张方林　周永莲

摘 要：为了避免传统熔融3D打印以及现有3DP打印弊端，本研发项目采用了如下技术方案：一种用于快速打印的高效打印机装置，包括底座，支撑杆，横梁，控制箱，显示屏，送料伸缩装置，电动滑轨，多头打印装置，连接块，驱动装置，打印平台，软件以及控制电路。

关键词：3DP；多头喷墨打印装置；滑轨伸缩；驱动喷墨一体化

中图分类号：R737.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0049-02

1 引言

本研发项目中在底座的上端设有支撑杆，支撑杆上设有横杆，横杆上设有控制箱，横杆下设有伸缩杆，伸缩杆和电动滑轨连接，而且电动滑轨通过连接块、滑轮固定在支撑杆上，伸缩杆移动的时候，滑轨同时也可以前后移动，而且底座上设有驱动装置、平衡顶块和打印平台，驱动装置驱动平衡顶块，然后带动打印平台移动，该研发项目结构简单，使用方便，尤其采用双头或多头打印，不仅仅可以有效的加快打印装置的打印速度（是传统熔融技术效率的100倍），同时平面尺寸可以达到1米以上，避免了大型物体多次打印拼接的麻烦性，而且也降低了成本。

2 背景技术

3D打印机又称三维打印机（3DP），是一种累积叠加制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，3D打印将三维实体变为若干层二维平面，运用特殊无机物SiO2（原砂）、陶瓷粉、粉末状金属或高分子塑料粉末等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料/黏合剂来制造三维的物体。通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件。以往喷墨层积造型（3DP）技术是3D打印技术中的一个非主流技术，并且国内处于试验研究阶段，效率和精度低，偶尔制作人像，工业化应用处于探索阶段。3DP打印机喷墨头粘结剂（树脂等）在计算机控制下，沿CAD确定的二维几何信息运动轨迹，喷头将液态粘结剂的喷印出来，凝固形成轮廓形状的薄层。当一层完毕后，通过垂直升降系统降下新形成层，进行固化。这样层层堆积粘结，自下而上形成该模型的三维实体，但是现有的机器因为机架强度、传动稳定性、送粉方式、机构设计、程序控制等因素，会大大影响产品成型的精确度和效率，而且有时候打印机的打印速度跟不上人们的需求，这样就需要多台打印机一起工作，这样不仅复杂，而且还增加了使用的成本。

附图1说明：

图1中：1机台底座、2平衡顶块、3驱动装置（2个）、4打印铺粉平台、5电动直线滑轨（带铺粉辊）、6打印装置（多头打印集成）、7操作按钮、8控制箱（控制主机）、9显示屏、10上送粉进料系统、11横杆、12送料伸缩装置、13连接块、14滑轮、15打印喷头。

具体实施方式：（1）驱动装置采用电机。（2）控制箱和横杆通过螺栓锁紧。（3）横杆的上端设有将伸缩装置固定的安装座。

下面将结合本研发项目实施例中的附图，对本研发项目实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本研发项目一部分实施例，而不是全部。

参照图1，一种用于快速打印的高效3D打印机装置，包括底座1，底座1的上端设有对称的多个筋板，支撑杆的上端设有横杆11，横杆11的上端设有控制箱8，控制箱8和横杆11通过螺钉锁紧，控制主机箱8的表面设有显示屏9，控制箱8的表面设有多个操作按钮7，横杆11的下端设有伸缩装置12，横杆11的上端设有将伸缩装置12固定的安装座以及进粉系统10，且伸缩装置12位于支撑杆之间，伸缩装置12的下端横向设有电动滑轨5，电动滑轨5上设有打印装置6，打印装置6靠近底座1的一側设有打印头15，电动滑轨5的两端均设有连接块13（连接块带感应装置），且连接块13卡接在支撑杆上，连接块13和支撑杆的连接处对称设有多个滑轮14，底座1的上端设有驱动装置3，且驱动装置3采用电机，驱动装置3的上端设有平衡顶块2，平衡顶块2的上端设有打印平台4，且打印平台4和打印装置6的位置对应。

3 本研发项目原理

本研发项目原理：底座1的上端设有支撑杆，支撑杆上设有横杆11，横杆11上设有控制机箱8，横杆11下设有伸缩装置12，伸缩装置和支撑杆之间的电动滑轨5连接，而且电动滑轨5通过连接块13、滑轮14固定在支撑杆上，伸缩装置12进行上下移动的时候，电动滑轨5也可以上下移动，而且底座1上设有驱动装置3、平衡顶块2和打印平台4，驱动装置3驱动平衡顶块2，然后平衡顶块2带动打印平台4移动。

本项目全新设计：（1）自动计量伸缩上下料控制装置系统；（2）多打印头连锁装置以及控制线路；（3）可满足工业现场使用的设备整体工业设计。

4 本研发机构工作过程

本研发机构工作过程：如图2所示。①通过计算机控制箱8启动机器并自检，各机构归零位。送料机构10按设置控制一次送粉量，伸缩头12下探至打印台4的粉盒上方送出粉料，②滑轨5前后移动先用铺粉辊铺平，同时安装在滑轨上的打印头15按照系统给出的图形轨迹指令，喷墨（粘结剂）打印一层。③当打印头15打印完毕，并且滑块13上感应头感应到预定位置，伸缩头12下探送粉，同时驱动装置3按设定行程下降，重复②动作。最终完成物体立体三维打印。

其中关键技术之一的多头打印连锁装置示意图（如图3）：

5 具体实施方式

如附图3所示多功能3D打印双头结构，打印滑车（14）通过传动齿带（1）实现上滑轨（2）、下滑轨（10）中的左右滑动，同时打印滑车（14）带动托板（7）做水平移动。

如前所述，托板（7）上安装有调距齿轮（6），该齿轮（6）上部有调整平口，通过调整平口带动齿轮（6）的旋转，可实现左打印头齿条（5）、右打印头齿条（9）的反向位移。

如前所述，两个打印头通过打印头安装板螺钉组（3）、螺钉组（8）安装于左、右打印头齿条（5、9）上，齿条的移动方向为反向移动并带动两个打印头移动。

如前所述，多功能双打印双头相互错位移动后，可实现同一部件的双份打印，并可根据打印部件的大小，进行双部件的打印位置的调整。多功能双打印头相向移动合并后，两喷头也可喷印不同溶剂“墨水”，可进行同一部件的双色打印。

本项目终端产品原型机已经装配完成，并进行了工艺试验，制件已经得到客户认可，成型效率和速度是传统3D激光熔融成型的100倍左右，设备成本大幅下降。二代升级版已被订购，正在装配。

参考文献

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[2]张昌明.三维打印机ZPrinter310 系统Z向升降台的结构设计[J].机械管理开发，2008，（8）：14-16.

[3]张鸿海.基于喷墨打印机的三维打印快速成型系统开发及实验研究[J].机械设计与制造，2012，（7）122-124.