3D打印头、3D打印机和3D打印系统的制作方法

本申请涉及三维物体打印设备，尤其涉及一种3d打印头、3d打印机和3d打印系统。

背景技术：

1、熔融沉积成型(fused deposition modeling，fdm)三维打印机，是一种基于fdm技术的3d打印设备，它可以通过加热并熔融打印材料，并将其按预定路径沉积至打印平台上，以逐层堆叠的方式构建三维物体。

2、为满足多色打印的需求，现有的3d打印机通常通过切换不同颜色的打印材料以打印彩色物体。例如，当前打印头挤出的为颜色a的打印材料一，需要切换成颜色b的打印材料二，则需要将进料通道中非熔融态的打印材料一抽出，即打印材料未进入到打印头加热机构的部分，该部分仍呈固态，可抽回供再次使用。再将颜色b的打印材料送进进料通道，然后在废料口持续挤出打印材料二，以把打印头内部残留的打印材料一冲刷干净，进而使用打印材料二继续打印3d物体。然而，该方式存在一定局限性，打印的颜色受限于打印材料，即色彩的可选择性有限。

技术实现思路

1、本申请的实施例提供一种3d打印头、3d打印机和3d打印系统，通过非接触式驱动磁性搅拌子进行混料，实现混色，以提供更丰富的色彩，从而能满足更多打印需求，并有助于提高3d打印机的打印效果。

2、第一方面，本申请还提供一种3d打印头，包括：挤出机构、加热机构、混料机构以及喷嘴；所述挤出机构用于将至少两条打印材料向所述加热机构挤出；所述加热机构包括至少两条加热通道，且用于将所述加热通道内的打印材料加热至熔融状态；所述混料机构包括混料主体、磁性搅拌子以及搅拌驱动组件，所述混料主体内设置有搅拌腔，所述搅拌腔与所述至少两条加热通道连通；所述磁性搅拌子设置于所述搅拌腔内；所述搅拌驱动组件设置在所述混料主体外，且用于通过磁力驱动所述磁性搅拌子在所述搅拌腔中旋转；所述喷嘴的出料口与所述搅拌腔连通。

3、其中，所述搅拌驱动组件包括驱动部件和磁性部件；其中，所述驱动部件带动所述磁性部件沿所述混料主体的周向旋转，所述磁性部件包括永磁体。

4、其中，所述磁性部件环绕所述搅拌腔，且关于所述搅拌腔的中心轴对称。

5、其中，所述磁性部件还包括承载体，所述承载体环绕所述混料主体设置，且与所述混料主体间隔设置，所述驱动部件驱动连接于所述承载体，且用于驱动所述承载体环绕所述混料主体旋转；所述永磁体安装于所述承载体朝向所述混料主体的一侧，且能够在所述承载体的带动下环绕所述混料主体旋转。

6、其中，所述驱动部件包括定子铁芯和定子线圈，所述定子线圈缠绕于所述定子铁芯，所述磁性部件位于所述定子铁芯形成的区域内，所述驱动部件用于在所述定子铁芯形成的区域内产生变化的磁场，以驱动所述磁性部件旋转。

7、其中，所述驱动部件包括电机和传动机构，所述电机通过所述传动机构连接所述磁性部件，所述传动机构包括齿轮，或齿轮与传送带的组合。

8、其中，所述搅拌驱动组件包括电机定子，所述电机定子用于产生旋转磁场，所述旋转磁场用于驱动所述磁性搅拌子在所述搅拌腔内旋转。

9、其中，所述电机定子包括至少三个极靴。

10、其中，所述搅拌驱动组件相对所述搅拌腔产生的磁感应强度b大于或者等于0.13特斯拉，或者，其中，η为所述加热通道内的打印材料熔融时的粘度，r为所述磁性搅拌子的半径，ω为所述磁性搅拌子的角速度，μ0为真空磁导率，r为所述搅拌腔的半径，br为所述磁性搅拌子的剩余磁感应强度。

11、其中，所述磁性搅拌子的磁性方向与所述搅拌驱动组件的旋转轴的夹角不为0。

12、其中，所述磁性搅拌子为多极磁体。

13、其中，所述磁性搅拌子具有一横截面，所述横截面的外接圆直径与搅拌腔的内径之比大于0.6。

14、其中，所述磁性搅拌子的材料包括耐高温的永磁材料。

15、其中，所述磁性搅拌子的材料包括导磁材料，所述磁性搅拌子的横截面具有最多4个对称轴。

16、第二方面，本申请还提供一种3d打印机，包括机架、打印平台、控制机构和如上任一项所述的3d打印头，所述打印平台和所述3d打印头均安装于所述机架，所述3d打印头位于所述打印平台的上侧，所述控制机构用于控制所述打印平台和所述3d打印头产生相对位移。

17、第三方面，本申请还提供一种3d打印系统，包括供料装置和如上所述的3d打印机，所述供料装置用于向所述3d打印机提供所述打印材料。

18、本申请所提供的3d打印头包括混料机构，通过在混料机构的混料主体的内部设置磁性搅拌子，并在混料主体的外部设置搅拌驱动组件，搅拌驱动组件可以通过磁力驱动磁性搅拌子在搅拌腔中旋转，以实现混匀搅拌腔内的熔融态打印材料。此设置下，通过非接触式驱动搅拌子进行混料，满足更多打印色彩的需求。进一步的，相较于接触式驱动搅拌子的结构，搅拌腔空间可以减小，进而降低换料所需的冲刷量以及减少冲刷时间，进而有助于提升3d打印机的打印效率。

1.一种3d打印头，其特征在于，包括：挤出机构、加热机构、混料机构以及喷嘴；

2.根据权利要求1所述的3d打印头，其特征在于，所述搅拌驱动组件包括驱动部件和磁性部件；其中，所述驱动部件带动所述磁性部件沿所述混料主体的周向旋转，所述磁性部件包括永磁体。

3.根据权利要求2所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性部件环绕所述搅拌腔，且关于所述搅拌腔的中心轴对称。

4.根据权利要求2所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性部件还包括承载体，所述承载体环绕所述混料主体设置，且与所述混料主体间隔设置，所述驱动部件驱动连接于所述承载体，且用于驱动所述承载体环绕所述混料主体旋转；

5.根据权利要求2所述的3d打印头，其特征在于，所述驱动部件包括定子铁芯和定子线圈，所述定子线圈缠绕于所述定子铁芯，所述磁性部件位于所述定子铁芯形成的区域内，所述驱动部件用于在所述定子铁芯形成的区域内产生变化的磁场，以驱动所述磁性部件旋转。

6.根据权利要求2所述的3d打印头，其特征在于，所述驱动部件包括电机和传动机构，所述电机通过所述传动机构连接所述磁性部件，所述传动机构包括齿轮，或齿轮与传送带的组合。

7.根据权利要求1所述的3d打印头，其特征在于，所述搅拌驱动组件包括电机定子，所述电机定子用于产生旋转磁场，所述旋转磁场用于驱动所述磁性搅拌子在所述搅拌腔内旋转。

8.根据权利要求7所述的3d打印头，其特征在于，所述电机定子包括至少三个极靴。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的3d打印头，其特征在于，所述搅拌驱动组件相对所述搅拌腔产生的磁感应强度b大于或者等于0.13特斯拉，或者，

10.根据权利要求1至8中任一项所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性搅拌子的磁性方向与所述搅拌驱动组件的旋转轴的夹角不为0。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性搅拌子为多极磁体。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性搅拌子具有一横截面，所述横截面的外接圆直径与搅拌腔的内径之比大于0.6。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性搅拌子的材料包括耐高温的永磁材料。

14.根据权利要求1至8中任一项所述的3d打印头，其特征在于，所述磁性搅拌子的材料包括导磁材料，所述磁性搅拌子的横截面具有最多4个对称轴。

15.一种3d打印机，其特征在于，包括机架、打印平台、控制机构和如权利要求1至14中任一项所述的3d打印头，所述打印平台和所述3d打印头均安装于所述机架，所述3d打印头位于所述打印平台的上侧，所述控制机构用于控制所述打印平台和所述3d打印头产生相对位移。

16.一种3d打印系统，其特征在于，包括供料装置和如权利要求15所述的3d打印机，所述供料装置用于向所述3d打印机提供所述打印材料。