一种熔喷棉花糖3D打印机的制作方法

一种熔喷棉花糖3d打印机
技术领域
1.本发明涉及棉花糖制作技术领域，尤其涉及一种熔喷棉花糖3d打印机。


背景技术：

2.现有中，棉花糖的制作原理是利用高温(约150度以上)将白糖熔化成液态，然后通过高速旋转的离心机，将熔化的白糖液体通过离心机上的微孔甩出，遇空气后冷却成细丝，棉花糖机外壳不旋转，这些细糖丝在外壳内被中心高速旋转的转子拉绕成类似棉花的绒状，就会变成棉花糖，制作者用一根竹棍作中心，将棉花糖缠绕上去就变成了棉花糖。
3.现在市面上已有的棉花糖机或者自动售卖机，用四轴机械臂代替人手实现了缠绕这个动作，并通过炉头上部的切刀实现了压花这一工艺。因为糖丝的喷射方向不定，只能通过圆棒收集糖丝缠绕成形，形状比较受限，整体只能是圆柱形、圆锥形、圆盘形、梭形、棒槌等形状，再通过压花工艺实现各种花形，据统计花形也就是30多种,已经不能满足消费者对各种拟物形状的定制需求。


技术实现要素：

4.本发明目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种熔喷棉花糖3d打印机，利用熔喷打印的方式，可打印任意三维形状的棉花糖，满足消费者的需求。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种熔喷棉花糖3d打印机，包括：
6.至少可沿x轴和y轴移动的多轴打印平台；
7.至少一个打印头，位于所述多轴打印平台的上方，所述打印头的底部设有供熔体向下喷出至多轴打印平台上的贯穿孔，所述打印头上还设有用于向所述贯穿孔输入压缩空气的气体流动通道，以在空气的作用下牵引喷出的熔体进行拉丝；
8.至少一个供料装置，与所述打印头一一对应连通，所述供料装置包括用于向前输送打印物料的螺杆挤出机、用于向螺杆挤出机供应打印物料的供料仓以及与所述螺杆挤出机的出口端连通的计量泵，所述螺杆挤出机上设有将打印物料加热熔融成熔体的加热装置，所述计量泵与所述打印头连通，以使熔体经过计量泵后泵送至打印头中，经打印头的喷嘴喷出后并在空气的牵引作用下，在多轴打印平台上打印形成三维物体。
9.进一步的，所述的熔喷棉花糖3d打印机还包括用于向打印头供应热空气的空气加热器，所述空气加热器与气体流动通道连通。
10.进一步的，所述供料装置还包括设于计量泵与螺杆挤出机之间的过滤管道，所述过滤管道内设有滤网，且所述过滤管道上还设有用于检测管道内熔体温度和压力的温度压力传感器。
11.进一步的，所述螺杆挤出机包括圆筒、转动设于圆筒内的螺旋杆以及与螺旋杆一端传动连接的第一步进电机，所述圆筒的上端设有与所述供料仓连通的进料口，所述螺旋杆的一端延伸出所述圆筒的一端并与所述第一步进电机传动连接，所述圆筒的另一端与所述计量泵连通；所述加热装置包括至少一个沿轴向间隔套装于所述圆筒外部的加热环。
12.进一步的，所述供料装置还包括第二步进电机，所述计量泵包括具有内腔的泵体以及两个外圆紧贴泵体内壁且相互紧密啮合的齿轮，其中一个齿轮与所述第二步进电机传动连接；所述内腔的两端分别与所述螺杆挤出机和打印头连通。
13.进一步的，所述的熔喷棉花糖3d打印机还包括用于驱动所述打印头竖直移动的驱动装置，所述多轴打印平台为可沿x轴和y轴移动的二轴打印平台。
14.进一步的，所述打印头包括相邻抵接设置的喷头和气板，所述气板中与所述喷头相接触的一面设有凹槽，且所述凹槽内设有与外部连通的所述贯穿孔，所述贯穿孔位于所述多轴打印平台的上方，所述喷头中凸起设有置于所述凹槽内的喷嘴，所述喷嘴与所述凹槽之间设有与所述贯穿孔连通的气隙，所述气板上设有用于向所述气隙输入压缩空气的所述气体流动通道，所述喷嘴的前端设有若干与所述贯穿孔前后对应的喷孔。
15.进一步的，所述打印头还包括设于所述喷头外侧面上的进料板，所述进料板上设有连通外部和喷头的入料口，且所述喷头上设有连通入料口和喷嘴的进料口。
16.进一步的，所述喷头和气板两者中的其中一个上设有至少两个凸起的定位销，而在另一个中则凹设有至少两个与所述定位销一一对应卡合连接的定位孔。
17.进一步的，所述喷头中与所述气板接触的一面凹设有环绕所述喷嘴设置的环槽，以使所述喷头和气板之间形成有与所述气隙连通的间隙，所述气体流动通道与所述环槽连通。
18.进一步的，所述气体流动通道包括若干个环绕所述凹槽设置的出气孔以及连通所述出气孔和外部的进气孔，所述出气孔的孔口与所述环槽相对应并连通。
19.进一步的，所述出气孔前后贯穿所述气板，所述气板中远离所述喷头的一面凹设有环绕所述出气孔设置的气槽，所述进气孔的内侧孔口连通至所述气槽的壁面上；所述打印头还包括设于所述气板的外侧面上的气板封盖，且所述气板封盖的内侧面在对应所述出气孔和气槽的位置凹设有环形的通槽，以使所述气板与所述气板封盖之间形成有用于连通所述气槽和出气孔的空隙，所述气板封盖在对应所述贯穿孔的位置处设有贯穿的过孔。
20.进一步的，所述气板中远离喷头的一面凹设有环绕凹槽设置的气槽，所述出气孔的另一端孔口连通至所述气槽的底面，所述进气孔的内侧孔口连通至所述气槽的壁面上；所述打印头还包括设于所述气板的外侧面上以封闭所述气槽的气板封盖，所述气板封盖在对应贯穿孔的位置处设有贯穿的过孔。
21.进一步的，所述喷嘴为圆锥形或圆柱形。
22.进一步的，所述喷头的侧面还设有用于分别容置加热棒和温度传感器的第一容置孔和第二容置孔。
23.进一步的，所述多轴打印平台为三轴打印平台，所述三轴打印平台包括底座、设于底座上并位于打印头下方的打印平台、x轴皮带传送机构、y轴皮带传送机构以及z轴传送机构；所述x轴皮带传送机构用于驱动打印平台沿x向移动；所述y轴皮带传送机构用于驱动打印平台和x轴皮带传送机构沿y向移动；所述z轴传送机构用于驱动y轴皮带传送机构和打印平台沿z向移动。
24.进一步的，所述多轴打印平台为五轴打印平台，所述五轴打印平台包括底座、设于底座上并位于打印头下方的圆棒、第一旋转装置、第二旋转装置、x轴皮带传送机构、y轴皮带传送机构以及z轴传送机构；所述第一旋转装置用于驱动圆棒沿轴向转动，所述第二旋转
装置用于驱动第一旋转装置和圆棒在水平方向和竖直方向之间进行转动，所述x轴皮带传送机构用于驱动打印平台沿x向移动；所述y轴皮带传送机构用于驱动打印平台和x轴皮带传送机构沿y向移动；所述z轴传送机构用于驱动y轴皮带传送机构和打印平台沿z向移动。
25.本发明具有以下有益效果：
26.本发明中，利用3d打印的打印头来实现传统的熔喷工艺，其中打印头向外喷出熔体，而在喷出熔体的过程中利用气体流动通道向内输入压缩气体，压缩气体流入后再从贯穿孔处高速喷出，从而形成高速的牵引空气，有利于拉丝，进而牵引喷出的熔体进行拉丝并溅落于承接的多轴打印平台上，该打印头与前端的供料装置和其下方的多轴打印平台配合，从而使用熔喷3d打印工艺实现任意3维立体成形，大大拓宽了棉花糖成形形状的范围，以实现多种多样棉花糖的制作，可打印的形状理论上不受限制，可以是花形，也可以模仿动物、植物、人物、地形等自然之物，还可以模仿电器、服装、飞机、汽车、轮船、建筑物等人造之物，或者可以是各种人物和物体的组合(构成场景)，以满足现在消费者对各种各样形状棉花糖的定制需求，大大提升了棉花糖机的价值。
27.其次，打印头采用喷头和气板的组合设计，具有体积小、结构简单和紧凑的特点；此外采用定位孔和定位销的定位结构，用于精确控制喷头和气板的相对位置，确保喷头和气板之间的气隙在各个点位上保持一致，从而形成均匀的气隙，确保气隙各处的气流均匀分布。
28.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
30.图1为第一种打印头结构的示意图；
31.图2为第一种打印头结构另一视角的示意图；
32.图3为第一种打印头结构的剖视图；
33.图4为第一种打印头结构或第二种打印头结构中气板封盖的示意图；
34.图5为第一种打印头结构中喷头的示意图；
35.图6为第一种打印头结构中喷头另一视角的示意图；
36.图7为第一种打印头结构中气板的示意图；
37.图8为第一种打印头结构中气板另一视角的示意图；
38.图9为第二种打印头结构的剖视图；
39.图10为第二种打印头结构中喷头的示意图；
40.图11为第二种打印头结构中气板的示意图；
41.图12为第三种打印头结构的剖视图；
42.图13为第三种打印头结构中气板的示意图；
43.图14为第三种打印头结构中气板封盖的示意图；
44.图15为实施例中的熔喷棉花糖3d打印机采用三轴打印平台时的示意图；
45.图16为图15中熔喷棉花糖3d打印机的正视图；
46.图17为实施例中的熔喷棉花糖3d打印机去除多轴打印平台后的示意图；
47.图18为图17中另一视角的示意图；
48.图19为实施例中螺旋挤出机的示意图；
49.图20为实施例中螺旋挤出机的剖视图；
50.图21为实施例中过滤管道的示意图；
51.图22为实施例中过滤管道的剖视图；
52.图23为实施例中计量泵的内部示意图；
53.图24为一实施例中三轴打印平台的示意图；
54.图25为另一实施例中的熔喷棉花糖3d打印机采用五轴打印平台时的正视图；
55.图26为另一实施例中五轴打印平台的示意图；
56.图27为另一实施例中圆棒与第一旋转装置和第二旋转装置组装后的示意图；
57.图28为图27另一视角的示意图；
58.图29为其它实施例中采用的三轴电动滑台的示意图；
59.图30为其它实施例中采用的五轴机器人的示意图。
具体实施方式
60.为了更充分的理解本发明的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本发明作进一步介绍和说明；需要说明的是，正文中如有“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的部件等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，本领域技术人员在没有作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。
62.如在先公开的专利号cn202222354032.4所示的内容，其公开了一种用于熔喷3d打印的打印头，具体包括以下几种结构：
63.(1)、第一种打印头结构为：如图1至图8所示，该用于熔喷3d打印的打印头，包括相邻抵接设置的喷头1和气板2，喷头用于承接外部的3d打印材料(即熔体)，气板用于承接外部加热后的压缩空气，气板2中与喷头1相接触的一面设有圆锥形的凹槽21，且凹槽21内的中间顶点处设有与外部连通的贯穿孔22，喷头1中凸起设有置于凹槽21内且为圆锥形的喷嘴11，喷嘴11的前端顶点处设有若干个与贯穿孔22前后对应的喷孔12，即进入喷头处的熔体依次从喷嘴的喷孔和贯穿孔处喷出，喷嘴11与凹槽21之间设有气隙23，气板2上设有用于向气隙23输入压缩空气的气体流动通道，以使进入气隙中的压缩空气从贯穿孔中高速喷出。
64.上述中，采用喷头和气板的组合设计，具有体积小和结构简单的特点，以利用3d打印的打印头来实现传统的熔喷工艺，其中喷头向外喷出熔体，而在喷出熔体的过程中利用气板向内输入压缩气体，压缩气体流入喷头与气板之间的气隙后从贯穿孔处高速喷出，从而形成高速的牵引空气，有利于拉丝，进而牵引喷出的熔体进行拉丝并溅落于承接的打印平台上。
65.作为优选的是，在气板2的内侧面上设有两个凸起并对称设置的定位销24，而在喷
头1中则凹设有两个与定位销24一一对应卡合连接的定位孔13；此处采用定位孔和定位销的定位结构，用于精确控制喷头和气板的相对位置，确保喷头和气板之间的气隙在各个点位上保持一致，从而形成均匀的环形气隙，确保气隙各处的气流均匀分布；当然的是，也可以是在喷头上设置定位销，而在气板中设置定位孔，反正是可以实现喷头和气板之间的定位组装即可，此处不做限定。
66.作为优选的是，喷头1中与气板2接触的一面凹设有环绕喷嘴11设置的环槽14，以在环槽处使喷头1和气板2的表面之间形成有与气隙连通的间隙，气体流动通道与环槽连通，进而与气隙23连通，该结构中，可先使气体流入至喷嘴的根部处，在整体从环槽处向前流入气隙并从贯穿孔喷出，确保了气体流动方向的一致性和统一性。
67.作为优选的是，气体流动通道包括若干个呈环形阵列分布并环绕凹槽21设置的出气孔25以及连通所有出气孔25和外部的进气孔26，出气孔25的孔口与环槽14相对应并连通，即出气孔的延伸方向与凹槽的内凹方向(即其轴向)相同，且出气孔25前后贯穿气板2，而为了实现进气孔与所有出气孔均连通，需在气板2的外侧面上的气板封盖3，气板2中远离喷头1的一面凹设有环绕所有出气孔25设置的气槽27，进气孔26的内侧孔口连通至气槽27的壁面上，用于向气槽处输入压缩空气，气板封盖3的内侧面在对应出气孔25和气槽27的位置凹设有环形的通槽31，即通槽31的环宽覆盖气孔25和气槽27的范围，以使气板与气板封盖之间形成有用于连通气槽和出气孔的空隙，即利用通槽31来连通气槽和出气孔，气板封盖3在对应贯穿孔22的位置处设有贯穿的过孔32，用于熔体和气体的向外流出；当然的是，为了尽量确保进入各出气孔的压缩空气的量均匀，将进气孔设置为两个，对称设置在气板的侧面，双向进气的结构可平衡各处的进气压力。
68.作为优选的是，该打印头还包括设于喷头1外侧面上的进料板4，该进料板用于外接用于输送熔体的计量泵，进料板4上设有连通外部和喷头2的入料口41，且喷头1上设有连通入料口41和喷嘴11的进料口15，即计量泵输送的熔体依次经过入料口和进料口后输送至喷嘴中并从喷孔处喷出。
69.在一实施例中，喷头1的侧面还设有用于分别容置加热棒和温度传感器的第一容置孔16和第二容置孔17，从而在使用时可在喷头上设置加热棒和温度传感器，利用加热棒来加热进入喷头的熔体或对熔体进行保温，确保熔体保持熔融状态，方便熔体的喷出，利用温度传感器来测量熔体的温度，从而可根据测量到的温度来控制加热棒的工作状态，达到自动调节的目的。
70.于其它实施例中，进料板和气板与外部连接的接头均采用快拧接头，使得拆装、更换和维修非常方便。
71.于其它实施例中，进料板、喷头、气板和气板封盖四者之间通过螺丝固定。
72.(2)、第二种打印头结构为：如图1-2及图9-11所示，该用于熔喷3d打印的打印头，其大部分结构与上述第一种打印头结构基本相同，不同之处在于凹槽21和喷嘴11的形状，不同于第一种打印头结构中将两者设计为圆锥形的结构，此处中将两者均设计为圆柱形，但为了确保圆柱形结构前端喷出孔的压力足够，将喷嘴设计为前端小后端大的双圆柱式结构，通过缩小前端的体积来提高压力和使喷孔更为集中。
73.(3)、第三种打印头结构为：如图1-2及图12-14所示，该用于熔喷3d打印的打印头，其大部分结构与上述第一种打印头结构或第二种打印头结构基本相同，不同之处在于气体
流动通道的结构设计不同，具体如下：
74.气体流动通道包括若干个呈环形阵列分布并环绕凹槽21设置的出气孔25以及连通所有出气孔25和外部的进气孔26，出气孔25的一端孔口与环槽14相对应并连通，即出气孔的延伸方向与凹槽的内凹方向(即其轴向)相同，且出气孔25前后贯穿气板2，而为了实现进气孔与所有出气孔均连通，气板2中远离喷头1的一面凹设有环绕凹槽14设置的气槽27，所有出气孔25的另一端孔口连通至气槽的底面，进气孔26的内侧孔口连通至气槽27的壁面上，用于向气槽处输入压缩空气；当然的是，为了封闭气槽的外侧开口，需在气板2的外侧面上设置一封闭气槽外侧孔口的气板封盖3，以使通过进气孔中输入的压缩空气经气槽的传输后进入各出气孔内并传输至气隙，气板封盖3在对应贯穿孔22的位置处设有贯穿的过孔32，用于熔体和气体的向外流出；当然的是，为了尽量确保进入各出气孔的压缩空气的量均匀，将进气孔设置为两个，对称设置在气板的侧面，双向进气的结构可平衡各处的进气压力；此结构中，相对第一种结构和第二种结构中所述的气体流动通道结构，因未通过气槽和通槽的依次传输作用，致使越靠近进气孔处的出气孔的进气量会相对其它位置的较大，因此各出气孔中的进气量均匀性没有第一种结构和第二种结构的好。
75.于其它实施例中，进料板和气板与外部连接的接头均采用快拧接头，使得拆装、更换和维修非常方便。
76.于其它实施例中，进料板、喷头和气板三者之间通过螺丝固定。
77.在一具体的其它实施例中，喷嘴除了可以设置成上述的三种形状以外，还可以设计为倒金字塔状等其它形状。
78.实施例
79.如图15至图23所示，本实施例所示的一种熔喷棉花糖3d打印机，包括至少可沿x轴和y轴移动的多轴打印平台100、至少一个打印头200以及至少一个供料装置300，打印头和供料装置一一对应连通，即打印头和供料装置的数量相同，该打印头200采用上述在先公开专利cn202222354032.4中的任意一种打印头结构(如图1-14所示)。
80.其中，打印头200位于多轴打印平台100的上方，即利用多轴打印平台100来承接打印头200喷出的糖食；供料装置300与打印头200连通，用于为打印头200输送熔融后的糖食；具体的，供料装置包括用于向前输送糖食的螺杆挤出机301、用于向螺杆挤出机301供应糖食的供料仓302以及与螺杆挤出机301的出口端连通的计量泵303，螺杆挤出机301上设有将糖食加热熔融成糖浆的加热装置310，从而在使用时可将细小的糖颗粒(即糖食)装入供料仓302内，再利用螺杆挤出机301向前输送糖食并将糖食加热熔融成糖浆，最终使糖浆被挤压进入计量泵303中，计量泵303与打印头200上的入料口41连通，糖浆经计量泵303增压后输送至喷头，然后由喷嘴经贯穿孔22向外高速喷出，在糖浆喷出的同时，在打印头的气体流动通道中输入压缩空气，该压缩空气最终也从贯穿孔22中喷出，从而形成高速的牵引空气，有利于熔体的拉丝，进而牵引喷出的糖浆进行拉丝并溅落于承接的多轴打印平台100上，糖丝最终在多轴打印平台100上堆积打印形成各种三维状的棉花糖。
81.上述中，利用3d打印的打印头来实现传统的熔喷工艺，其中打印头向外喷出熔体，而在喷出熔体的过程中利用气体流动通道向内输入压缩气体，压缩气体流入后再从贯穿孔处高速喷出，从而形成高速的牵引空气，有利于拉丝，进而牵引喷出的熔体进行拉丝并溅落于承接的多轴打印平台上，采用熔喷的方式出丝，出丝方向恒定，出丝量可控，该打印头与
前端的供料装置和其下方的多轴打印平台配合，从而使用熔喷3d打印工艺实现任意3维立体成形，大大拓宽了棉花糖成形形状的范围，以实现多种多样棉花糖的制作，可打印的形状理论上不受限制，可以是花形，也可以模仿动物、植物、人物、地形等自然之物，还可以模仿电器、服装、飞机、汽车、轮船、建筑物等人造之物，或者可以是各种人物和物体的组合(构成场景)，以满足现在消费者对各种各样形状棉花糖的定制需求，大大提升了棉花糖机的价值。
82.在一实施例中，打印单一颜色的棉花糖时，只需采用一个打印头和一个供料装置即可。
83.在另一实施例中，当需要打印两种颜色或两种颜色以上的棉花糖时，可以设置双打印头或者多打印头以及双供料装置或多供料装置，具体与棉花糖的颜色数量相同，从而可利用不同的供料装置和不同的打印头分别打印不同的颜色，以打印形成多种颜色混合和色彩丰富的棉花糖。
84.在又一实施例中，在打印复杂物体特别是某些部位有悬空的时候，可以设置双打印头和双供料装置，其中一个打印糖丝，另外一个打印支撑材料(支撑材料必须是食品级的，或者是可以食用的)，即一个供料装置是用于供应支撑材料；当然的是，双打印头中的一个为上述中用于打印糖食的打印头结构，另一个可以为现有中已有的用于打印支撑材料的加热打印头，从而供料装置也可以仅采用一个。
85.本实施例中，该熔喷棉花糖3d打印机还包括用于向打印头200供应热空气的空气加热器400，空气加热器400通过气管401与气体流动通道中的进气孔连通；在使用时，该空气加热器400与外部的空气压缩机(图中未示出)连通，利用空气压缩机对空气进行压缩并输送至空气加热器400中，压缩空气经空气加热器400加热后形成热空气在输送至打印头的气体流动通道内，避免空气与糖浆接触后使糖浆降温而影响其的打印成型。
86.本实施例中，如图21和22所示，供料装置还包括设于计量泵303与螺杆挤出机301之间的过滤管道304，过滤管道304内设有滤网320，用于过滤糖浆中的杂质和未熔融的颗粒物，且过滤管道304上还设有用于检测管道内熔体温度和压力的温度压力传感器305，通过监测管道内的压力来避免滤网或喷头堵塞而不能向前输送糖浆或降低输送的量与压力，在压力达到预设值时停机维修，通过监测管道内的温度避免糖浆的温度过低或过热而影响打印，在温度达到预设值时可通过提高或降低加热装置的加热功率来调节；在一实施方案中，还可在过滤管道的外部套装一个加热装置310(即加热环)，以加热未熔融的糖粒，降低滤网被堵塞的问题。
87.本实施例中，如图19和20所示，螺杆挤出机301包括圆筒306、转动设于圆筒306内的螺旋杆307以及与螺旋杆307一端通过联轴器传动连接的第一步进电机308，利用第一步进电机308为螺旋杆307提供动力，并实现较为精确的物料输送，圆筒306的上端设有与供料仓302连通的进料口309，螺旋杆307的一端延伸出圆筒306的一端并与第一步进电机308传动连接，且螺旋杆307延伸出圆台306的一端与圆筒密封配合，避免糖浆从此处泄露，圆筒306的另一端为开口并通过过滤管道304与计量泵303连通。
88.本实施例中，如图19和20所示，加热装置310包括三个沿轴向间隔套装于圆筒306外部的加热环；作为优选的是，该加热环可以是电阻加热圈或电磁加热线圈，也可以是绕设成环状的加热丝。
89.本实施例中，如图17和23所示，供料装置310还包括第二步进电机311，计量泵303为齿轮泵，计量泵303包括具有内腔的泵体312以及两个外圆紧贴泵体312内壁且相互紧密啮合的齿轮313，其中一个齿轮313通过联轴器与第二步进电机311的转轴传动连接，第二步进电机311为计量泵提供动力，并实现较为精确的物料输送，内腔的两端分别与螺杆挤出机301和打印头200连通；计量泵303的工作原理为：第二步进电机311根据外部计算机的指令调节转速，实现控制糖浆原料喷出的流量，当第二步进电机311关闭时，两个紧密啮合的齿轮313不转动，且外圆紧贴泵体内壁，使液态的糖浆原料无法通过向外流出，当两个齿轮313旋转时，糖浆原料从内腔的一端沿两个齿轮313之间的齿缝增压输送至内腔的另一端，最终使糖浆流至打印头200中。
90.在一实施例中，该熔喷棉花糖3d打印机还包括用于驱动打印头竖直移动(即沿z轴移动)的驱动装置(图中未示出)，多轴打印平台为可沿x轴和y轴移动的二轴打印平台；此结构中，打印头只做z轴方向运动，多轴打印平台做xy轴运动。因为打印头及其相连的部件比较多，重量比较重，减少其运动自由度有利于打印稳定可靠；当然的是，此结构中打印头和计量泵之间优选采用软管连通，避免影响打印头的上下移动。
91.在另一实施例中，针对打印头固定，不能进行移动的结构，如图16和24所示，为了完成3d打印，多轴打印平台为三轴打印平台，三轴打印平台包括底座101、设于底座101上并位于打印头200下方的打印平台102、x轴皮带传送机构103、y轴皮带传送机构104以及z轴传送机构105；x轴皮带传送机构用于驱动打印平台102沿x向移动；y轴皮带传送机构104用于驱动打印平台102和x轴皮带传送机构103沿y向移动；z轴传送机构105用于驱动y轴皮带传送机构104、x轴皮带传送机构103和打印平台102沿z向移动；此处中，x轴皮带传送机构103和y轴皮带传送机构104均为现有中常规的皮带传动机构，一般包括导轨、滑动设于导轨上的滑块和驱动滑块沿导轨滑动的电机，电机的转轴与滑块之间通过皮带传动连接，电机固定于导轨上，打印平台102固定于x轴皮带传送机构103中的滑块上，y轴皮带传送机构104包括对称设置的两组，x轴皮带传送机构103中的导轨两端则分别固定于两组y轴皮带传送机构104中的滑块上，使x轴皮带传送机构103和打印平台102同时被y轴皮带传送机构104中的电机驱动沿y轴移动；z轴传送机构105为现有中常规的丝杠传动机构，且在底座上设有两组对称设置的z轴传送机构105，一般包括竖直设置的导向杆110和丝杠111、滑动设于导向杆110上的直线轴承112、与丝杠111配套的丝杠螺母113以及驱动丝杠111旋转的电机114，在两组z轴传送机构105之间设有支撑板115，支撑板115的两端与丝杠螺母113和直线轴承112固定连接，以利用电机114驱动支撑板115上下移动，y轴皮带传送机构104中的导轨固定于支撑板115上，使y轴皮带传送机构104、x轴皮带传送机构103和打印平台102同时被y轴皮带传送机构104中的电机驱动沿y轴移动。
92.在又一实施例中，针对打印头固定，不能进行移动的结构，如图25-28所示，为了完成3d打印，多轴打印平台还可以为五轴打印平台，五轴打印平台包括底座101、设于底座101上并位于打印头200下方的圆棒120、第一旋转装置、第二旋转装置、x轴皮带传送机构103、y轴皮带传送机构104以及z轴传送机构105；其中，x轴皮带传送机构103和y轴皮带传送机构104均为现有中常规的皮带传动机构，y轴皮带传送机构104包括对称设置的两组，z轴传送机构105为现有中常规的丝杠传动机构，且在底座上设有两组对称设置的z轴传送机构105，x轴皮带传送机构103、y轴皮带传送机构104以及z轴传送机构105具体的结构与上述三轴打
印平台的结构相同，此处不再重复赘述；第一旋转装置用于驱动圆棒沿轴向转动，第二旋转装置用于驱动第一旋转装置和圆棒在水平方向和竖直方向之间进行转动，即根据实际打印需要，将圆棒转动至水平方向或垂直方向，当然的是圆棒也可以转动至倾斜，具体倾斜角可根据打印设计来进行实际调整，第二旋转装置包括固定于x轴皮带传送机构中滑块上的u形安装座121、转动设于u形安装座121内侧的第一旋转座122以及固定于u形安装座121外侧并与第一旋转座122传动连接的第一驱动电机123，第一旋转座122的两端通过第一旋转座转动设于u形安装座121内侧，且第一旋转座122的一端延伸出u形安装座121并设有与第一驱动电机123通过皮带124传动连接的第一驱动轮125；圆棒120通过第二旋转座126转动设于第一旋转座122的一侧，且圆棒120与第二旋转座126可拆卸连接，可方便更换圆棒；第一旋转装置包括第二驱动轮127、第二电机128以及传动连接第二驱动轮127和第二电机128的皮带124，第二旋转座126的中部通过转动轴转动设于第一旋转座122的一侧，且第二驱动轮127固定于转动轴上，以带动第二旋转座126和圆棒120绕转动轴的轴线旋转。
93.在又一实施例中，采用五轴打印平台进行打印时，将需打印的物体进行圆柱面切片，圆柱面切片是将物体视为某种圆柱体(规则或不规则)，从靠近物体中心线的实体出发，沿中心线的垂直方向(即径向)由内向外将物体切分成多层带厚度的圆柱面，层与层之间叠加，形成嵌套的关系；打印时，也遵循先内后外的顺序逐层堆积打印材料成形，圆棒依据外部计算机的程序指令一边旋转，一边作下降和左右运动，从打印头喷出的糖丝则在圆棒表面逐层堆积成形，而在需要圆棒的一端端部进行打印时，通过第二驱动装置使圆棒从水平转动至竖直，第一旋转装置保持工作状态，此时打印头在圆棒的顶部进行“封顶”打印操作；更进一步，如果需要在棉花糖表面上色，则可以加装一个食用颜料打印喷头，构成主体和表面双头打印机，使制成的棉花糖多姿多彩，打印结束后，从第二旋转座上取下圆棒，就可以享用棉花糖了。
94.本实施例所述的熔喷棉花糖3d打印机集成了熔喷技术和3d打印技术，使用食用白糖作为原料，可以制作各种立体形状的棉花糖。
95.但是理论上讲，凡是热塑性(高温熔融，低温固化)聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种切片原料，除此之外，熔喷工艺常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、pbt、ema、eva等，所以，本实施例所述的熔喷棉花糖3d打印机适用于以上材料的熔喷3d打印，可以作为一种通用的熔喷3d打印机，应用范围十分广泛。熔喷法非织造布主要用于：过滤材料、医疗卫生材料、环境保护材料、服装材料和电池隔膜材料，而使用熔喷3d打印技术，可以获得各种二维和三维形状的材料，这是传统熔喷工艺无法获得的。
96.上述实施例中，供料装置、空气加热器和打印头固定于一安装板上。
97.于其它实施例中，三轴打印平台中驱动打印平台沿xyz三轴移动的运动机构还可采用如图29所示的三轴电动滑台代替，该三轴电动滑台可以是现有中如福誉科技公司的产品型号为fsl120xyz-l的双导轨封闭龙门式三轴滑台或滚珠丝杆龙门式三轴滑台等。
98.于其它实施例中，五轴打印平台中驱动圆棒进行移动和转动的五轴运动机构还可采用如图30所示的五轴机器人代替。
99.以上对实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实
施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，如喷嘴形状的改变、气体流动通道设计的改变等，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，包括：至少可沿x轴和y轴移动的多轴打印平台；至少一个打印头，位于所述多轴打印平台的上方，所述打印头的底部设有供熔体向下喷出至多轴打印平台上的贯穿孔，所述打印头上还设有用于向所述贯穿孔输入压缩空气的气体流动通道，以在空气的作用下牵引喷出的熔体进行拉丝；至少一个供料装置，与所述打印头一一对应连通，所述供料装置包括用于向前输送打印物料的螺杆挤出机、用于向螺杆挤出机供应打印物料的供料仓以及与所述螺杆挤出机的出口端连通的计量泵，所述螺杆挤出机上设有将打印物料加热熔融成熔体的加热装置，所述计量泵与所述打印头连通，以使熔体经过计量泵后泵送至打印头中，经打印头的喷嘴喷出后并在空气的牵引作用下，在多轴打印平台上打印形成三维物体。2.根据权利要求1所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，还包括用于向打印头供应热空气的空气加热器，所述空气加热器与气体流动通道连通。3.根据权利要求2所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，所述供料装置还包括设于计量泵与螺杆挤出机之间的过滤管道，所述过滤管道内设有滤网，且所述过滤管道上还设有用于检测管道内熔体温度和压力的温度压力传感器。4.根据权利要求1至3任一项所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，所述螺杆挤出机包括圆筒、转动设于圆筒内的螺旋杆以及与螺旋杆一端传动连接的第一步进电机，所述圆筒的上端设有与所述供料仓连通的进料口，所述螺旋杆的一端延伸出所述圆筒的一端并与所述第一步进电机传动连接，所述圆筒的另一端与所述计量泵连通；所述加热装置包括至少一个沿轴向间隔套装于所述圆筒外部的加热环。5.根据权利要求1至3任一项所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，所述供料装置还包括第二步进电机，所述计量泵包括具有内腔的泵体以及两个外圆紧贴泵体内壁且相互紧密啮合的齿轮，其中一个齿轮与所述第二步进电机传动连接；所述内腔的两端分别与所述螺杆挤出机和打印头连通。6.根据权利要求1至3任一项所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，还包括用于驱动所述打印头竖直移动的驱动装置，所述多轴打印平台为可沿x轴和y轴移动的二轴打印平台。7.根据权利要求1至3任一项所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，所述打印头包括相邻抵接设置的喷头和气板，所述气板中与所述喷头相接触的一面设有凹槽，且所述凹槽内设有与外部连通的所述贯穿孔，所述贯穿孔位于所述多轴打印平台的上方，所述喷头中凸起设有置于所述凹槽内的喷嘴，所述喷嘴与所述凹槽之间设有与所述贯穿孔连通的气隙，所述气板上设有用于向所述气隙输入压缩空气的所述气体流动通道，所述喷嘴的前端设有若干与所述贯穿孔前后对应的喷孔。8.根据权利要求7所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，还包括设于所述喷头外侧面上的进料板，所述进料板上设有连通外部和喷头的入料口，且所述喷头上设有连通入料口和喷嘴的进料口；所述喷头和气板两者中的其中一个上设有至少两个凸起的定位销，而在另一个中则凹设有至少两个与所述定位销一一对应卡合连接的定位孔。9.根据权利要求1所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，所述多轴打印平台为三轴打印平台，所述三轴打印平台包括底座、设于底座上并位于打印头下方的打印平台、x轴皮
带传送机构、y轴皮带传送机构以及z轴传送机构；所述x轴皮带传送机构用于驱动打印平台沿x向移动；所述y轴皮带传送机构用于驱动打印平台和x轴皮带传送机构沿y向移动；所述z轴传送机构用于驱动y轴皮带传送机构和打印平台沿z向移动。10.根据权利要求1所述的熔喷棉花糖3d打印机，其特征在于，所述多轴打印平台为五轴打印平台，所述五轴打印平台包括底座、设于底座上并位于打印头下方的圆棒、第一旋转装置、第二旋转装置、x轴皮带传送机构、y轴皮带传送机构以及z轴传送机构；所述第一旋转装置用于驱动圆棒沿轴向转动，所述第二旋转装置用于驱动第一旋转装置和圆棒在水平方向和竖直方向之间进行转动，所述x轴皮带传送机构用于驱动打印平台沿x向移动；所述y轴皮带传送机构用于驱动打印平台和x轴皮带传送机构沿y向移动；所述z轴传送机构用于驱动y轴皮带传送机构和打印平台沿z向移动。

技术总结
本发明公开了一种熔喷棉花糖3D打印机，包括：至少可沿X轴和Y轴移动的多轴打印平台；打印头，位于多轴打印平台的上方，打印头的底部设有供熔体向下喷出的贯穿孔，打印头上设有用于向贯穿孔输入压缩空气的气体流动通道；供料装置，供料装置包括用于向前输送打印物料的螺杆挤出机、用于向螺杆挤出机供应打印物料的供料仓以及与螺杆挤出机的出口端连通的计量泵，螺杆挤出机上设有将打印物料加热熔融成熔体的加热装置，计量泵与打印头连通，以使熔体经过计量泵后泵送至打印头中，经打印头的喷嘴喷出后并在空气的牵引作用下，在多轴打印平台上打印形成三维物体。本发明利用熔喷打印的方式，可打印任意三维形状的棉花糖，满足消费者的需求。的需求。的需求。


技术研发人员：刘伟翔
受保护的技术使用者：刘伟翔
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/10/7