[发明专利]多喷头3D打印机

说明书

本发明公开了一种多喷头3D打印机，解决当前FDM型3D打印机打印效率低、速度慢以及大尺寸打印机设计制造难度大的问题。包括多个喷头组件，每个喷头组件中包含多个可独立控制送丝的喷头，每个喷头组件均可在对应的XY轴运动机构的驱动下独立做XY方向运动。多个喷头组件均支持多材料打印，可以在支撑材料与模型材料之间自动切换，通过多个喷头组件并行打印，提升了打印机的打印效率，同时本发明采用固定式打印平台结构降低了大尺寸打印机设计加工难度。

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种多喷头3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。目前基于熔融沉积成型（FDM：Fused Deposition Modeling）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。

FDM打印机是通过将打印耗材熔融后挤成丝状，由点到线再到面慢慢堆叠沉积成型，因此和面成型工艺的3D打印技术相比，其打印效率较低，特别是打印较大尺寸的模型时，时常需要数十小时才能完成，因此这就限制了该项技术应用于大尺寸打印机上。目前常见的提高打印效率的方法是增加单层层厚，而增加层厚后会导致打印精度变低，使得模型表面变得粗糙。因此通过简单增加层厚来提高效率并不是理想选择。

目前已有专利提出了利用多打印头并行打印以提高打印效率的打印机结构，如申请号为201520670412.6的实用新型专利《一种多喷头3D打印机》，其提供了一种可实现并行打印的3D打印机，该打印机采用多个可独立运动的喷头来实现多喷头并行打印功能，但其方案存在以下不足，一是其每个喷头组件上仅有一个喷头和一个送丝机构，这种方式虽然结构简单，但因为只有一个喷头，模型与支撑只能使用同一种材料来打印，从而导致打印完成后去支撑的工作变得非常麻烦，这一缺陷在大尺寸复杂件打印时尤为明显，如果去支撑时一不小心伤到的模型本身，整个打印件就报废掉了。

其第二个不足之处在于，其采用喷头只实现水平运动，由打印平台来实现垂直运动，这一结构应用在大尺寸打印机上并不是特别理想，原因在于当打印尺寸加大后，打印件的极限重量会呈指数级增长，例如当打印机尺寸在400×400×400mm时，按材料密度为1.0g/cm³计算，其极限重量为64Kg；而当尺寸增加到1000×1000×1000mm时，其极限重量会增加到1000Kg。这就导致对平台的承载要求、平面度要求和加工精度要求均变得非常严苛，也由于此原因，如龙门铣床、落地躺铣床等大型机床几乎没有让工作台做Z向运动的。而多喷头并行打印方案在大尺寸打印方面才更有优势，其这一结构却增加了大尺寸打印机的设计制造难度。

申请号为201410445613.6的发明专利《多打印头的3D打印机的打印头、打印机构及3D打印机》专利中给出了另一种结构的多喷头并行打印的机构。该方案要求各喷头的运动平面不重叠，其通过能够实现伸缩的喷头让不在同一平面运动的喷头最终可以在同一高度进行打印，该方案的优势在于多个打印头不在同一平面运动，且喷头可伸缩，因此各喷头均可在全打印区域范围内独立运动。但当喷头数量较多时，该方案需要上层的喷头能够满足伸出时与最下层喷头处于同一平面，收缩后要能完全进入基座内，以使其能够跨过相邻层喷头，要实现这种喷头结构会非常复杂且精度难以保证。

如上分析，可以看出现有技术中多喷头并行打印的方案并不是非常理想。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多喷头3D打印机，通过采用支持多材料的喷头组件以及固定式打印平台结构，较好地实现了多打印头并行打印功能。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：