；该打印平台252安装于第二安装支架251；该彩色3D打印头100与打印平台252相对。

具体的3D打印件的首层就打印在打印平台252上。每打印完一层，打印平台252就在Z轴传动机构250的驱动下下降一个层厚的距离，彩色3D打印头100便开始打印新的一层。在这过程中，若需要变换颜色，只需通过丝材上料机构210对不同颜色的颜色丝材进行上料控制，从而获得混合得到的其他颜色的材料后再进行打印。如此重复，直至打印完成。

由上可知，本申请提供的一种彩色3D打印头及彩色3D打印设备，通过在彩色3D打印头设置磁力线圈并在混合腔中设置磁力搅拌子以实现在较小的混合区中对颜色丝材进行充分混合；通过在彩色3D打印设备设置丝材上料机构以实现对进入彩色3D打印头的颜色丝材的用量进行的精准控制，进而实现对彩色3D打印头喷出的颜色丝材的颜色进行精准控制，从而实现对彩色3D打印件的颜色进行精准控制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。