CN105946233A - 多喷嘴3d打印喷头及打印方法及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多喷嘴3D打印喷头及打印方法及3D打印机，该方法采用打印喷头和打印平台进行打印，所述打印喷头上设有多个喷嘴，该打印喷头包括喷头座和喷嘴座，打印喷头在打印平台上进行3D打印，所述打印喷头在所述打印平台进行x，y，z三个方向相对运动的同时，通过所述喷嘴座或喷头座分别相对打印平台的转动，使其至少两个所述喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动。本发明采用该方法进行打印，可以有效的提高打印机的打印效率，不仅有利于打印曲率半径较小的打印路径，还可减少喷嘴座转动的角度，提升多喷嘴快速跟随各种曲率打印路径的速度，以及降低喷嘴座驱动装置或打印平台转动的驱动装置的负荷，且能够满足实际应用中的各种需求。

Description

多喷嘴3D打印喷头及打印方法及3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机的技术领域，尤其涉及一种多喷嘴3D打印喷头及打印方法及采用所述多喷嘴3D打印喷头或所述打印方法的3D打印机。

背景技术

现有的FDM(“Fused Deposition Modeling”的简称，即为熔融沉积成型)3D打印机是通过喷头与平台之间的x，y，z，三个线性不相关的运动(即三个相互独立的运动方向)，使得喷头可以到达平台上方一定区域内的任意位置。同时在喷头座上的喷嘴按适当的速度挤出料到平台上的模型合适位置上，完成一层的打印后在下一层上继续打印，逐层堆叠形成三维实体。

现有的数控喷射电铸，或称为数控选择性电化学沉积是通过喷头将电解液以高速射流的形式喷射向作为阴极的打印平台。喷头相对平台做x，y，z，三个方向的运动，在有实体的地方通电，没有实体的地方断电。通电时电解液中的金属离子就会在电场的作用下在阴极表面还原成原子沉积成实体。沉积完一层后在下一层上继续沉积，逐层堆叠形成三维实体。

在3D打印喷头与平台之间的x，y，z，三个线性不相关的运动的实现方式有多种，例如RepRap(replicating rapid prototyper的简称)结构，Makerbot公司的结构，Ultimaker结构，Delta式并联机械臂式，单或双极坐标式结构，机械手臂式，六轴联动式等。

然而上述几种结构的共同点在于：只能使用一个喷嘴进行打印。要想提升打印速度，只能通过提升喷头相对平台的移动速度，及提高料的进料速度来达到。但这种速度的提升空间都是有极限的，例如驱动电机的功率，框架和导向机构，传动皮带，结构刚度等的限制。由于打印过程中需要不断快速变换移动方向和速度，所以此过程会产生很大的加速度，让框架抖动，影响打印精度。这些方面限制了打印速度的进一步提升。

目前，虽已有多喷嘴的3D打印机，但多个喷嘴只是为了让多种料在不停机的情况下重新换料进行交替打印，根本不能提升打印速度。如通过多个喷头的方式进行多喷嘴打印，多个喷头之间运动的干涉限制，使得对打印速度的提升效果大为折扣。且多喷头使得打印机的结构复杂，可靠性降低，成本上升。

同时受到喷嘴结构和喷嘴中料的直径限制，多个喷嘴之间的间距很难做的距离很近。例如对于塑料丝料而言，太细会容易断，很难将丝料制作很细，然后直接并排在喷嘴中挤出。所以如果将喷嘴直接并联排布后进行同时打印的话，那么打印出来的丝线受丝料的直径限制，以及喷嘴结构的约束而使得挤出的料间距会很宽。又如打印食品(如巧克力)，胶类，混凝土类，电解液等，喷嘴的直径往往无法制作的很细，即使将喷嘴的间距制造的足够靠近，也往往不具有很好的可靠性，强度，耐用性等，更无法直接应用则不具有实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种多喷嘴3D打印喷头及打印方法及3D打印机，能够有效既提高打印速度，不仅有利于打印曲率半径较小的打印路径，还可减少喷嘴座转动的角度，提升多喷嘴快速跟随各种曲率打印路径的速度，以及降低喷嘴座驱动装置或打印平台转动的驱动装置的负荷，且更优的能够满足实际应用中的各种需求。

本发明提供的技术方案如下：

一种多喷嘴3D打印喷头，所述打印喷头上设有至少两个喷嘴，包括：

喷头座；

喷嘴座，其活动设置于所述喷头座上，且至少一个所述喷嘴设置在所述喷嘴座上；

驱动装置，用于驱动所述喷嘴座进行运动，并带动所述喷嘴座上设置的所述喷嘴沿设定的打印路径运动。

本技术方案中，通过喷嘴座与喷头座的活动连接，以及至少一个设置在喷嘴座上的喷嘴。进而在驱动装置的驱动下，实现喷嘴座的运动，目的是通过喷嘴座的运动，并带动喷嘴座上的喷嘴沿设定的打印路径运动，从而通过喷嘴实现三维打印。这样不仅能够通过至少两个喷嘴同时进行打印，进而可以有效既提高打印速度，更优的是在打印不同模型时，可以对打印的料轨迹间距根据不同情况需要做调整改变，满足实际应用中的各种需求。

优选地，所述喷嘴座包括第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座；

所述第一喷嘴座上设有至少一个第一喷嘴，所述第二喷嘴座上设有至少一个第二喷嘴，所述第三喷嘴座上设有至少一个第三喷嘴；

所述驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置；

所述第一喷嘴座与所述第一驱动装置连接，并被所述第一驱动装置驱动进行运动；所述第二喷嘴座与所述第二驱动装置连接，并被所述第二驱动装置驱动进行运动；所述第三喷嘴座与所述第三驱动装置连接，并被所述第三驱动装置驱动进行运动。

本技术方案中将喷嘴座由三个喷嘴座构成，分别为第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座，且每个喷嘴座上分别连接一驱动装置，目的是通过不同的驱动装置驱动不同喷嘴座的转动，进而实现对各喷嘴座上喷嘴的调整，使其各喷嘴处于打印路径的交叉点处，并进行同时打印，有效提高打印效率。

优选地，所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座均为套筒状结构；

由内至外依次为所述第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座；

所述喷头座与所述第三喷嘴座滑动套设连接；

所述第二喷嘴座与所述第三喷嘴座滑动套设连接；

所述第一喷嘴座与所述第二喷嘴座滑动套设连接。

将第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座均设置为套筒状结构，同时将三个喷嘴座从内至外依次连接，且相互之间通过滑动套设的连接方式进行连接，不仅简化安装程序，更优是可以使其结构紧凑，简化整个打印喷头的结构。

优选地，所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座沿同一中心轴线同心套设；

所述第一驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第一喷嘴座连接，用于驱动所述第一喷嘴座绕所述中心轴线转动；

所述第二驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第二喷嘴座连接，用于驱动所述第二喷嘴座绕所述中心轴线转动，使其所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第一喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化；

所述第三驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第三喷嘴座连接，用于驱动所述第三喷嘴座绕所述中心轴线转动，使其所述第三喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化。

将各喷嘴座连接的驱动装置均设置在喷头座上，可以实现对各自连接的喷嘴座进行独立控制，从而使得不同喷嘴与中心轴线的连线之间形成的夹角，对其夹角的角度可做调整，进而满足各喷嘴均能处于打印路径的交叉处，有效地提高喷嘴的利用率。

优选地，所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座沿同一中心轴线同心套设；

所述第三驱动装置设置在所述喷头座上，用于驱动所述第三喷嘴座相对所述喷头座进行转动，并通过设置在所述第三喷嘴座上的所述第二驱动装置，以及设置在所述第二喷嘴座上的所述第一驱动装置，带动所述第二喷嘴座和所述第一喷嘴座同时转动；

所述第二喷嘴座在所述第二驱动装置的驱动下绕所述中心轴线转动，并通过设置在所述第二喷嘴座上的所述第一驱动装置带动所述第一喷嘴座同时转动，使其所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第三喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化；

所述第一喷嘴座在所述第一驱动装置的驱动下绕所述中心轴线转动，使其所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第一喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化。

将第三驱动装置设置在喷头座上，以及设置在第三喷嘴座上的第二驱动装置和设置在第二喷嘴座上的第一驱动装置。可以通过第三驱动装置使其三个喷嘴座在实现关联转动的基础上，还可以进一步的通过各自连接的驱动装置对各喷嘴座进行驱动，进而使得不同喷嘴与中心轴线的连线之间形成的夹角，对其夹角的角度可做调整，进而满足各喷嘴均能处于打印路径的交叉处，有效地提高喷嘴的利用率，同时有效地降低了驱动装置的能量损耗，简化控制方式。

优选地，所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座均活动设置在所述第一喷嘴座上，所述第一驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第一喷嘴座连接，用于驱动所述第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座同时转动。

将第二喷嘴座和第三喷嘴座均活动设置在第一喷嘴座上，这样三个喷嘴座可通过设置在第一喷嘴座上的第一驱动装置即可被同时驱动，有效地减少驱动能耗，简化控制程序。

优选地，所述第二驱动装置与所述第二喷嘴座连接，用于驱动所述第二喷嘴座相对所述第一喷嘴座直线移动，使其所述第二喷嘴分别与所述第一喷嘴和所述第三喷嘴之间的连线形成的夹角和/或距离可变化；

所述第三驱动装置与所述第三喷嘴座连接，用于驱动所述第三喷嘴座相对所述第一喷嘴座直线移动，使其所述第三喷嘴分别与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间的连线形成的夹角和/或距离可变化。

通过设置的第二驱动装与第二喷嘴座的连接，以及第三驱动装置与第三喷嘴座的连接，进而实现对第二喷嘴座和第三喷嘴座的直线移动，使其第二喷嘴与第一喷嘴之间的位置发生变化，以及第三喷嘴与第一喷嘴之间的位置发生变化，目的是满足各喷嘴均能处于打印路径的交叉处，有效地提高喷嘴的利用率。

在上述结构的基础上进一步优选地，还包括了一用于检测所述喷嘴座转角零点或转角位置的传感器，所述传感器为光电传感器、霍尔传感器、旋转变压器、行程开关和触动开关中的一种。

通过在该打印喷头上设置的传感器，实现对喷嘴座转角零点或转角位置的检测。

在上述结构的基础上进一步优选地，所述驱动装置为斜齿轮、锥齿轮、直齿轮、涡轮蜗杆、皮带、空心轴电机或液压泵中的一种。

在上述结构的基础上进一步优选地，所述喷嘴为设有料孔结构的喷嘴、没有料孔结构的喷嘴中的一种，且所述喷嘴材料为金属、电气绝缘材料、不可溶电极材料、非金属导电材料的一种或几种材料的复合。

在上述结构的基础上进一步优选地，所述喷嘴为设有料孔结构的喷嘴，该喷嘴设有料孔结构的所述喷嘴包括输料通道，以及设置在所述输料通道两端的入料口和喷料口；

所述输料通道为倾斜通道，所述倾斜通道为自所述入料口至喷料口方向倾斜，且所述喷料口的口径小于所述入料口的口径；且各所述倾斜通道的各所述喷料口之间的距离小于各所述入料口之间的距离。

将喷嘴的输料管道设置成倾斜通道，目的是尽可能的减小相邻喷嘴上设置的喷料口之间的距离，这样不仅有利于打印曲率半径更小的打印轨迹，还可减少喷嘴座转动的角度，提升多喷嘴快速跟随各种曲率打印路径的速度，降低喷嘴座驱动装置或打印平台转动的驱动装置的负荷，且能够满足实际应用中的各种需求。

一种打印方法，采用打印喷头和打印平台进行打印，所述打印喷头上设有至少两个喷嘴，该打印喷头包括喷头座和喷嘴座，所述打印喷头与所述打印平台相对运动，包括以下步骤：

a)、对待打印物体的三维数据进行分析，根据待打印物体的轮廓形状，在待打印物体的每一层的截面上划分至少两条打印路径；

b)、利用所述打印喷头在所述打印平台上对所述待打印物体的每一层截面上划分的打印路径进行打印，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的两条所述打印路径进行运动。

本发明还提供了另一种打印方法，采用打印喷头和打印平台进行打印，所述打印喷头上设有多个喷嘴，该打印喷头包括喷头座和喷嘴座，采用所述打印喷头在所述打印平台上进行3D打印，所述打印喷头在所述打印平台进行x，y，z三个方向相对运动的同时，通过所述喷嘴座或喷头座分别相对打印平台的转动，使其至少两个所述喷嘴分别沿相对应的两条打印路径进行运动。

优选地，所述打印喷头为前述的多喷嘴3D打印喷头。

优选地，所述打印平台可转动，所述打印平台与所述打印喷头相对运动，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动。

本发明还提供了一种多喷嘴3D打印机，包括：机架、打印平台和打印喷头，所述打印平台和所述打印喷头均设置在所述机架上，所述打印喷头与所述打印平台相对于x，y，z三个方向相对运动，

所述打印喷头上设有至少两个喷嘴，所述打印喷头还相对于所述打印平台转动设置，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动。

优选地，所述打印喷头为前述的多喷嘴3D打印喷头。

优选地，所述多喷嘴3D打印机为应用前述的打印方法进行打印的打印机。

优选地，所述多喷嘴3D打印机为FDM多喷嘴3D打印机、射流式多喷嘴数控电铸3D打印机、不溶性阳极式多喷嘴数控电铸3D打印机、不溶性阳极射流式多喷嘴数控电铸3D打印机中的一种。

通过本发明提供的一种多喷嘴3D打印喷头及打印方法及3D打印机，能够带来以下至少一种有益效果：

1、在本发明的打印方法中，采用至少两个喷嘴的打印喷头进行3D打印，在打印喷头与所述打印平台进行x，y，z三个方向相对运动的同时，通过喷嘴座或喷头座的运动，使其各喷嘴沿相对应的打印路径进行运动，并实现打印，可以有效的提高打印机的打印速度。

2、本发明的打印方法中，通过各喷嘴座或喷头座分别相对打印平台的转动，使得喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离在小于某个值的范围内实现任意可调(即各喷嘴沿相对应的打印路径进行运动)，从而实现多喷嘴3D打印。这样即可以满足在喷头上多个喷嘴的间距无法制作的足够靠近的情况下，且多条打印路径间距在小于某个值的范围内，有效实现任意可调的多条打印路径同时打印，还可大大提升打印速度，降低生产成本低，更优的能够满足实际应用中的各种需求，提升实用价值。

3、本发明的多喷嘴3D打印喷头，其中多个喷嘴可以通过驱动装置的驱动改变各喷嘴与中心轴线的连线之间形成的夹角，进而可以保证打印过程中与打印路径相对应，这样不仅有利于打印曲率半径较小的打印路径，还可减少喷嘴座转动的角度，提升多喷嘴快速跟随各种曲率打印路径的速度。

4、本发明的多喷嘴3D打印喷头，将三个套筒状结构的喷嘴座沿同一中心轴线进行同心套设或偏心套设或在一个喷嘴座上同时设置两个喷嘴座等连接方式，使其整个打印喷头的结构紧凑。

5、本发明的多喷嘴3D打印机，由于打印方法采用具有多喷嘴的打印喷头进行3D打印，因此，同样具备上述有益效果，可大大提升打印速度，还可在保证可靠性的基础上简化打印机的结构，又同时又不会影响打印精度，更优是提高了适用范围。

6、本发明的多喷嘴3D打印机，由于多个喷嘴是设置在一个喷头上，对于FDM多喷嘴3D打印机，多喷嘴各挤出料的时间差很短，挤出的料可以接近同时凝固，使得料与料之间的结合效果更好，有利于提高被打印物体的强度和精度。而对于多种形式的数控电铸3D打印机，同样具上述有益效果，可大大提升打印速度，更优是提高了适用范围。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种多喷嘴3D打印喷头及打印方法及3D打印机的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中，图1到图14的各结构示意图中将喷头作了剖切处理，以便更清楚的表现内部结构。

图1是本发明多喷嘴3D打印喷头实施例一的剖视图；

图2是图1中多喷嘴3D打印喷头的另一种结构示意图；

图3是图1中喷嘴多喷嘴3D打印喷头的第三种结构示意图；

图4是图3中喷嘴座的仰视图；

图5是本发明多喷嘴3D打印喷头实施例二的剖视图；

图6是图5的爆炸图；

图7是图5中驱动装置的另一种布置结构图；

图8是本发明多喷嘴3D打印喷头实施例三的局部剖切结构示意图；

图9是本发明多喷嘴3D打印喷头实施例四的局部剖切结构示意图；

图10是本发明多喷嘴3D打印喷头中喷嘴座部分的局部剖切结构示意图；

图11是图10中的剖面视图；

图12是本发明多喷嘴3D打印喷头中驱动装置为锥齿轮副的结构示意图；

图13是本发明多喷嘴3D打印喷头中驱动装置为电机转子与喷嘴座直连驱动的结构示意图；

图14是本发明多喷嘴3D打印喷头中驱动装置为同步带传动的结构示意图；

图15是本发明打印方法一般情况下的示意图；

图16是本发明打印方法实施例一(一个喷嘴座为例)中以打印路径为等间距平行线情况，喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与打印路径间距的关系示意图；

图17是本发明打印方法实施例二(一个喷嘴座为例)中以打印路径为同心圆环情况，喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与打印路径间距的关系示意图；

图18是本发明打印方法实施例三(三个喷嘴座为例，且相互独立转动)中以打印路径为平行线情况，喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角分别与各打印路径间距的关系示意图；

图19是本发明打印方法实施例四(三个喷嘴座为例，且相互独立转动)中以打印路径为等间距同心圆环情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与打印路径间距的关系示意图；

图20是本发明打印方法实施例五(三个喷嘴座为例，且相互独立转动)中以打印路径为同心圆环情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与各打印路径间距的关系示意图；

图21是本发明打印方法实施例六(三个喷嘴座为例，且单向关联转动)中以打印路径为平行线情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与各打印路径间距的关系示意图；

图22是本发明打印方法实施例七(三个喷嘴座为例，且单向关联转动)中以打印路径为等间距同心圆环情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与打印路径间距的关系示意图；

图23是本发明打印方法实施例八(三个喷嘴座为例，且单向关联转动)中以打印路径为同心圆环情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角与各打印路径间距的关系示意图；

图24是本发明打印方法实施例九(三个喷嘴座为例，一个转动，另两个被前一个关联驱动且可相对独立直线运动，且三者始终共线)中设打印路径为多条平行线，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角以及喷嘴座相对喷头移动距离与各打印路径间距的关系示意图；

图25是本发明打印方法实施例十(三个喷嘴座为例，一个转动，另两个被前一个关联驱动且可相对独立直线运动，且三者始终共线)中打印路径为同心圆环情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角以及喷嘴座相对喷头移动距离与各打印路径间距的关系示意图；

图26是本发明打印方法实施例十一(三个喷嘴座为例，一个转动，另两个被前一个关联驱动且可相对独立按自己的直线轨道运动)中打印路径为同心圆环情况，各喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角以及喷嘴座相对喷头移动距离与打印路径间距的关系示意图；

图27是图15-26中符号注解表；

图28是本发明多喷嘴3D打印喷头与打印平台之间的结构示意图(图中示意为喷头在打印平台的上方，其他实施例中喷头也可以在打印平台的下方)。

附图标号说明：

A-喷头座；

B-喷嘴座；B1-第一喷嘴座；B2-第二喷嘴座；B3-第三喷嘴座；

C-打印平台；

D-驱动装置；D1-第一驱动装置；D2-第二驱动装置；D3-第三驱动装置；

NA-设置在喷头座上的喷嘴；N01、N02、N03、N04-喷嘴；

N1、N1＇-第一喷嘴；N2、N2＇-第二喷嘴；N3、N3＇-第三喷嘴；

11-轴承；

21-输料通道；22-入料口；23-喷料口；

30-传感器；31-第一传感器；32-第二传感器；33-第三传感器。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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他的附图，并获得其他的实施方式，这些实施方式都应被包含于本发明的专利保护范围内。

多喷嘴3D打印喷头实施例一：

参看图1所示，多喷嘴3D打印喷头的剖视图，本实施例具体提供了一种打印喷头，包括喷头座A，喷嘴座B，驱动装置D。其中，打印喷头上设有至少两个喷嘴，喷嘴座B活动设置在喷头座A上，且至少一个喷嘴N设置在喷嘴座B上。见图1所示，在喷嘴座B上设置两个喷嘴N01、N02；见图2所示，在喷嘴座B上设置两个喷嘴N01、N02，喷头座A上设置一个喷嘴NA。使用时驱动装置D驱动喷嘴座B进行运动，打印喷头带动两个喷嘴N01、N02沿设定的打印路径运动并完成打印。

应说明的是，在图1中喷嘴座B是滑动套设在喷头座A的内侧，且优选的让两个喷嘴N的连线的中点与喷嘴座B的中心轴线重合；在图2中喷嘴座B是滑动套设在喷头座A的外侧，且优选地将设置在喷头座上的喷嘴NA与喷嘴座B的中心轴线重合。

当然了在其他实施例中，多个喷嘴N可以至少一个设置在喷嘴座B上，一个或多个设置在喷头座A上。见图3、4所示，优选地，在喷嘴座B上设置四个喷嘴N01、N02、N03、N04，其中，中间的两个喷嘴N02、N03连线的中点与喷嘴座B的中心轴线重合。这样在喷嘴座B的转动下可以带动喷嘴N01、N02、N03、N04相对喷头座A运动，每个喷嘴N01、N02、N03、N04都形成一个轨道，该轨道由喷嘴座B在喷头座A内确定的运动轨道形成，应说明的是本实施例中，各喷嘴的轨道(指喷头座与喷嘴座复合运动结果下的运动路线，正常情况下应该是打印路径)。而喷嘴座B在喷头座A内确定的运动轨道为喷嘴座的轨道，本申请中喷嘴座的轨道是固定在喷头座A上的不同半径的圆。

进一步应说明的是，其中，喷嘴N的设置数量以及排列方式均根据实际生产工艺做合理的调整。优选的喷嘴排列方式为所有喷嘴共线排列。后面实施例中，优选喷嘴的排列方式为通过喷嘴座的转动可以实现所有喷嘴共线的喷嘴排列方式。

多喷嘴3D打印喷头实施例二：

本实施例二与实施例一的结构和工作原理基本相同，参看图5所示，区别仅在于：喷嘴座包括了第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3，且在第一喷嘴座B1上设置了至少一个第一喷嘴N1，第二喷嘴座B2上设置至少一个第二喷嘴N2，第三喷嘴座B3上设置至少一个第三喷嘴N3。同时驱动装置D包括了第一驱动装置D1、第二驱动装置D2，以及第三驱动装置D3。其中，第一喷嘴座B1与第一驱动装置D1连接，并被第一驱动装置D1驱动进行运动；第二喷嘴座B2与第二驱动装置D2连接，并被第二驱动装置D2驱动进行运动；第三喷嘴座B3与第三驱动装置D3连接，并被第三驱动装置D3驱动进行运动。

实际运用时，通过各驱动装置分别驱动各自连接的喷嘴座进行运动，进而实现对各喷嘴的调整。需说明的是，驱动装置的设置方式有多种，图5、6中驱动装置的驱动齿轮轴为平行关系，而图7中给出了驱动装置的另一种布置方式，将相邻驱动装置的驱动齿轮轴设置为垂直关系，这样更加有利于在喷嘴座轴向方向上减小驱动装置的间距。

示例性的，在多喷嘴3D打印喷头实施例二中，设置的第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3均为套筒状结构；参看图6、7所示，由内之外依次为第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3。具体安装时可用将喷头座A与第三喷嘴座B3滑动套设连接，将第二喷嘴座B2与第三喷嘴座B3滑动套设连接，进而第一喷嘴座B1与第二喷嘴座B2滑动套设连接。

应说明的是，当然在其他多喷嘴3D打印喷头实施例中，第三喷嘴座B3可以滑动套设在喷头座A外侧，而第二喷嘴座B2和第一喷嘴座B1再依次套设均可，具体套设顺序不作限定。同时第三喷嘴座B3也可以通过轴承10与喷头座A连接，见图1、3所示，当然了也可以采用其他方式进行连接，本申请中不再一一赘述。

示例性的，将第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3沿同一中心轴线同心套设。参看图5、6、7所示，具体的将第一驱动装置D1设置在喷头座A上并与第一喷嘴座B1连接，这样可以驱动第一喷嘴座B1绕中心轴线进行转动，从而使得第一喷嘴座B1上设置的两个第一喷嘴N1、N1＇绕中心轴线转动；同时将第二驱动装置D2也设置在喷头座A上并与第二喷嘴座B2连接，可以通过第二驱动装置D2驱动第二喷嘴座B2绕中心轴线转动，从而使得第二喷嘴N2、N2＇和中心轴线的连线与第一喷嘴N1、N1＇和中心轴线的连线之间的夹角可变化；进而将第三驱动装置D3也设置在喷头座A上并与第三喷嘴座B3连接，这样可以通过第三驱动装置D3驱动第三喷嘴座B3相对喷头座A绕中心轴线转动，从而使得第三喷嘴N3、N3＇和中心轴线的连线与第二喷嘴N2、N2＇和中心轴线的连线之间的夹角可变化。

应说明的是，第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3在其他多喷嘴3D打印喷头实施例中当然也可以是偏心套设，具体的连接方式也可以根际实际需求做合理的设计。本申请中均以同心为例，其余连接方式不再一一举例说明。

在多喷嘴3D打印喷头实施例二中，通过不同的各驱动装置驱动各自连接的喷嘴座沿各自的轨道运动，从而实现对各喷嘴座上设置的各喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离(即在小于某个值的范围内)进行调整，满足各喷嘴沿各自对应的打印路径进行打印，有效地提高打印速度。

本实施中各喷嘴座的轨道为固定在喷头座A上的半径不同的圆。当然喷嘴座的轨道是可以固定在喷头座A上，也可以固定在其中一个喷嘴座B上，喷嘴座的轨道既可以是一根曲线，也可以是一个点。本申请中不再一一赘述。

多喷嘴3D打印喷头实施例三：

本实施例三与实施例二的结构和工作原理基本相同，将第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3沿同一中心轴线同心套设。参看图8所示，区别仅在于：第三驱动装置D3设置在喷头座A上，第二驱动装置D2固定在第三喷嘴座B3上，第一驱动装置D1固定在第二喷嘴座B2上。这样可以通过第三驱动装置D3驱动第三喷嘴座B3相对喷头座A进行转动，同时通过与第三喷嘴座B3连接的第二驱动装置D2带动第二喷嘴座B2进行转动，以及与第二喷嘴座B2连接的第一驱动装置D1带动第一喷嘴座B1进行转动，进而实现单向联动功能(即第三驱动装置D3驱动时，通过第二驱动装置D2和第一驱动装置D1带动第二喷嘴座B2和第一喷嘴座B1同时转动，第二驱动装置D2驱动时，通过第一驱动装置D1带动第一喷嘴座B1同时转动)，可以有效地减小第二驱动装置D2和第一驱动装置D1需要驱动的转角。

当然在实现整体单向联动控制后还可以进一步的再通过第二驱动装置D2驱动第二喷嘴座B2绕中心轴线转动，并通过设置在第二喷嘴座B2上的第一驱动装置D1带动第一喷嘴座B1同时转动，从而使得第二喷嘴N2、N2＇和中心轴线的连线与第三喷嘴N3、N3＇和中心轴线的连线之间的夹角可变化；同时还可以通过第一驱动装置D1驱动第一喷嘴座B1绕中心轴线转动，从而使得第二喷嘴N2、N2＇和中心轴线的连线与第一喷嘴N1、N1＇和中心轴线的连线之间的夹角可变化。这样在单向联动的基础上再通过各自连接的驱动装置独立驱动下，使其不同的喷嘴沿不同的打印路径进行同时打印。

应说明的是，本实施例中第一喷嘴座B1的轨道是固定在第二喷嘴座B2上的圆，第二喷嘴座B2的轨道是固定在第三喷嘴座B3上的圆，第三喷嘴座B3的轨道是固定在喷头座A上的圆。

多喷嘴3D打印喷头实施例四：

参看图9所示，第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3均活动设置在第一喷嘴座B1上。其中，第一驱动装置D1设置在喷头座A上并与第一喷嘴座B1连接，这样可以驱动第一喷嘴座B1、第二喷嘴座B2和第三喷嘴座B3同时进行转动。

示例性的，在多喷嘴3D打印喷头实施例四中，优选地在第二喷嘴座B2上设置第二驱动装置D2，这样当第一驱动装置D1驱动第一喷嘴座B1进行转动时同时转动第二喷嘴座B2，而第二喷嘴座B2可以在第二驱动装置D2的驱动下相对第一喷嘴座B1做直线移动，通过移动可有效地控制第二喷嘴N2与第一喷嘴N1和第三喷嘴N3之间的连线形成的夹角和/或距离。

示例性的，进一步优选地在第三喷嘴座B3上设置第三驱动装置D3，这样当第一驱动装置D1驱动第一喷嘴座B1进行转动时同时转动第三喷嘴座B3，而第三喷嘴座B3可以在第三驱动装置D3的驱动下相对第一喷嘴座B1做直线移动，通过移动可有效地控制第三喷嘴N3与第一喷嘴N1和第二喷嘴N2之间的连线形成的夹角和/或距离。

应说明的是，本实施例中，第一喷嘴座B1的轨道是固定在喷头座A上的圆，第二喷嘴座B2的轨道是固定在第一喷嘴座B1上的直线段，第三喷嘴座B3的轨道也是固定在第一喷嘴座B1上的直线段。

上述四个多喷嘴3D打印喷头实施例中，设置的驱动装置均为斜齿轮或涡轮蜗杆传动副。见图12所示，驱动装置为锥齿轮传动副，见图13所示，驱动装置采用电机转子与喷嘴座直连的方式进行驱动，图14采用同步带传动方式进行驱动。当然在其他多喷嘴3D打印喷头实施例中驱动装置也可采用直齿轮或液压泵中的一种，具体的可根据实际需要选定，此处不再一一赘述。

进一步的在上述四个多喷嘴3D打印喷头实施例中，喷嘴座的轨道优选为圆或直线，在其他实施例中，喷嘴座的轨道还可以是其他的曲线形式。

在上述四个多喷嘴3D打印喷头实施例中，打印喷头中喷嘴的结构为设有料孔结构的喷嘴、没有料孔结构的喷嘴一种，且所述喷嘴的材料为金属、电气绝缘材料、不可溶电极材料、非金属导电材料的一种或几种材料的复合。

设有料孔结构的喷嘴，见图10、11中，喷嘴座包括输料通道21，以及设置在输料通道两端的入料口22(即与打印相关的料进入的口，实际使用时与给料机构连接)，和喷料口23(即用于将与打印相关的料喷出的口)。其中，输料通道21设置为倾斜通道，使得喷嘴座的输料通道21的喷料口23之间的距离小于入料口22之间的距离，从而使得喷嘴之间的距离可以在入料口22间距不必靠近的情况下而实现减小，这种形式的喷嘴结构有利于对打印路径曲率较小的物体进行多喷嘴打印，并可以在相同打印路径曲率半径情况下减小喷嘴座相对转动的角度，有利于提升打印速度。见图2所示，喷料口23与上方的输料通道21直型连接，这样方式的喷料口23和输料通道21结构的流动阻力小。当然在其他实施例中也可以将输料通道21设置成其他类型，均属于本申请保护的范围之内。

在上述四个多喷嘴3D打印喷头实施例中，实际运用时，优选地为了让喷嘴之间的间距更小，让喷嘴在同一个凸台上引出，喷头上设有检查喷嘴座相对喷头座转角位置或转角零点信息的传感器30，见图3所示。具体的是通过所获得的喷嘴座转角位置与期望转角位置的偏差来相应的实时控制喷嘴座的在其轨道上的运动，并结合喷头座与打印平台的X,Y,Z相对运动，最终达到多个喷嘴N沿各自相对应的打印路径进行打印。见图5所示，每个喷嘴座B均通过各自的第一传感器31、第二传感器32以及第三传感器33来获得各喷嘴座的转角零点或转角位置信息。

其中，设置的传感器可以为光电传感器、霍尔传感器、旋转变压器、行程开关和触动开关中的一种，同时传感器还可以安装在打印喷头座A上，或各喷嘴座B上均可，只需满足对喷嘴座B转角零点或转角位置的检测即可。具体安装方式在本申请中不做进一步的限定，均可根据实际需求做合理的安设计。

本发明还提供了一种打印方法，采用打印喷头和打印平台进行打印，打印喷头上设有至少两个喷嘴，该打印喷头包括喷头座和喷嘴座，打印喷头与打印平台相对运动，包括以下步骤：

a)、对待打印物体的三维数据进行分析，根据待打印物体的轮廓形状，在待打印物体的每一层的截面上划分至少两条打印路径；

b)、利用打印喷头在所述打印平台上对所述待打印物体的每一层截面上划分的打印路径进行打印，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的两条打印路径进行运动。

本发明还提供了另一种打印方法，打印方法采用具有多个喷嘴的喷头，在随着喷头与打印平台进行x，y，z三个方向相对运动的同时，通过各喷嘴座或喷头座分别相对打印平台的转动，使得喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离在小于某个值的范围内实现任意可调(即使其至少两个喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动)，从而实现多喷嘴3D打印。这样即可以在打印喷头上多个喷嘴的间距无法制作的足够靠近的情况下，且多条打印路径间距在小于某个值的范围内有效实现任意可调的多条打印路径同时打印。

示例性的，在前述两种打印方法中，打印喷头可以前述四个多喷嘴3D打印喷头实施例中的多喷嘴3D打印喷头。

一般情况下进行打印，如下：

参看图15、27所示，喷头座上设有一喷嘴NA，并设其打印喷头的原点与此喷嘴重合，喷头座A带动其原点与打印平台C相对运动，使原点其移动到相对于打印平台C上打印路径的起始点处。喷头座A带动喷嘴NA在X，Y平面中沿打印路径L1运动。第一喷嘴N1沿轨道T1移动，直到第一喷嘴N1到达打印路径L2上停止沿其轨道T1移动，设移动后相对初始位置的角度为α1，移动后到NA的距离为d1；第二喷嘴N2沿其轨道T2移动，直到第二喷嘴N2到达打印路径L3上停止沿轨道T2移动，设移动后相对初始位置的角度为α2，移动后到NA的距离为d2，第三喷嘴N3的沿其轨道T3移动，直到第三喷嘴N3到达打印路径L4上停止沿轨道T3移动，设移动后相对初始位置的角度为α3，移动后到NA的距离为d3。应说明的是，本实施例中优选地，设置三个喷嘴座，每个喷嘴座上至少各设置一个喷嘴，具体的喷嘴座和喷嘴的数量设置根据实际需求设定，本申请中不做限定。

以下具体的打印方法中详解介绍几个常用的打印方法，以便了解，实际打印时根据需要做合理的调整即可，并不仅限于给出的实施例中的打印方法：

具体打印方法实施例一：

采用多喷嘴3D打印喷头实施例一进行打印的打印方法，结合图16、27所示，以打印路径L为等间距平行线情况为例，喷嘴座转角与打印路径间距的关系。具体的在一个喷嘴座上同时设置四个喷嘴，设喷嘴座B的中心轴线与其中一个喷嘴N01重合，令d3＝3×d，d2＝2×d，d1＝d。最优的，四个喷嘴N01、N02、N03、N04中心连线可以形成一条直线。设初始状态此直线与打印路径垂直，且喷嘴N01处于打印路径L1上。T1、T2、T3分别是喷嘴N02、N03、N04的轨道，此例中均为圆。

相邻两个喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离的计算：p＝d×cos(α)，得到间距为P的平行打印路径所需的喷嘴座B或喷头座A与打印平台C形成的相对转角为：α＝arccos(p/d)。

具体打印方法实施例二：

参看图17、27所示，此实施例与具体打印方法实施例一基本相同，区别仅在于，打印路径为同心圆环情况。具体的在一个喷嘴座上同时设置四个喷嘴，设喷嘴座B的中心轴线与喷嘴N01重合。最优的，喷嘴N01、N02、N03、N04中心连线形成一条直线。设初始状态此直线与打印路径的曲率半径平行，且喷嘴N01处于打印路径L1上。其余两个喷嘴N03、N04可能无法调节到其对应的打印路径上去，(当d2和d3与p2和p3满足特殊关系时，即使有喷嘴N02可能调到打印路径上，仅仅是特例情况)，喷嘴座B或喷头座A与打印平台C形成的相对初始转角的计算方式如下：

$\mathrm{\α}=\mathrm{arc}cos\[\frac{p_1}{d_1}+\frac{1}{2}\frac{1}{d_{1}r}({p_1}^2-{d_1}^2)\]$

从具体打印方法实施例一和具体打印方法实施例二表明，采用优选排列的多余喷嘴可以用于打印平行线(如模型内部的填料)，有利于提升打印速度。在具体打印方法实施例二中，如果对打印路径L3和L4的要求不高时，可以用其余喷嘴来对打印路径L3和L4近似跟随和打印。

具体打印方法实施例三：

采用多喷嘴3D打印喷头实施例二进行打印的打印方法，结合图18、27所示，在一个喷头座A上有三个喷嘴座，且三个喷嘴座相互独立转动，打印路径为平行线情况。其中，第一喷嘴N1和第一喷嘴N1＇固定在第一喷嘴座B1(即第一喷嘴座B1上设置两个第一喷嘴N1、N1＇)上，第二喷嘴N2固定在第二喷嘴座B2上，第三喷嘴N3固定在第三喷嘴座B3上，T1、T2、T3分别是喷嘴N1＇、N2、N3的轨道，此例中均为圆。喷嘴座或喷头座与打印平台形成的相对转角的计算方式如下：

第一喷嘴座B1初始转角：α1＝arccos(p1/d1)；

第二喷嘴座B2初始转角：α2＝arccos[(p2+p1)/d2]；

第三喷嘴座B3初始转角：α3＝arccos[(p3+p2+p1)/d3]。

如果d3＝3×d1，d2＝2×d1，d1＝d，p1＝p2＝p3＝p，此实施例退化为具体打印方法实施例一。

具体打印方法实施例四：

参看图19、27所示，此实施例与具体打印方法实施例三基本相同，区别仅在于，打印路径为等间距同心圆环情况。喷嘴座或喷头座A与打印平台C形成的相对转角的计算方式如下：

设喷嘴座的中心轴线与第一喷嘴N1重合，设d3＝3xd，d2＝2xd，d1＝d

第一喷嘴座B1的初始转角：

第二喷嘴座B2的初始转角：

第三喷嘴座B3的初始转角：

当r为无穷大时，同心圆环打印路径变为平行线打印路径，此时的实施例与具体打印方法实施例一相同。

当d＝p时，喷嘴的初始转角都为0，仅仅ω角递增即可。

具体打印方法实施例五：

参看图20、27所示，此实施例与具体打印方法实施例四基本相同，区别仅在于，打印路径为同心圆环情况。喷嘴座或喷头座A与打印平台C形成的相对转角的计算方式：

设喷嘴座的中心轴线与第一喷嘴N1重合，不重合的情况推导较繁琐，但原理相同。

第一喷嘴座B1的初始转角：

${\mathrm{\α}}_1=arc\cos \[\frac{p_1}{d_1}+\frac{1}{2}\frac{1}{L_{1}r}({p_1}^2-{d_1}^2)\]$

第二喷嘴座B2的初始转角：

${\mathrm{\α}}_2=\mathrm{arc}cos\[\frac{(p_1+p_2)}{d_2}+\frac{1}{2d_{2}r}({\left(p_1+p_2\right)}^2-{d_2}^2)\]$

第三喷嘴座B3的初始转角：

${\mathrm{\α}}_3=\mathrm{arc}cos\[\frac{p_1+p_2+p_3}{d_3}+\frac{1}{2\×d_3\×r}({\left(p_1+p_2+p_3\right)}^2-{d_3}^2)\]$

如果d3＝3×d1，d2＝2×d1，d1＝d，p1＝p2＝p3＝p，此实施例退化为具体打印方法实施例四。

当r为无穷大时，退化为具体打印方法实施例三的一般情况。

具体打印方法实施例六：

采用多喷嘴3D打印喷头实施例三进行打印的打印方法，结合图21、27所示，一个喷头座A上设有三个喷嘴座，且三个喷嘴座单向关联转动，打印路径为平行线情况。第一喷嘴N1、N1＇固定在第一喷嘴座B1上，第二喷嘴N2固定在第二喷嘴座B2上，第三喷嘴N3固定在第三喷嘴座B3上，T1、T2、T3均为第一喷嘴N1＇、第二喷嘴N2、第三喷嘴N3的轨道。其中，第一喷嘴座B1的运动轨道固定在第二喷嘴座B2上，第二喷嘴座B2的运动轨道固定在第三喷嘴座B3上，第三喷嘴座B3的运动轨道固定在喷头座A上，本例中，轨道均为圆。各喷嘴座的相对初始转角计算方式：

第三喷嘴座B3的初始转角：

α3＝arcos[(p3+p2+p1)/d3]

第二喷嘴座B2的初始转角：

α2＝α2`-α3

其中：α2`＝arccos[(p2+p1)/d2]

第一喷嘴座B1的初始转角：

α1＝α1`-α2-α3

其中，α1`＝arccos(p1/d1)

具体打印方法实施例七：

参看图22、27所示，此实施例与具体打印方法实施例六基本相同，区别仅在于，打印路径为等间距同心圆环情况。设d3＝3×d，d2＝2×d，d1＝d，各喷嘴座初始转角计算方式：

第三喷嘴座B3的相对初始转角：

${\mathrm{\α}}_3=arccos\[\frac{p}{d}+\frac{3}{2}\frac{1}{dr}(p^2-d^2)\]$

第二喷嘴座B2的相对初始转角：

α₂＝α₂`-α₃

其中：

${{\mathrm{\α}}_2}^{`}=arccos\[\frac{p}{d}+\frac{1}{dr}(p^2-d^2)\]$

第一喷嘴座B1的相对初始转角：

α_１＝α₁`-α₂-α₃

其中：

${{\mathrm{\α}}_1}^{`}=arccos\[\frac{p}{d}+\frac{1}{2}\frac{1}{dr}(p^2-d^2)\]$

具体打印方法实施例八：

参看图23、27所示，此实施例与具体打印方法实施例六基本相同，区别仅在于，打印路径为同心圆环情况。各喷嘴座相对初始转角计算方式：

第三喷嘴座B3的相对初始转角：

${\mathrm{\α}}_3=arccos\[\frac{p_1+p_2+p_3}{d_3}+\frac{1}{2\×d_3\×r}({\left(p_1+p_2+p_3\right)}^2-{d_3}^2)\]$

第二喷嘴座B2的相对初始转角：α₂＝α₂`-α₃

其中：

第一喷嘴座B1的相对初始转角：α₁＝α₁`-α₂-α₃

其中：

${{\mathrm{\α}}_1}^{`}=arccos\[\frac{p_1}{d_1}+\frac{1}{2}\frac{1}{L_{1}r}({p_1}^2-{d_1}^2)\]$

具体打印方法实施例九：

采用多喷嘴3D打印喷头实施例四进行打印的打印方法，结合图24、27所示，一个喷头座A上设有三个喷嘴座，第一喷嘴座B1与喷头座A连接，第二喷嘴座B2、第三喷嘴座B3设置在第一喷嘴座B1上，且第一喷嘴座B1的轨道为固定在喷头座上的圆，第二喷嘴座B2的轨道和第三喷嘴座B3的轨道固定在第一喷嘴座B1上，且共线的线段。第一喷嘴N1、N1＇固定在第一喷嘴座B1上，第二喷嘴N2固定在第二喷嘴座B2上，第三喷嘴N3固定在第三喷嘴座B3上，T1、T2、T3分别为第一喷嘴N1＇第二喷嘴N2、以及第三喷嘴N3的轨道，且设打印路径L为多条平行线。

第一喷嘴座B1或喷头座A与打印平台C形成的相对转角的计算方式：

第一喷嘴座B1的相对初始转角：α＝arccos(p1/d1)

第二喷嘴N2到第一喷嘴N1的距离：d2＝(p1+p2)/cos(α)

第三喷嘴N3到第一喷嘴N1的距离：d3＝(p1+p2+p3)/cos(α)

如果d3＝3×d1，d2＝2×d1，d1＝d，p1＝p2＝p3＝p，此实施例退化为具体打印方法实施例一。

具体打印方法实施例十：

参看图25、27所示，此实施例与具体打印方法实施例九基本相同，区别仅在于，打印路径为同心圆环情况，

第一喷嘴座B1的相对初始转角：

$\mathrm{\α}=arccos\[\frac{p_1}{d_1}+\frac{1}{2}\frac{1}{d_{1}r}({p_1}^2-{d_1}^2)\]$

第二喷嘴N2到第一喷嘴N1的距离：

$d_2=\sqrt{r^2\×{\cos }^2\left(\mathrm{\α}\right)+2r(p_1+p_2)+{(p_1+p_2)}^2}-r\×cos\left(\mathrm{\α}\right)$

第三喷嘴N3到第一喷嘴N1的距离：

$d_3=\sqrt{r^2\×{\cos }^2\left(\mathrm{\α}\right)+2r(p_1+p_2+p_2)+{(p_1+p_2+p_2)}^2}-r\×cos\left(\mathrm{\α}\right)$

具体打印方法实施例十一：

采用多喷嘴3D打印喷头实施例四进行打印的打印方法，结合图26、27所示，一个喷头座A上设有三个喷嘴座，第一喷嘴座B1与喷头座A连接，第二喷嘴座B2、第三喷嘴座B3设置在第一喷嘴座B1上，且第一喷嘴座B1的轨道为固定在喷头座A上的圆，第二喷嘴座B2的轨道和第三喷嘴座B3的轨道都固定在第一喷嘴座B1上，且分别是一段线段。第一喷嘴N1、N1＇固定在第一喷嘴座B1上，第二喷嘴N2固定在第二喷嘴座B2上，第三喷嘴N3固定在第三喷嘴座B3上，T1、T2、T3分别为第一喷嘴N1＇第二喷嘴N2、以及第三喷嘴N3的轨道，打印路径L为同心圆环情况。

设第一喷嘴座B1的中心轴线与第一喷嘴N1重合，第一喷嘴座B1的相对初始转角：

$\mathrm{\α}=arccos\[\frac{p_1}{d_1}+\frac{1}{2}\frac{1}{d_{1}r}({p_1}^2-{d_1}^2)\]$

图中，第二喷嘴N2沿轨道T1移动位移q1，到达打印路径L3上。同理第三喷嘴N3沿轨道T2移动位移q2，到达打印路径L4上。由于喷嘴轨道T2、T3与第一喷嘴N1和N1＇的连线(图中示例的，以喷头座的x轴重合)之间的夹角分别是θ1、θ2。所以第二喷嘴N2、第三喷嘴N3在分别在直线轨道移动过程中也会产生相对转角。

q1和q2可以通过推导求出，但会比前面的计算较繁琐些。例如，针对q1可得如下方程组，5个未知量5个方程组，可以求出q1，

d₂ ²＝q₁ ²+f²-2×q₁×f×cos(θ₁)

B²＝r²+f²-2×r×f×cos(π-α)

$f=\frac{h_1}{cos\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}$

如果θ1＝θ2＝0，q1＝q2＝0，此实施例退化为具体打印方法实施例十

具体打印方法实施例十二：

打印平台C可转动时，打印平台C的转动可以替代前述多喷嘴3D打印喷头进一打印中的一个喷嘴座的转动。即可以将一个喷嘴座与喷头座固连一起，并省去相应的驱动装置，可简化喷头结构。还可可将一个喷嘴座的运动轨道省略，或是将一个带有回转轨道的喷嘴座直接固连到喷头座上，简化结构。

在其他具体打印方法实施例中，当一个喷嘴座上的喷嘴数量多于三个，或有两个喷嘴座上的喷嘴分别都多于两个，则可能会有多余的喷嘴不能精确的调整到打印路径上，如图17，具体打印方法实施例二所描述的。但这些特殊情况，当打印平行线时只要这些喷嘴可以调整到同一条直线上，可以使用多余的喷嘴；另外对于模型的打印路径曲率半径较大，且精度要求不高的情况，可以将多余的仅仅用于打印平行线的喷嘴也可用于打印曲线。

应说明的是，上述各具体打印方法实施例中将喷头座的原点与某一喷嘴N重合，这种处理方法仅仅是为了分析方便。实际上喷头座原点可以设置在喷头座的任意位置，且都可以达到相同的结果。

相邻喷嘴的打印路径之间的间距是指两条打印路径之间的法向距离。

前面的各计算例主要是针对平行直线和同心圆的情况说明的，任意曲率的曲线可以认为是由圆弧和直线的自由组合而成。所以将这两种情况进行组合运用就可以同时打印出任意的并排料轨迹。

上述具体打印方法中分析的各种公式是用于表明相关的关系，不是专利实施的必须控制方式。因为，1)实际运用时，可以抛开公式，而通过反馈控制的方式来实现喷嘴对打印路径的跟随。2)实际上很多打印路径的曲线无法用公式解析表示，也就无法求出具体的打印过程关系式。

对于喷头座A与打印平台C的相对三向运动(即x，y，z，三个线性不相关的运动，或者是三个相互独立的运动。)中，采用极坐标方式，即摆动方式运动的情况，喷头座A会耦合一个回转运动。对于此回转运动产生的回转角ε，本申请中的喷嘴座B或喷头座A与打印平台C相对转动中应反向施加相等的转角以抵消喷头座与打印平台相对运动中引入的附加转角对喷嘴座或喷头座转角带来的影响。

本发明还提供一种多喷嘴3D打印机，参看图28所示，该打印机包括了机架(图中未表示)、打印平台和打印喷头，且将打印平台和打印喷头均设置在机架上，打印喷头与打印平台相对运动。打印喷头上设有至少两个喷嘴N，打印时打印喷头与打印平台C进行相对运行(即X，Y，Z三个方向上的运动)，以及喷嘴座或喷头座与打印平台的相对转动，动态控制喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离，从而使其各喷嘴N沿设定的打印路径运动，实现三维打印，以下为几种常用的多喷嘴3D打印机的实施例：

多喷嘴3D打印机实施例一：

多喷嘴3D打印机为多喷嘴FDM(Fused Deposition Modeling，即熔融沉积成型)3D打印机，其中，喷嘴N为设有料孔结构的喷嘴，挤出的料可以是塑料丝线、金属丝线、融化的塑料、融化的巧克力、冰淇淋、可食用粉末与水的混合物、金属粉末与粘结剂的混合物、粘结剂、导电银浆、锡膏等。打印喷头与打印平台C进行X，Y，Z三个方向上的相对运动，以及喷嘴座或喷头座与打印平台的相对转动，动态控制喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离，从而使其各喷嘴N沿设定的打印路径运动，同时通过对挤出材料的熔融沉积成型。

应说明的是，某个喷嘴启动打印或关闭打印是通过控制料是否挤出来实现的。即挤出料就是开始打印，停止挤出料就是停止打印(此时打印喷头相对打印平台C的相对运动可能还是在正常进行着)。

多喷嘴3D打印机实施例二：

多喷嘴3D打印机为射流式多喷嘴数控电铸3D打印机，其中，喷嘴N为设有料孔结构的喷嘴。具体的打印平台C为阴极，与电解液中的金属离子为相同金属的金属块作为阳极。作为阳极的金属块浸在电解液中。打印喷头与打印平台C进行X，Y，Z三个方向上的相对运动，以及喷嘴座或喷头座与打印平台的相对转动，动态控制喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离，从而使其各喷嘴N沿设定的打印路径运动，当喷嘴的位置处于打印路径上时，相应的喷嘴将含有金属离子电解液高速射向打印平台C。让处于射流中的金属离子在电场作用下移动到阴极表面，在打印平台C上金属离子还原析出而电镀出多条平行金属打印线条。

应说明的是，电铸过程中，阴极接电源的负极，阳极接电源的正极。对于多喷嘴数控电铸打印过程中，某个喷嘴启动打印或关闭打印是通过控制此喷嘴是否将电解液射流进行射出来实现的。即射出电解液就是开始打印，停止电解液射流就是停止打印(此时打印喷头相对打印平台C的相对运动可能还是在正常进行着)。其中，电铸(electroforming)的原理与电镀(electroplating)基本一致，都是通过电解过程来实现电解液中的金属离子在阴极(工件)上通过还原反应而析出金属。只是电铸可以将金属电镀的很厚，可以制造实体零件。而电镀往往仅仅是在工件表面形成很薄的电镀层，保护或装饰作用。

多喷嘴3D打印机实施例三：

多喷嘴3D打印机为不溶性阳极式多喷嘴数控电铸3D打印机，其中，喷嘴N为没设有料孔结构的喷嘴，且材料为不溶性材料或表面镀有不溶性材料，打印平台C为阴极，喷嘴为不溶性阳极，且喷嘴之间电气绝缘。喷嘴与打印平台之间充满电解液。打印喷头与打印平台C进行X，Y，Z三个方向上的相对运动，以及喷嘴座或喷头座与打印平台的相对转动，动态控制喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离，从而使其各喷嘴N沿设定的打印路径运动，当喷嘴的位置处于打印路径上时，由电路上的开关控制相应的喷嘴与打印平台之间的电路与电源形成闭合回路，形成电场。让电解液中的金属离子在电场作用下移动到阴极表面，在平台上金属离子还原析出而电镀出多条平行金属打印线条。

应说明的是，这种打印机中的喷嘴仅仅是电极端点(具体为不溶性阳极)，没有管道与喷嘴相连，喷嘴也没有“嘴”一样的孔结构。电极通过一个开关连接到电源的正极。当启动打印时，开关闭合，电路导通，电场驱动电解液中的离子移动。当开关断开时，相应的电场消失。金属离子停止移动。电铸过程中，作为阴极的平台接电源的负极，作为阳极的喷嘴接电源的正极。处于喷嘴与平台之间的电解液可以循环流动，以便将金属离子浓度降低了的电解液不断替换为金属离子浓度高的电解液。某个喷嘴启动打印或关闭打印是通过控制此喷嘴的电路开关是否闭合或断开来实现的。即闭合电路就是开始打印，断开电路就是停止打印(此时打印喷头相对打印平台C的相对运动可能还是在正常进行着)。其中，所谓不溶性阳极是指在电解过程中，不发生或极少发生阳极溶解反应的阳极。

多喷嘴3D打印机实施例四：

多喷嘴3D打印机为不溶性阳极射流式多喷嘴数控电铸3D打印机，其中，喷嘴N为设有料孔结构的喷嘴，且材料为不溶性材料或表面镀有不溶性材料。具体的打印平台C为阴极，喷嘴为不溶性阳极，且喷嘴之间电气绝缘，喷嘴的喷嘴座具有管路和料孔，喷嘴将含有金属离子的电解液高速射向打印平台。打印喷头与打印平台C进行X，Y，Z三个方向上的相对运动，以及喷嘴座或喷头座与打印平台的相对转动，动态控制喷嘴沿打印路径切线方向且在与此方向相垂直平面内投影之间的距离，从而使其各喷嘴N沿设定的打印路径运动，当喷嘴的位置处于打印路径上时，相应的喷嘴与电源接通，在相应的喷嘴与打印平台C之间形成电场。让处于射流中的金属离子在电场作用下移动到阴极表面，在打印平台C上金属离子还原析出而电镀出多条平行金属打印线条。

应说明的是，某个喷嘴启动打印或关闭打印是通过控制此喷嘴的电路开关是否闭合和断开来实现的。即需要打印的地方此喷嘴接通电源，不需要打印的地方此喷嘴断开电源。

上述四个多喷嘴3D打印机施例中，应说明的是，相对运行具体是指X，Y，Z方向的运动。其中，X，Y平面是指与打印平台C平行的平面；Z坐标轴是指与打印平台垂直的轴。当然了，在其他具体多喷嘴3D打印机实施例中，机架、打印平台可以采用市场常用外购件，或者直接在现有的3D打印机上面进行改进，将其打印喷头机构替换为上述四个多喷嘴3D打印喷头实施例中的多喷嘴3D打印喷头结构，并采用前述的打印方法打印均可。

进一步应说明的是，本申请中打印是指喷嘴与打印平台相对运动时形成料轨迹的过程，此料轨迹可以是熔化的塑料或金属丝线、导电银浆、粘结剂、膏状物质(如锡膏，巧克力)、液体(如墨水、电解液)、粉末，气态物质，也可以在喷嘴与打印平台之间进行数控电还原析出的金属。对打印的控制是通过控制喷嘴是否挤出料，或控制喷嘴是否通电来实现的。具体的本申请中不在一一赘述。

Claims (19)

1.一种多喷嘴3D打印喷头，所述打印喷头上设有至少两个喷嘴，其特征在于，包括：

喷头座；

喷嘴座，其活动设置于所述喷头座上，且至少一个所述喷嘴设置在所述喷嘴座上；

驱动装置，用于驱动所述喷嘴座进行运动，并带动所述喷嘴座上设置的所述喷嘴沿设定的打印路径运动。

2.根据权利要求1所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述喷嘴座包括第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座；

所述第一喷嘴座上设有至少一个第一喷嘴，所述第二喷嘴座上设有至少一个第二喷嘴，所述第三喷嘴座上设有至少一个第三喷嘴；

所述驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置；

所述第一喷嘴座与所述第一驱动装置连接，并被所述第一驱动装置驱动进行运动；所述第二喷嘴座与所述第二驱动装置连接，并被所述第二驱动装置驱动进行运动；所述第三喷嘴座与所述第三驱动装置连接，并被所述第三驱动装置驱动进行运动。

3.根据权利要求2所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座均为套筒状结构；

由内至外依次为所述第一喷嘴座、第二喷嘴座和第三喷嘴座；

所述喷头座与所述第三喷嘴座滑动套设连接；

所述第二喷嘴座与所述第三喷嘴座滑动套设连接；

所述第一喷嘴座与所述第二喷嘴座滑动套设连接。

4.根据权利要求3所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座沿同一中心轴线同心套设；

所述第一驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第一喷嘴座连接，用于驱动所述第一喷嘴座绕所述中心轴线转动；

所述第二驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第二喷嘴座连接，用于驱动所述第二喷嘴座绕所述中心轴线转动，使其所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第一喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化；

所述第三驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第三喷嘴座连接，用于驱动所述第三喷嘴座绕所述中心轴线转动，使其所述第三喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化。

5.根据权利要求3所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座沿同一中心轴线同心套设；

所述第三驱动装置设置在所述喷头座上，用于驱动所述第三喷嘴座相对所述喷头座进行转动，并通过设置在所述第三喷嘴座上的所述第二驱动装置，以及设置在所述第二喷嘴座上的所述第一驱动装置，带动所述第二喷嘴座和所述第一喷嘴座同时转动；

所述第二喷嘴座在所述第二驱动装置的驱动下绕所述中心轴线转动，并通过设置在所述第二喷嘴座上的所述第一驱动装置带动所述第一喷嘴座同时转动，使其所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第三喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化；

所述第一喷嘴座在所述第一驱动装置的驱动下绕所述中心轴线转动，使其所述第二喷嘴和所述中心轴线的连线与所述第一喷嘴和所述中心轴线的连线之间的夹角可变化。

6.根据权利要求2所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座均活动设置在所述第一喷嘴座上，所述第一驱动装置设置在所述喷头座上并与所述第一喷嘴座连接，用于驱动所述第一喷嘴座、所述第二喷嘴座和所述第三喷嘴座同时转动。

7.根据权利要求6所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述第二驱动装置与所述第二喷嘴座连接，用于驱动所述第二喷嘴座相对所述第一喷嘴座直线移动，使其所述第二喷嘴分别与所述第一喷嘴和所述第三喷嘴之间的连线形成的夹角和/或距离可变化；

所述第三驱动装置与所述第三喷嘴座连接，用于驱动所述第三喷嘴座相对所述第一喷嘴座直线移动，使其所述第三喷嘴分别与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间的连线形成的夹角和/或距离可变化。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

还包括了一用于检测所述喷嘴座转角零点或转角位置的传感器，所述传感器为光电传感器、霍尔传感器、旋转变压器、行程开关和触动开关中的一种。

9.根据权利要求1-7任一项所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述驱动装置为斜齿轮、锥齿轮、直齿轮、涡轮蜗杆、皮带、空心轴电机或液压泵中的一种。

10.根据权利要求1-7任一项所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述喷嘴为设有料孔结构的喷嘴、没有料孔结构的喷嘴中的一种，且所述喷嘴材料为金属、电气绝缘材料、不可溶电极材料、非金属导电材料的一种或几种材料的复合。

11.根据权利要求1-7任一项所述的多喷嘴3D打印喷头，其特征在于：

所述喷嘴为设有料孔结构的喷嘴，该喷嘴包括输料通道，以及设置在所述输料通道两端的入料口和喷料口；

所述输料通道为倾斜通道，所述倾斜通道为自所述入料口至喷料口方向倾斜，且各所述倾斜通道的各所述喷料口之间的距离小于各所述入料口之间的距离。

12.一种打印方法，采用打印喷头和打印平台进行打印，其特征在于，所述打印喷头上设有至少两个喷嘴，该打印喷头包括喷头座和喷嘴座，所述打印喷头与所述打印平台相对运动，包括以下步骤：

a)、对待打印物体的三维数据进行分析，根据待打印物体的轮廓形状，在待打印物体的每一层的截面上划分至少两条打印路径；

b)、利用所述打印喷头在所述打印平台上对所述待打印物体的每一层截面上划分的打印路径进行打印，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的两条所述打印路径进行运动。

13.一种打印方法，采用打印喷头和打印平台进行打印，所述打印喷头上设有多个喷嘴，该打印喷头包括喷头座和喷嘴座，其特征在于：

采用所述打印喷头在所述打印平台上进行3D打印，所述打印喷头在所述打印平台进行x，y，z三个方向相对运动的同时，通过所述喷嘴座或喷头座分别相对打印平台的转动，使其至少两个所述喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动。

14.根据权利要求12或13所述的打印方法，其特征在于：

所述打印喷头为权利要求1-11任一项所述的多喷嘴3D打印喷头。

15.根据权利要求12或13所述的打印方法，其特征在于：

所述打印平台可转动，所述打印平台与所述打印喷头相对运动，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动。

16.一种多喷嘴3D打印机，包括：机架、打印平台和打印喷头，所述打印平台和所述打印喷头均设置在所述机架上，所述打印喷头与所述打印平台相对于x，y，z三个方向相对运动，其特征在于：

所述打印喷头上设有至少两个喷嘴，所述打印喷头还相对于所述打印平台转动设置，使其至少两个喷嘴分别沿相对应的打印路径进行运动。

17.根据权利要求16所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：

所述打印喷头为权利要求1-11任一项所述的多喷嘴3D打印喷头。

18.根据权利要求16所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：

所述多喷嘴3D打印机为应用权利要求12-15任一项打印方法进行打印的打印机。

19.根据权利要求16所述的多喷嘴3D打印机，其特征在于：

所述多喷嘴3D打印机为FDM多喷嘴3D打印机、射流式多喷嘴数控电铸3D打印机、不溶性阳极式多喷嘴数控电铸3D打印机、不溶性阳极射流式多喷嘴数控电铸3D打印机中的一种。