一种用于3D打印机的上色组件及3D打印机

技术领域

本发明涉及打印机技术领域，具体涉及一种用于3D打印机的上色组件及3D打印机。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用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。

FDM是当今3D打印机的三大主流技术之一，FDM的打印机包括放置打印件的平台、在平台上热熔并挤出耗材的挤出机构以及用于喷嘴运动的运动机构。挤出机构包括用于推动耗材的挤出电机以及用于融化并挤出耗材的喷嘴。

在使用时，现有的3D打印机控制运动机构带动喷嘴贴近平台表面的起始位置，然后加热喷嘴，同时挤出电机开始工作，融化的耗材在平台凝固，结合运动机构的控制，即可在平台打印指定形状的塑料件。

然而，现有的大部分采用FDM技术的3D打印机仅能够进行单色打印，其原因在于现有的3D打印线材每一卷的颜色是一定的，为了实现在3D打印作品上呈现不同的颜色，使得3D打印作品具有层次感以及使其生动逼真，现有技术采用换色系统来实现在一个3D打印作品上呈现不同的颜色。

现有的3D打印设备的输入端安装多个不同颜色的线材，通过滑轨机构选择其中一种颜色的线材进行输出，连接到3D打印机进行打印。需要更换其他颜色的线材时，通过滑轨机构切换到另一个输入通道的线材，从而实现更换不同颜色的线材。

但是，现有的3D打印线材需要装备大量的不同颜色的线材，即使某种颜色仅需要少量地打印在某个细节部分，也需要购买一整卷对应颜色的耗材，这种方式增加了打印成本。

发明内容

（一）本发明所要解决的问题是：现有的3D打印线材需要装备大量的不同颜色的线材，即使某种颜色仅需要少量地打印在某个细节部分，也需要购买一整卷对应颜色的耗材，这种方式增加了打印成本。

（二）技术方案

一种用于3D打印机的上色组件，包括第一圆环、第二圆环、至少一个染料仓和混合机构；

所述第一圆环和所述第二圆环同轴设置，且所述第一圆环的上表面连接于所述第二圆环的下表面，线材依次穿过所述第二圆环和所述第一圆环；

每个所述染料仓与所述混合机构之间连接有第一输送管道，通过所述输送管道将所述染料仓内的染料输送至所述混合机构内；

所述混合机构与所述第一圆环的侧面之间连接有至少一个第二输送管道，通过所述第二输送管道将所述混合机构内的染料输送至第一圆环内；

所述第一圆环的侧面上至少开设有一个进料口，所述进料口与所述第一圆环内的腔体相连通；

所述第二圆环内壁上安装有多个开槽刀，所述开槽刀的长度方向与所述第二圆环的轴线相平行，所述开槽刀具有尖刺部，所述尖刺部朝向所述第二圆环的上表面。

根据本发明的一个实施例，所述用于3D打印机的上色组件还包括至少一个风机，所述风机位于所述第二圆环的下方，所述风机出风口指向所述第二圆环的轴线。

根据本发明的一个实施例，所述第一圆环的内部依次形成有第一锥腔、第二锥腔和圆柱腔，所述第一锥腔、所述第二锥腔和所述圆柱腔相连通，所述圆柱腔的直径与所述线材的直径相同，所述第一锥腔和所述第二锥腔均为圆台锥；

所述第一锥腔的侧面形成第一锥面，所述进料口开设于所述第一锥腔的第一锥面上，所述进料口与所述第一锥腔相连通。

根据本发明的一个实施例，所述第一锥腔的上表面的直径大于所述第一锥腔下表面的直径，所述第一锥腔下表面的直径与所述第二锥腔上表面的直径相同，所述第二锥腔上表面的直径大于所述第二锥腔下表面的直径。

根据本发明的一个实施例，在所述第一锥面上开设有至少一个导流槽，所述进料口位于所述导流槽内；在每个所述导流槽上均安装有至少一个分流板，所述分流板位于所述进料口的下方，所述分流板用于分流所述分流板中的染料。

根据本发明的一个实施例，所述混合机构包括混合管、主轴和第二电机，所述混合管的一端呈密封状，所述主轴侧面上设有螺旋叶片，所述主轴插入所述混合管内，所述第二电机的输出端固定于所述主轴的一端；

所述混合管的侧面上开设有至少一个圆孔，所述圆孔与所述混合管的管腔相连通，每个所述圆孔内均密封连接有接头管，一个所述第一输送管道的一端连接于一个所述接头管上，每个所述第一输送管上均安装有第一泵体；

每个所述第二输送管道的一端连接于所述混合管的密封端，每个所述第二输送管道上均安装有第二泵体。

根据本发明的一个实施例，多个所述开槽刀绕着所述第二圆环的轴线圆周分布，多个所述开槽刀等距设置。

根据本发明的一个实施例，所述用于3D打印机的上色组件还包括至少一个压电陶瓷震动片，所述压电陶瓷震动片安装于所述混合管上，带动所述混合管震动。

一种打印机，包括上述的一种用于3D打印机的上色组件，还包括平台、运动机构、安装架和喷嘴，所述安装架安装于所述运动机构上，所述平台位于所述运动机构的下方；

所述安装架为L板，所述安装架包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板上依次转动连接有主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮之间形成有间隙，所述安装架上安装有第一电机，所述第一电机驱动所述主动轮旋转；

所述喷嘴安装于所述第一固定板上，所述喷嘴位于所述间隙的正下方。

根据本发明的一个实施例，所述第一圆环和所述第二圆环均安装于所述第一固定板上，所述第一圆环和所述第二圆环均位于所述间隙与所述喷嘴之间。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种用于3D打印机的上色组件，包括：第一圆环、第二圆环、染料仓和混合机构，通过第一输送管道将染料仓内的染料输送到混合机构内进行混合，接着通过第二输送管道将混合机构内的染料输送到第一圆环内，第一圆环对线材开槽，第一圆环将染料涂覆到线材侧面的条形凹槽内。

这样可将不同颜色的涂料涂覆在白色线材的表面实现对白色线材的上色，更换涂覆在白色线材的颜色即可实现换色，节省了成本，只需按照需求更换涂料即可，无需定制并预备大量的线材。提供混合机构保证颜色原料的充分混合，并且由于3D打印线材供给速度慢，混合后的颜色原料需要在混合机构中停留一段时间，在混合完成后低速搅动颜色原料，防止凝固。第一圆环能够将颜色原料充分涂覆在线材表面，为了防止线材表面的颜色原料在线材输送过程中脱落，设置了第二圆环，沿线材长度方向，在线材外侧刮出条形凹槽，并且将颜色涂料涂覆在条形凹槽内，能够有效防止线材输送过程中被刮落。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的打印机的结构图 ；

图2为本发明实施例提供的安装架的第一立体图；

图3为本发明实施例提供的在图2的基础上剖开第一圆环后的结构图；

图4为本发明实施例提供的第一圆环的剖视图；

图5为本发明实施例提供的安装架的第二立体图；

图6为本发明实施例提供的混合管的内部结构图；

图7为本发明实施例提供的在图2的基础上去除第一圆环并剖开第二圆环的结构图；

图8为本发明实施例提供的第二圆环的剖视图；

图9为本发明实施例提供的线材的结构图。

图标： 1-平台；2-运动机构；3-安装架；301-从动轮；302-主动轮；303-第一电机；4-染料仓；5-第一圆环；501-第一锥面；502-第二锥面；503-分流板；504-进料口；505-导流槽；6-第二圆环；601-开槽刀；7-风机；8-喷嘴；9-混合管；901-接头管；902-第二电机；903-螺旋叶片；10-压电陶瓷震动片；11-线材；1101-条形凹槽。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图9所示，本发明的一个实施例提供了一种用于3D打印机的上色组件，包括第一圆环5、第二圆环6、三个染料仓4和混合机构，其中，染料仓4用于储存染料，第一圆环5和第二圆环6同轴设置，且第一圆环5的上表面连接于第二圆环6的下表面，第一圆环5与第二圆环6的外径相同，线材11能够依次穿过第二圆环6和第一圆环5；三个染料仓4内分别储存红、黄和蓝三种颜色，当需要别的颜色时，可提前根据三种颜色进行配比，调出实际需要的颜色，然后再将该种颜色的染料倒入染料仓4中。

每个染料仓4与混合机构之间连接有第一输送管道，通过输送管道将染料仓4内的染料输送至混合机构内；混合机构与第一圆环5的侧面之间连接有三个第二输送管道，通过第二输送管道将混合机构内的染料输送至第一圆环5内；具体的，染料仓4内的染料通过第一输送管道进入到混合机构中进行混合，混合后染料通过第二输送管道进入到第一圆环5内，线材11穿过第一圆环5的同时染料涂覆到线材11的表面，有色染料与线材11一起进入喷嘴8的加热腔内，融化线材11的同时有色染料将融化后的线材11染色，并将染色后的线材11通过喷嘴8喷到平台1上。

第一圆环5的侧面上开设有三个进料口504，进料口504与第一圆环5内的腔体相连通，三个第一输送管道的一端分别连接在三个进料口504上，三个进料口504绕着第一圆环5的侧面等距设置，这样三个第一输送管道内的染料通过三个进料口504流动到第一圆环5的内壁上，对线材11的表面进行涂覆。

如图8所示，第二圆环6内壁上安装有六个开槽刀601，开槽刀601的长度方向与第二圆环6的轴线相平行，开槽刀601具有尖刺部，尖刺部朝向第二圆环6的上表面。线材11从第二圆环6的上端口进入，从第二圆环6的下端口穿出，在线材11下移的过程中，开槽刀601的尖刺部对线材11开槽，颜色涂料涂覆在线材11的凹槽内，能够有效防止线材11输送过程中原料脱落。

根据一种具体的实施例，如图7所示，用于3D打印机的上色组件还包括两个风机7，两个风机7位于第二圆环6的下方，两个风机7关于第二圆环6对称设置，风机7出风口指向第二圆环6的轴线。风机7加速耗材表面的液体染料凝固，能够提高液体染料与耗材的附着力，防止液体在耗材移动过程中滴落。

根据一种具体的实施例，如图4所示，第一圆环5的内部依次形成有第一锥腔、第二锥腔和圆柱腔，第一锥腔、第二锥腔和圆柱腔相连通，圆柱腔的直径略大于线材11直径，在线材11下移时，线材11的侧面与圆柱腔的侧面相接触，能够防止有色染料从第一圆环5的底部溢出，其中，第一锥腔和第二锥腔均为圆台锥，第一锥腔的侧面形成第一锥面501，第二锥腔的侧面形成第二锥面502，三个进料口504均开设于第一锥腔的第一锥面501上，进料口504与第一锥腔相连通，染料通过进料口504流动到第一圆环5的内壁上；

具体的，第一锥腔的上表面的直径大于第一锥腔下表面的直径，第一锥腔下表面的直径与第二锥腔上表面的直径相同，第二锥腔上表面的直径大于第二锥腔下表面的直径，而第二锥腔下表面的直径等于圆柱腔上表面的直径，第一锥腔、第二锥腔和圆柱腔同轴设置，由于第二锥腔下表面的直径略大于线材11的直径，而第二锥腔上表面的直径略大于第二锥腔上表面的直径，这样有色染料能够涂覆到耗材的表面，圆台锥面能够提供与线材11更大的接触面，更有利于均匀涂覆，第一锥腔内的液体染料流动到第二锥腔中，由于从上往下，第一圆环5内越来越窄，染料与线材11能充分接触。

优选的，在第一锥面501上开设有三个导流槽505，三个导流槽505绕着第一锥腔的轴线等距设置，进料口504位于导流槽505内，在每个导流槽505上均安装有一个分流板503，分流板503位于进料口504的下方，分流板503呈倒立的V状，即分为第一引流板和第二引流板，第一引流板的第一端和第二引流板的第一端相连接，第一引流板的第二端和第二引流板的第二端相远离形成V状，第一引流板和第二引流板上均形成有引流槽，这样流动到分流板503上的液体染料被分成两股并向两侧引流，配合第一圆环5上的三个进料口504能够使得有色染料均匀分布，提高染料与线材11的接触面积。作为可替换的实施例，也可在导流槽505内壁上开设多个倾斜设置的染料槽，多个染料槽呈扇形分布，即形成折叠扇形状，这样染料被多个染料槽所分流，将染料分成多股，也能够使得有色染料均匀分布。

根据一种具体的实施例，如图5和图6所示，混合机构包括混合管9、主轴和第二电机902，混合管9的一端呈密封状，主轴侧面上设有螺旋叶片903，主轴插入混合管9内，螺旋叶片903沿着主轴的长度方向设置，主轴距离混合管9的密封端间隔一定距离，以留出染料临时积累的区域，而第二电机902的输出端固定于主轴的一端，用于驱动主轴旋转；

在混合管9的侧面上开设有三个圆孔，圆孔与混合管9的管腔相连通，每个圆孔内均密封连接有接头管901，共三个接头管901，一个第一输送管道的一端连接于一个接头管901上，每个第一输送管上均安装有第一泵体，第一泵体均安装在染料仓4的内部，从染料仓4的内部将染料泵入到第一输送管中，接着从第一输送管进入到接头管901中，最终流动到混合管9上并滴落到主轴上，而第二电机902带动主轴旋转，一边混合染料的同时一边将染料朝混合管9密封端处输送。在混合管9的密封端处开设有三个通孔，通孔与混合管9的管腔相连通，三个通孔上分别安装有三个第二输送管道，每个第二输送管道的另一端均安装到第一圆环5的进料口504中，且每个第二输送管道均单纯配置一台第二泵体，通过第二泵体将混合后的染料泵入到第二输送管道中，然后经过第二输送管道流动到第一圆环5中。

根据一种具体的实施例，如图8所示，六个开槽刀601绕着第二圆环6的轴线圆周分布，六个开槽刀601等距固定在第二圆环6的内壁上，开槽刀601具有尖刺部，尖刺部朝向第二圆环6的上表面，线材11第二圆环6的上表面处插入到第二圆环6内，在线材11移的过程中被开槽刀601所阻挡，进而开槽刀601的尖刺部将线材11侧面开设处六个条形凹槽1101，能将颜色涂料涂覆在条形凹槽1101内，能够有效防止线材11送过程中被刮落。

根据一种具体的实施例，如图5所示，用于3D打印机的上色组件还包括一个压电陶瓷震动片10，压电陶瓷震动片10安装于混合管9上，带动混合管9震动，使得混合管9内的染料受震动均匀混合。

本实施例的有色染料可以是固体的粉末状染料，粒度小的粉末状染料能够粘附在耗材表面，并且跟随耗材一同进入加热腔内对熔融状态的耗材进行染色。有色染料还可以是液体的染料，液体滞留在耗材表面并且跟随耗材一同进入加热腔内对熔融状态的耗材进行染色，优选的选用液体染料。

一种3D打印机，如图1和图2所示，包括上述的一种用于3D打印机的上色组件，还包括平台1、运动机构2、安装架3和喷嘴8，安装架3安装于运动机构2上，平台1位于运动机构2的下方；运动机构2包括X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构，X轴驱动机构带动Z轴驱动机构沿着X轴移动，Y轴驱动机构安装在Z轴驱动机构上，Z轴驱动机构带动Y轴驱动机构沿着Z轴移动，而安装架3安装在Y轴驱动机构上，Y轴驱动机构带动安装架3沿着Y轴移动；具体的，如图1所示，Z轴驱动机构为螺杆升降机构，螺杆升降机构可竖直上下移动，Y轴驱动机构为螺杆直线模组，螺杆直线模组横向设置，而X轴驱动机构可为电动滑轨，电动滑轨拉动Z轴驱动机构前后移动。

需要说明的是，X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构也可为其他类型的驱动机构，具体的不做具体的限制。安装架3为L板，安装架3包括第一固定板和第二固定板，在第二固定板的背面安装有两根滑动块，滑动块螺接于Y轴驱动机构的螺杆上。

第一固定板上依次转动连接有主动轮302和从动轮301，主动轮302和从动轮301之间形成有间隙，线材11从间隙处穿过，具体的，间隙的宽度略小于线材11直径，线材11穿入到间隙中时，线材11时与主动轮302和从动轮301相接触，主动轮302和从动轮301驱动线材11下移动；需要说明的是，主动轮302和从动轮301之间通过齿轮组相传动，使得主动轮302和从动轮301的旋转方向保持相反，进而驱动线材11下移动。具体的，在安装架3的背面处分别转动设置有主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮固定在主动轮302上，而从动齿轮固定在从动轮301上，主动齿轮和从动齿轮是相啮合的，这样第一电机303带动主动轮302旋转的同时，主动齿轮也会随之旋转，同时由于主动齿轮和从动齿轮是相啮合的，进而带动从动齿轮和从动轮301一起旋转，主动轮302和从动轮301的旋转方向保持相反，线材11入到主动轮302和从动轮301之间，被主动轮302和从动轮301所传动而向下移动。其中，在第一固定板的背面安装有第一电机303，第一电机303的输出端固定在主动轮302的杆端上；

而喷嘴8安装于第一固定板的下方处，喷嘴8位于主动轮302和从动轮301之间的间隙的正下方，且位于第一圆环5的正下方，第一圆环5和第二圆环6均安装在第一固定板上。而两个风机7也安装在第一固定板的前面，且两个第一固定板关于第一圆环5的轴线对称设置，第一圆环5和第二圆环6均位于间隙与喷嘴8之间。如图5所示，在第一固定板的背面安装有底板，混合管9和第二电机902均安装在底板上，而第一电机303也安装在第一固定板的背面。

这样开启染料仓4内的第一泵体将染料泵入到混合管9内，接着第二电机902带动主轴旋转，一边混合染料的同时一边将染料朝混合管9密封端处输送，混合完成后，通过主动轮302和从动轮301带动线材11移，线材11次穿过第二圆环6和第一圆环5，在第二圆环6内对线材11进行开槽，同时开启第二泵体将混合后的染料泵入到第二输送管道中，然后经过第二输送管道流动到第一圆环5中，线材11入到第一圆环5内，在第一圆环5内染料涂覆到线材11表面的条形凹槽1101内，接着线材11进入到喷嘴8内熔融，并喷出，融化的耗材在平台1凝固，结合运动机构2的控制，即可在平台1上打印指定形状的塑料件。本发明提出一种新的多色打印方案，仅使用白色线材11，将不同颜色的涂料混合成预期的颜色后涂覆在白色线材11的表面实现对白色线材11的上色；更换涂覆在白色线材11的颜色即可实现换色。提供混合机构保证颜色原料的充分混合，并且由于3D打印线材11供给速度慢，混合后的颜色原料需要在混合机构中停留一段时间，在混合完成后低速搅动颜色原料，防止凝固。3D打印线材11的横截面是圆形，为了充分将颜色原料涂覆在线材11外表面，提供第一圆环5，结合线材11低速供给的特性，第一圆环5能够将颜色原料充分涂覆在线材11表面。为了防止线材11表面的颜色原料在线材11输送过程中脱落，设置了第二圆环6，沿线材11长度方向，在线材11外侧刮出条形凹槽1101，并且将颜色涂料涂覆在条形凹槽1101内，能够有效防止线材11输送过程中被刮落。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。