一种3D打印机均匀供料系统

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种3D打印机均匀供料系统。

背景技术

光固化3D打印机通常会用到供料装置，其原理是将被打印物体分成若干层，每固化一层，需在工作台区域均匀铺设一层打印材料，反复循环直至打印完成。供料装置的作用就是将打印材料以定量的方式补充到打印区域附近再由其它装置均匀涂沫在工作平台上，以此实现打印供料功能。

随着光固化技术的发展，打印面积越来越大，刮刀的长度也越来越长，对于自流性较差的黏性浆料来说，在刮刀进行开始刮平动作前，供料装置供的料的分布状态尤其重要。如果所供之料聚集在某个极小的位置，很有可能在刮刀刮平过程中出现浆料无法均匀分散到刮刀全长的情况，造成的结果就是打印材料不能全区域覆盖铺在工作台面上，进而造成由于打印面缺料所引发的打印失败。虽然现有一些供料装置通过特定的机械装置或通过特定的小孔挤出，可使得供料覆盖更加全面，但是大部分只适用于固体浆料，而且当进行大面积供料时，目前供料装置的供料效率很难满足打印需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种3D打印机均匀供料系统。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

提供一种3D打印机均匀供料系统，包括：若干浆料分流层级，且每个浆料分流层级均由若干分配节点单元组成；

所述分配节点单元包括：一个进料口及若干出料口，位于下一层级的分配节点单元中的进料口与位于上一层级的分配节点单元中的出料口连通；

位于最后层级的分配节点单元的各个出料口作为3D打印机均匀供料系统的总出料口。

进一步的，位于上一层级的分配节点单元出料口的数量与位于下一层级的分配节点单元的数量相一致。

进一步的，位于第一层级中的分配节点单元的数量为一个，且各个层级中的分配节点单元的出料口的数量为两个。

进一步的，位于最后层级的分配节点单元的各个出料口作为3D打印机均匀供料系统的总出料口呈矩阵排列，且所述总出料口的矩阵排列方式为一维矩阵排列方式、二维矩阵排列方式或三维矩阵排列方式。

进一步的，位于最后层级的分配节点单元的各个出料口作为3D打印机均匀供料系统的总出料口呈曲线排列，或，位于最后层级的分配节点单元的各个出料口分布在不同的平面上。

进一步的，所述分配节点单元还包括：多通管；所述多通管中的其中一个管路与所述分配节点单元的进料口连接，其他管路与所述分配节点单元的出料口连接。

进一步的，所述多通管中，与所述分配节点单元出料口连接的各个管路的直径相同，且小于与所述分配节点单元进料口连接的管路的直径。

进一步的，所述的一种3D打印机均匀供料系统，还包括：容置板块以及用于封闭所述容置板块开口处的盖板，所述分配节点单元布置在所述容置板块内；所述容置板块上设置用于与供料桶连接的总进料口，所述盖板上开设用于与打印平台连通的若干通孔。

进一步的，位于第一层级的分配节点单元的进料口与所述容置板块上设置的所述总进料口连通，位于最后层级的分配节点单元的各个出料口分别设置于所述盖板上开设的各个通孔内。

本发明采用如下技术方案：本申请通过浆料分流层级的方式将打印材料更加均匀的供给至打印平台，不仅便于刮刀铺料，保证浆料均匀、全面的覆盖在打印区域，而且打印材料的输送更加顺畅，降低卡料、堵料的可能性，适用于流动性较差的黏性液体材料或精细粉末固体材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种3D打印机均匀供料系统的外部结构示意图；

图2是本发明一种3D打印机均匀供料系统的内部结构示意图；

图3是本发明浆料分流层级的结构示意图；

图4是本发明分配节点单元的结构示意图；

图5是本发明采用线性供料方式的示意图；

图6是本发明采用二维矩阵供料方式的示意图；

图7是本发明采用圆弧供料方式的示意图；

图8是本发明采用曲线供料方式的示意图；

图9是本发明采用两个平面供料方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，在一些说明性的实施例中，本发明提供一种3D打印机均匀供料系统，包括：若干浆料分流层级，图3是以四层的浆料分流层级为例进行展示，分别为第一浆料分流层级、第二浆料分流层级、第三浆料分流层级、第四浆料分流层级。下文中，下一层级是指更靠近总出料口的浆料分流层级，上一层级是指更远离总出料口的浆料分流层级。

每个浆料分流层级均由若干分配节点单元组成。如图3-4所示，分配节点单元包括：一个进料口1、若干出料口2、多通管3。多通管3的管路数与进料口及出料口的数量和一致，具体的，多通管3中的其中一个管路与分配节点单元的进料口1连接，其他管路与分配节点单元的出料口2连接，使得由进料口1进入的打印材料被分配分流至各个出料口2输送而出，以匹配多个层级之间分配节点单元的连接，保证浆料输送顺畅度的前提下使得浆料出口逐级增多。

其中，为进一步保证供料均匀性，多通管3中，与分配节点单元出料口连接的各个管路的直径相同，同时为避免浆料输送时出现断节的现象，多通管3中与分配节点单元出料口连接的各个管路的直径小于与分配节点单元进料口连接的管路的直径。

本实施例中，如图3所示，位于下一层级的分配节点单元中的进料口1与位于上一层级的分配节点单元中的出料口2连通，具体的，两层级之间的分配节点单元相连接位置处可共用同一管道接口，也可使用不同的管道接口并利用法兰连接。其中，位于上一层级的分配节点单元出料口2的数量与位于下一层级的分配节点单元的数量相一致，使得每一层级的出料口均有分配节点单元进行对接，保证浆料可等量的自总出料口4输送而出。

下面为描述材料分流的方式，本文将每一个材料进行分流的位置称为节点，并将各个节点用An、Bn、Cn、Dn、En、Fn进行区分；An、Bn、Cn、Dn、En、Fn分别是指第一至第六浆料分流层级中的第n个分配节点单元中的节点。

位于最后层级的分配节点单元的各个出料口作为3D打印机均匀供料系统的总出料口4呈矩阵排列。总出料口4的矩阵排列方式为一维矩阵排列方式、二维矩阵排列方式或三维矩阵排列方式。

如图5所示，为总出料口4采用一维矩阵排列方式进行布置，箭头方向为浆料移动方向，一维矩阵排列方式即指矩阵只有一排，此时也可称为采用线性方式进行供料。将材料在第一浆料分流层级中的分配节点单元的进料口挤入管道，沿着箭头方向前进，通过节点A1时，管路被一分为二，材料随之分为二路，在管路流阻相同的情况下，材料此时被均匀分流。分流后的两路材料在外力的作用下继续前进，分别经过节点B1和节点B2，在节点B1和节点B2浆料按相同方式分流，在节点B1处分流成两路，在节点B2处分流成两路，即第二浆料分流层级中的分配节点单元进一步分流。材料在管路流阻相同的情况下等量继续沿着箭头所指方向前进，分别经过由节点C1、节点C2、节点C3和节点C4共同构成的总出料口4。由此，整个管道设计完成，并在最后节点实现一条直线地均匀供料。另外，可以在特定长度内，根据需求不同，设计不同的间距，得到特定间隔的供料料堆，也可以在材料经过节点C1、节点C2、节点C3、节点C4继续二分，获得更多的供料点。

如图6所示，为总出料口4采用二维矩阵排列方式进行布置，箭头方向为浆料移动方向。在外力的作用下，将材料在第一浆料分流层级中的分配节点单元的进料口挤入管道，沿着箭头方向前进，通过节点A1时，材料被一分为二，材料随之分为二路，在管路流阻相同的情况下，材料此时被均匀分流。分流后的两路材料在外力的作用下继续前进，分别经过节点B1和节点B2，再分流成两路。材料在管路流阻相同的情况下等量继续沿着箭头所指方向前进，分别经过了节点C1、节点C2、节点C3、节点C4，每个节点再次各分为两路。分流后沿着箭头所指方向继续前进，进入节点D1～D8，在节点D1～D8进行分配，通过等阻流道进入节点E1～E16。节点E1～E16共同构成的总出料口4，由此，整个管道设计完成，并在最后节点实现供料。

位于最后层级的分配节点单元的各个出料口作为3D打印机均匀供料系统的总出料口呈曲线排列，或，位于最后层级的分配节点单元的各个出料口分布在不同的平面上。

如图7所示，为一种圆弧供料方式，即位于最后层级的分配节点单元的各个出料口位于一圆弧上。在第一浆料分流层级中的分配节点单元的进料口挤入管道，沿着箭头方向前进，通过节点A1时，管路被一分为二，材料随之分为二路，在管路流阻相同的情况下，材料此时被均匀分流，分流后的两路材料在外力的作用下继续前进，分别经过节点B1和节点B2，在节点B1处分流成两路，在节点B2处分流成两路。材料在管路流阻相同的情况下等量继续沿着箭头所指方向前进，分别经过由节点C1、节点C2、节点C3和节点C4共同构成的总出料口4。

如图8所示，为一种曲线供料方式，即位于最后层级的分配节点单元的各个出料口位于一曲线上。在第一浆料分流层级中的分配节点单元的进料口挤入管道，沿着箭头方向前进，通过节点A1时，管路被一分为二，材料随之分为二路。在管路流阻相同的情况下，材料此时被均匀分流，分流后的两路材料在外力的作用下继续前进，分别经过节点B1和节点B2，在节点B1处分流成两路，在节点B2处分流成两路。材料在管路流阻相同的情况下等量继续沿着箭头所指方向前进，分别经过节点C1、节点C2、节点C3、节点C4，并在节点C1、节点C2、节点C3、节点C4上再次各分为两路，分流后沿着箭头所指方向继续前进，进入节点D1～D8。节点D1～D8共同构成的总出料口4，由此，整个管道设计完成，并在最后节点实现供料。

需说指出的是，在一些管道设计中，由于整体结构的原因，会出现一些分流后的管道长度不等问题，如图7中的节点B1、节点B2，即路径长度不同，但只要实现等流阻，同样可以具有相同功能。

除了平面，同时也能在三维立体空间曲面、球面上实现同样功能，将图7-8中所示的曲线供料方式应用在曲面、球面上即可，即位于最后层级的分配节点单元的各个出料口分布在曲面、球面上，现就一种立体空间供料方法作为示例进行说明：

如图9所示，在外力的作用下，在第一浆料分流层级中的分配节点单元的进料口挤入管道，沿着箭头方向前进，材料通过节点A1时被一分为二，材料随之分为二路，在管路流阻相同的情况下，材料此时被均匀分流。分流后的两路材料在外力的作用下继续前进，分别经过节点B1和节点B2，在节点B1和节点B2浆料按上述相同方式分流，即节点B1分流成两路，节点B2分流成两路。材料在管路流阻相同的情况下等量继续沿着箭头所指方向前进，分别经过节点C1、节点C2、节点C3、节点C4。每个节点再次各分为两路，分流后沿着箭头所指方向继续前进，进入节点D1～D8，在节点D1～D8再次进行分配，通过等阻流道进入节点E1～E16。在节点E1～E16进行分配后，通过等阻流道进入节点F1～F32，节点F1～F32共同构成的总出料口4，由此，整个管道设计完成，按照上述方法获得两个平面的供料。

本发明的3D打印机均匀供料系统实现在每一次分流时，都是等量二分。流道的流阻相同，每次分流都能实现等量。如果物理路径不同，则通过优化设计，实现等流阻，使得每条路径的流阻相等，比如，长度较短的流道设计的管道摩擦力较大，在路径长度不等的情况下，实现每个出口流量相等。通过多级分配，理论可以形成无限线性节点，可根据实际需求任意扩展，通过末端出料口分布设计，可以获得出料间距，从而满足实际需要，适用于一条线(直线、圆、圆弧、曲线)、一个二维面以及三维立体空间。

进一步的，位于第一层级中的分配节点单元的数量为一个，且各个层级中的分配节点单元的出料口2的数量为两个。在进料端将浆料挤入，通过线性管路将黏性浆料输入，通过第一层级的分配节点单元对浆料进行一次分配分流，分流后的浆料在外力的作用下继续前进，进入第二层级的分配节点单元，再次进行分配分流，就这样由开始的一路分配成两路，再由两路分配成四路，以此类推。经过多级分配分流后，在出料口出料，实现供料，在特定长度内可以根据需求设计不同的间距和总长度，得到特定密度的供料料堆。

除此之外，由一个分配节点单元开始进行分流，且每经过一个分配节点单元被分配为两路浆料，此时各分配节点单元具有一个进料口和两个出料口，此时供料情况较两个以上供料口更加顺畅，而且无需配置较大的挤压动力，降低系统能耗。

如图1-2所示，本发明还包括：容置板块5、盖板6。

容置板块5上开槽，分配节点单元布置在容置板块5内，盖板6用于封闭容置板块5的开口处，使得供料系统整体近似于密封状态。容置板块5上设置用于与供料桶连接的总进料口7，盖板6上开设用于与打印平台连通的若干通孔，通孔的数量与总出料口4的数量一致，且布置位置相对应，使得本发明的均匀供料系统可以更好的与3D打印机其他部件进行对接。

位于第一层级的分配节点单元的进料口与容置板块5上设置的总进料口7连通，位于最后层级的分配节点单元的各个出料口分别设置于盖板6上开设的各个通孔内。如图1-2所示，经过三次分流后浆料被分成了八路，在容置板块5上方设计一个盖板6对板块进行密封，同时在三次分流后的管道末端处对应开通孔，物料由八个通孔挤出，形成均匀的线性料堆。

本申请针对流动性较差的黏性液体材料或者精细粉末固体材料，解决了具有黏性特征的线性供料问题，即能够均匀地形成线性料堆，再通过其它专有设施带走，实现均匀供料。而且，不仅适用于线性，通过扩展也可形成平面区域的均匀堆料，进一步在三维空间里同样可以形成均匀料堆。同时，使得刮刀可轻松刮取浆料，浆料在刮刀的作下相临料堆之间延展拼接后连成线条，轻松实现供料功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。