一种变距多轴曲面打印头装置

本发明属于集成电路，具体涉及一种变距多轴曲面打印头装置。 背景技术： 。多通道并行打印是提升阵列化曲面电子、微流控芯片和生物传感器等器件制造效率的重要技术。现有多轴打印头主要存在以下问题。一是部分多喷头打印设备采用固定间距的喷头排布，例如，名称为“3d打印系统”的专利申请（公开号：cn205836034u）公开了一种由多个打印头构成的打印系统，其背景技术中指出，现有熔融沉积打印设备多采用单打印头或固定间距的双打印头结构，该类结构中的多个挤出轴通常按照预定间距安装，喷嘴之间的相对位置在装配完成后难以在线调节。当待制造器件的阵列间距发生变化时，需要重新调整喷头安装结构或更换相应的打印头组件，因而通用性和产品切换效率仍有不足。二是部分可变间距多喷头装置采用丝杠和连杆传动结构。例如，名称为“图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备及方法”的专利申请（公开号：cn115179653a）公开了一种喷头间距调节机构，各喷头滑动设置于喷头固定板上，并通过类似推拉栅栏门的传动机构相互连接；丝杠与传动机构连接，通过驱动丝杠前后运动带动多个喷头沿导轨移动，从而改变喷头之间的距离。该结构能够实现多个喷头的同步变距，但连杆铰接点、丝杠螺母副和滑动连接部件较多。当其用于要求较高刚度和长期重复定位精度的多轴挤出打印时，传动间隙和部件磨损可能影响各挤出轴的间距一致性；同时，还需要设置机械限位、传感限位或控制限位，以避免变距机构超出允许行程。三是现有挤出轴的供料和注墨机构多采用料筒、挤压驱动机构与喷嘴直接组合的结构。例如，名称为“一种磁力推动式3d打印挤料装置”的专利申请（公开号：cn211064919u）公开了一种包括料筒、加热筒、磁性柱塞、磁力驱动模块和喷嘴的挤料装置，喷嘴直接设置于料筒底部。该类结构具有供料路径较短和整体结构紧凑的优点，但料筒与挤出轴上的温控、驱动和喷嘴结构结合较为紧密。在需要频繁更换打印材料时，通常需要对料筒或挤出组件进行整体拆装和清洗；当打印材料的黏度范围变化较大时，还需要相应调整挤压力、挤出速度、料筒规格或喷嘴尺寸，材料切换便利性以及多黏度材料适配能力仍有进一步提高的空间。同时，现有打印过程观测装置多采用固定式相机安装结构。例如，名称为“挤出式生物3d打印喷头”的专利申请（公开号：cn110239096a）公开了设置于喷头安装座底部的工业相机，用于拍摄打印过程。该固定式安装方式应用于多个挤出轴并排设置的打印头时，相机视线可能受到相邻料筒、挤出轴或喷嘴安装结构的遮挡，特别是当相机从打印头侧方观测时，难以同时清晰获取中间通道的喷嘴尖端、墨滴挤出状态和喷嘴堵塞情况。为扩大观测范围，现有技术还存在设置多个观测相机的方案。例如，名称为“一种电场驱动熔融喷射沉积3d打印机及其工作方法”的专利申请（公开号：cn107932898a）公开了垂直观测相机和设置于打印喷嘴侧方的斜视观测相机。采用不同方向的多个相机能够分别观测打印基板和喷嘴喷射过程，但当该方式扩展至多通道并行打印设备时，可能增加相机、镜头和光源的配置数量，并提高多个相机之间坐标标定和图像同步处理的复杂程度。此外，现有观测相机通常固定安装于喷头安装座、设备支架或运动平台上，其观测距离和光轴角度主要在设备装配阶段确定。当更换不同长度的喷嘴、改变打印高度或者调整挤出轴间距后，相机的焦平面和观测区域可能偏离喷嘴尖端，通常需要重新调整相机或打印头的位置，调试便利性和对不同打印工况的适应能力仍有不足。因此，亟需开发一种结构简单、刚性好、调节精度高，具备可靠行程保护、便捷墨水更换功能且观测调试便捷的变距多轴打印头装置。

背景技术

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种变距多轴曲面打印头装置，采用槽板式等间距变距机构，通过精密滚珠丝杆带动槽板上下运动，槽板上开设左右对称的斜滑槽，实现三个挤出轴的同步平行间距调节，结构刚性好、调节精度高；集成带感应板的上下限位接近开关，实现变距行程的硬保护，有效防止机构超程损坏；挤出轴末端采用模块化针筒固定座设计，适配标准注射器，墨水更换便捷，注墨精度高；视觉模组通过三级转接板连接交叉导轨手动位移台与带弧形凹槽的相机安装板，实现相机竖直方向和倾斜角度的连续可调，搭配工业相机，可精准对准中间挤出轴喷嘴实现无遮挡实时观测。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种变距多轴曲面打印头装置，包括变距模组、第一挤出轴、第二挤出轴、第三挤出轴和视觉模组；变距模组包括底板、槽板式变距驱动机构，第一挤出轴、第二挤出轴和第三挤出轴平行安装于槽板式变距驱动机构的安装板上，槽板式变距驱动机构用于驱动三个挤出轴同步进行平行等间距调节；所述视觉模组固定于底板的侧面，包括第三转接板、手动位移台、第二转接板、第一转接板、相机安装板和相机；第三转接板固定于底板侧面，手动位移台安装于第三转接板上，第二转接板固定于手动位移台的滑台上，第一转接板固定于第二转接板上，相机安装板固定于第一转接板上；相机安装板上设有弧形凹槽，相机通过紧固件固定于弧形凹槽内并可绕紧固件转动调节倾斜角度，镜头倾斜朝向排列于中间的第二挤出轴的喷嘴尖端，实时观测注墨过程。

4、所述槽板式变距驱动机构包括滚珠丝杆、丝母、连接板、感应板、槽板、双纵向导轨、双横向导轨、第一轨道板、第二轨道板、第一安装板组、第二安装板组、第三安装板组、两根定位轴、支架、上接近开关和下接近开关；电机输出轴与滚珠丝杆同轴连接；丝母螺纹套接于滚珠丝杆上，连接板的一端与丝母固定连接，另一端与槽板固定连接；感应板固定于连接板的侧面；双纵向导轨和双横向导轨沿水平方向平行固定于底板的正面；第一轨道板和第二轨道板分别通过滑块滑动安装于双横向导轨上；第一安装板组固定于第二安装板组上，挤出轴组安装于第一安装板组上；第三安装板组固定于底板；第二安装板组固定于底板或第三安装板上；槽板上开设有两个对称布置的斜滑槽，两根定位轴分别固定于第一轨道板和第二轨道板的背面，并对应插入两个斜滑槽内；支架固定于底板的侧面，上接近开关和下接近开关分别固定于支架的上下两端，用于检测感应板的位置，对丝母进行限位，防止槽板上下运动超出斜滑槽的上下边界。

5、两个斜滑槽关于槽板竖直中心线对称，且倾斜角度相反。

6、所述槽板式变距驱动机构能够驱动三个挤出轴在预设范围内进行连续等间距调节，且调节精度满足微纳打印要求。

7、所述上接近开关和下接近开关为非接触式接近开关，能够在感应板到达极限位置时触发并停止电机运行。

8、所述手动位移台为交叉导轨型，沿竖直方向调节位置并锁紧，调节精度满足视觉观测校准要求。

9、所述相机安装板上的弧形凹槽能够使相机在预设角度范围内连续调节倾斜角度并锁紧。

10、所述相机能够清晰地采集注墨过程中墨滴的形成、注墨与流动图像。

11、三个挤出轴的末端均安装有针筒固定座，用于放置注射器并推动针筒进行注墨；所述针筒固定座包括针筒卡座、针筒卡座固定板、针筒卡座支撑、注射器推筒卡座和注射器推筒卡座支撑；

12、针筒卡座固定板固定于挤出轴直线模组的底座上，针筒卡座支撑连接针筒卡座固定板与针筒卡座，针筒卡座用于固定注射器的针筒；注射器推筒卡座支撑固定于挤出轴直线模组的滑座上，注射器推筒卡座固定于注射器推筒卡座支撑的末端，用于固定注射器的活塞芯杆末端；注射器的下端连接有打印喷嘴。

13、2. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述针筒卡座为半环抱式卡槽结构，适配标准注射器的针筒凸缘；所述注射器推筒卡座为u型卡槽结构，适配标准注射器的活塞芯杆末端；三个打印喷嘴的尖端经校准后处于同一水平面上。

14、3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，三个挤出轴均为精密直线模组挤出轴，内部集成滚珠丝杠与伺服电机；所述底板和槽板具有足够的厚度以保证结构刚性，双横向导轨具有合适的间距以保证运动平稳性。

15、和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、1、采用槽板式等间距变距机构，搭配精密滚珠丝杆，单电机驱动即可实现三挤出轴同步调节，结构简单、刚性好、同步性高，避免了多电机驱动的复杂控制与同步误差问题。

17、2、采用双斜滑槽设计，实现精准间距调节，适配主流阵列化曲面电子器件的制造需求。

18、3、集成带感应板的上下限位接近开关，实现变距机构的行程硬保护，有效防止误操作导致的定位轴脱槽和机构损坏，提高了设备运行的安全性和可靠性。

19、4、采用模块化针筒固定座设计，适配标准注射器，墨水更换便捷，无需拆卸打印头，注墨过程稳定可靠，有效避免漏墨和流量波动，适配多种粘度的打印材料。

20、5、采用三级转接板加交叉导轨手动位移台加弧形凹槽安装板的视觉调节结构，可实现相机竖直方向和倾斜角度的灵活调节，搭配工业相机，调试便捷，能精准对准不同规格喷嘴的注墨区域，彻底解决多轴遮挡问题。

21、6、采用分级铝合金材料设计，关键受力件使用7075-t6高强度铝合金，其余结构件使用6065-t6铝合金，兼顾结构刚性与轻量化，表面硬质阳极氧化处理提升了零件的耐磨性和使用寿命。

22、7、模块化集成设计，底板背面预留标准安装孔位，可直接安装于各类设备的z轴位移台上，兼容性强，无需对设备主体进行改造。