CN105666640B - 打印机喷头、3d打印机及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打印机喷头、3D打印机及成型方法，其中，所述打印机喷头用于3D打印机中，所述打印机喷头包括料筒、螺杆和料斗，所述螺杆部分容置于所述料筒内、且相对于所述料筒可转动设置，所述料斗装设于所述料筒、且与所述料筒连通，所述料斗具有用于进料的进料口。本发明打印机喷头可以加工不同形状的打印材料，使打印材料不仅仅局限于丝状或条状材料，克服了对材料使用的限制，降低了对材料的要求，节省了将材料加工成丝状或线状的成本，从而降低了3D打印成本。

Description

打印机喷头、3D打印机及成型方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种打印机喷头、3D打印机及成型方法。

背景技术

3D打印机，即快速成型技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

现有主流的3D打印技术主要包括：光固化立体成型(Stereo lithographyAppearance,SLA)、三维粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)、以及熔融沉积成型(Fused DepositionModeling,FDM)。其中，熔融沉积成型又称为熔丝沉积，它是将丝状或线状热熔性材料通过电机带动进入加热熔化区，加热融化，并通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔性材料熔化后从喷头喷出，沉积在打印工作台面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。

然而，现有的熔融沉积型3D打印机只能加工丝状或线状塑料材料(如ABS、聚乳酸等等)，不能加工颗粒状材料，导致熔融沉积型3D打印机使用的打印材料受限，且丝状或线状材料的成本高，进而增加了3D打印的成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于3D打印机的打印机喷头，旨在克服对打印材料使用的限制，从而降低3D打印的成本。

为实现上述目的，本发明提供的打印机喷头，用于3D打印机中，所述打印机喷头包括料筒、螺杆和料斗，所述螺杆部分容置于所述料筒内、且相对于所述料筒可转动设置，所述料斗装设于所述料筒、且与所述料筒连通，所述料斗具有用于进料的进料口。

优选地，所述料斗与所述料筒一体成型制成。

优选地，所述打印机喷头还包括加热器，所述料筒包括与所述料斗连通的进料段、以及与所述进料段连通的加热段，所述加热器装设于所述料筒的加热段。

优选地，所述打印机喷头还包括喷嘴，所述喷嘴与所述料筒的出料端密封连通。

优选地，所述喷嘴与所述料筒的出料端螺纹连接，或者，所述喷嘴与所述料筒一体成型制成。

优选地，所述打印机喷头还包括驱动组件，所述驱动组件与所述螺杆伸出所述料筒的一端连接，而用以驱动所述螺杆转动。

优选地，所述驱动组件包括电机以及与所述电机连接的传动机构，所述传动机构与所述螺杆连接而带动所述螺杆转动。

本发明还提供一种3D打印机，包括壳体、装设于所述壳体内的支架、装设于所述支架的打印机喷头、与所述打印机喷头连接的驱动机构、以及设于所述打印机喷头下方的打印平台，所述驱动机构用于驱动所述打印机喷头沿所述支架移动，所述打印机喷头包括料筒、螺杆和料斗，所述螺杆部分容置于所述料筒内、且相对于所述料筒可转动设置，所述料斗装设于所述料筒、且与所述料筒连通，所述料斗具有用于进料的进料口。

本发明还提供一种使用上述3D打印机的成型方法，包括步骤如下：

制备打印材料；

在所述3D打印机中加入所述打印材料，并打印成型胚件。

优选地，所述制备打印材料的步骤，具体为：

将金属粉末或者陶瓷粉末与粘结剂混合制得颗粒状的打印材料。

本发明技术方案，通过料斗的进料口加入丝状、线状或者颗粒状等形状的打印材料，打印材料进入与料斗连通的料筒内，螺杆转动而挤压混炼料筒内的打印材料，并挤出打印材料，进而该打印机喷头可以加工不同形状的打印材料，使打印材料不仅仅局限于丝状或条状材料，因此，具有该打印机喷头的3D打印机，相较于现有的熔融沉积型3D打印机，可以使用颗粒状物料作为打印材料，克服对材料使用的限制，降低了对材料的要求，节省了将材料加工成丝状或线状的成本，从而降低了3D打印成本。

附图说明

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，下面将对实施例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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明打印机喷头一实施例的组装示意图；

图2为图1中打印机喷头的分解示意图；

图3为图1中打印机喷头的剖视图；

图4为图1中打印机喷头的料斗的一视角的结构示意图；

图5为图1中打印机喷头的料斗的另一视角的结构示意图；

图6为图1中打印机喷头的固定座的结构示意图，图中未示出锁紧件；

图7为本发明3D打印机一实施例的主视图；

图8为图7中3D打印机的俯视图；

图9为本发明成型方法一实施例的工艺流程图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种用于3D打印机中的打印机喷头。

请参照图1至图3，图1为本发明打印机喷头一实施例的组装示意图；图2为图1中打印机喷头的分解示意图；图3为图1中打印机喷头的剖视图。

在本发明实施例中，该打印机喷头1包括料筒2和螺杆5，螺杆5部分容置于料筒2内、且相对于料筒2转动设置，料筒开设有物料入口20。该打印机喷头1还包括料斗4，料斗4装设于料筒2、且与料筒2的物料入口20连通，该料斗4具有用于进料的进料口441。

本实施例的打印机喷头1通过料斗4的进料口441加入丝状、线状或者颗粒状的打印材料，打印材料进入与料斗4连通的料筒2内，螺杆5转动而挤压混炼料筒2内的打印材料，挤出打印材料，进而打印机喷头1可以加工不同形状的打印材料，使打印材料不仅仅局限于丝状或条状材料。因此，具有该打印机喷头1的3D打印机，相较于现有的熔融沉积型3D打印机，可以使用颗粒状物料作为打印材料，克服对材料使用的限制，降低了对材料的要求，节省了将打印材料加工成丝状或线状的成本，从而降低了3D打印成本。

请参照图2至图5，在本实施例中，进一步地，该打印机喷头1还包括固定座3，固定座3套设于料筒2的外壁，料斗4固定于固定座3、且套设于料筒2的外壁而与料筒2连通。需要说明的是，该料斗4还可以料筒2一体成型制成，进而无需通过固定座3固定料斗4，简化结构；或者，该料斗4还可以采用螺钉连接的方式直接固定在料筒2上。由于该料斗4与料筒2一体成型制成，进而相当于具有一进料通道的料筒2，而该进料通道的入口即是进料口441，由此，该打印机喷头1并不限于采用料斗4的供料方式，还可以采用远程输送流体的方式通过进料口441对料筒2直接供料。

具体地，所述料斗4包括安装于固定座3的安装座40、固定于安装座40的套接部42、以及连接套接部42和安装座40的料槽部44，料槽部44具有与套接部42连通的进料槽440，套接部42套接于料筒2的外壁，物料入口20通过套接部42与进料槽440连通。

该料斗4的进料槽440与物料入口20连通，经进料槽440进入的物料，自物料入口20进入料筒2内，并经由螺杆5塑化后挤出。其中，该物料入口20呈开口槽状设置而方便与进料槽440连通。

其中，所述料槽部44包括第一料槽段442以及与第一料槽段442连通的第二料槽段444，第一料槽段442具有进料口441，第二料槽段444具有与物料入口20连通的出料口448，第一料槽段442和第二料槽段444连接处设有一斜壁446，斜壁446用以供物料从第一料槽段442内滑落至第二料槽段444内。

该斜壁446有利于物料从第一料槽段442滑落至第二料槽段444内，减少物料在进料槽440内的残余，节省了材料。显然，该斜壁446靠近出料口448的一端与出料口448之间的距离越短，物料越容易经出料口448从物料入口20进入料筒2内。

具体地，安装座40包括安装板400、以及设于安装板400上且连接套接部42和料槽部44的连接部402，连接部402与料筒2配合形成收容空间404(参图3)。

该安装板400可以用于固定在固定座3上，而将料斗4固定安装在固定座3上；该安装板400还可以用于固定在3D打印机的移动机构上，而将打印机喷头1固定安装在移动机构上。

在本实施例中，进一步地，该料斗4还包括端盖(未图示)和切片(未图示)，该端盖盖设于进料口441，用于开合进料口441，以防止杂物落入进料槽440内；该切片设置在进料槽440内，用于控制进料量。另外，该斜壁446与安装座40之间设有加强筋43(参图4)，该加强筋43用于加强斜壁446与安装座40之间的连接强度以及为料槽部44提供支撑。

请参照图2、图3、图5及图6，固定座3包括设有外螺纹的锁紧件(未图示)、以及套设于料筒2的紧固件30，紧固件30包括与安装座40固定连接的固定板32、以及设于固定板32上的套筒34，套筒34开设有螺纹孔340，锁紧件固定在螺纹孔340内，且锁紧件的内端抵持料筒2的外壁。

安装固定座3时，将紧固件30套设在料筒2的外壁上，并将锁紧件锁附在螺纹孔340内，旋转锁紧件，使锁紧件的内端抵紧料筒2的外壁而固定在料筒2上。移动或拆卸固定座3时，旋转锁紧件，使锁紧件的内端与料筒2的外壁分离，该紧固件30可以沿料筒2移动或者从料筒2中取出。因此，该固定座3方便安装和拆卸，有利于装配和维修。需要说明的是，为了将紧固件30固定在料筒2上，还可以在料筒2上设置台阶结构，进而该紧固件30可以直接承载在台阶结构上，并通过螺钉连接的方式固定在台阶结构上。

具体地，固定板32与安装板400连接，而将安装板400固定在固定板32上；且套筒34伸入收容空间404而容置于收容空间404内。需要说明的是，该套筒34还可以设置在固定板32远离安装板400的一侧，进而通过调节锁紧件的锁紧程度来调节紧固件30的位置时，可以同时调节料斗4在料筒2上的位置，以控制物料入口20与进料槽440的连通处的大小，而控制进料量。在本实施例中，优选地，该固定板32开设有四个固定通孔(未标号)，该安装板400对应该四个固定通孔开设有四个安装通孔(未标号)，螺钉或螺栓穿过固定通孔和安装通孔而固定连接固定板32和安装板400；而且该固定通孔和安装通孔还用于将打印机喷头1固定安装在3D打印机的移动机构上。

请参照图2和图3，在本实施例中，进一步地，该打印机喷头1还包括加热器(未图示)，料筒2包括进料段S、以及与进料段S连通的加热段M1，加热器装设于料筒2的加热段M1。该加热器用以加热料筒2的加热段M1而熔融加热段M1内的物料。

需要说明的是，当该打印机喷头1应用于煎饼打印机时，可以直接打印煎饼，而无需设置加热器，同样地，其他类型可挤出成型的打印材料，均无需设置加热器。

请参照图1及图2，在本实施例中，进一步地，打印机喷头1还包括喷嘴6，喷嘴6与料筒2的出料端22密封连通。

具体地，该喷嘴6可以与料筒2一体成型制成，也可以与料筒2的出料端22螺纹固接。在本实施例中，优选地，该喷嘴6的外壁设有外螺纹，该料筒2的出料端22的内壁设有内螺纹，该外螺纹与内螺纹配合而实现喷嘴6与料筒2的出料端22的密封连通，如此设置，有利于喷嘴6的更换和拆卸，且方便维修堵塞的喷嘴6。

请参照图2、图7及图8，在本实施例中，进一步地，打印机喷头1还包括驱动组件16，该驱动组件16与螺杆5伸出料筒2的一端连接，而用以驱动螺杆5转动。

具体地，该驱动组件16包括电机18、以及与电机18连接的传动机构19，该传动机构19与螺杆5连接，进而电机18转动而驱动传动机构19传动，传动机构19带动螺杆5转动。其中，该传动机构19可以是齿轮传动机构、皮带传动机构或者链轮传动机构，在本实施例中，该传动机构19优选为采用齿轮传动机构的减速箱，该传动机构19包括一转轴，该转轴沿轴向设有一驱动平面，而该螺杆5的一端沿轴向设有一配合平面50，该驱动平面与配合平面50配合而实现转轴与螺杆5的同轴转动。该螺杆5包括用于塑化和挤压的螺纹段52和与螺纹段52连接的驱动段54，该螺纹段52位于料筒2内，该驱动段54伸出料筒2而与电机的转轴连接，其中，该配合平面50设置在该驱动段54上。

请参照图2和图3，在本实施例中，该料筒2还包括与加热段M1远离进料段S的一端连通的熔体输出段M2，其中，加热器装设于加热段M1的外壁上而加热该加热段M1，熔体输出段M2与喷嘴6连通。具体地，该进料段S与料斗4的进料槽440连通，打印材料自进料槽440经物料入口20进入料筒2内；电机驱动螺杆5转动挤压打印材料，而使打印材料进入加热段M1内，同时加热器加热该加热段M1，使打印材料变为熔融物料；熔融物料进入熔体输出段M2内，并在螺杆5的作用下从喷嘴挤喷出。

优选地，加热器为绕设于加热段M1的外壁的加热管，该加热管发热而对加热段M1进行加热。

本发明还提供一种3D打印机，请参照图7和图8，在一实施例中，该3D打印机包括壳体10、装设于壳体10内的支架12、设于支架12上的打印机喷头1、与打印机喷头1连接的驱动机构(未图示)以及设于打印机喷头1下方的打印平台14，该打印机喷头1的具体结构参照上述实施例，由于该3D打印机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

进一步地，打印机喷头1的料斗4的安装板400和固定座3的固定板32通过螺钉或螺栓锁附的方式固定在支架12上且可沿支架12活动，该驱动机构用于驱动该打印机喷头1沿支架12移动而将打印机喷头1挤出的熔融物料在打印平台14上打印成型。

本发明还提供一种成型方法，参照图9，一并结合图1至图3、图7和图8，在一实施例中，该成型方法使用上述实施例的3D打印机，进而该成型方法包括步骤如下：

S1、制备打印材料；

S2、在3D打印机中加入打印材料，并打印成型胚件。

该成型方法采用不同材质和不同形状的打印材料，并通过打印机打印成型出胚件，因此，该成型方法不会受到打印材料的形状和材质的限制，对打印材料的要求低，降低了材料成本。

在本实施例中，进一步地，步骤S1具体为：将金属粉末或者陶瓷粉末与粘结剂混合制得颗粒状的打印材料。而且，在步骤S2之后，该成型方法还包括步骤如下：

S3、脱脂处理胚件而脱除部分粘结剂；

S4、烧结脱脂处理后的胚件。

该成型方法采用3D打印机打印成型胚件，相对于现有的粉末近净成型技术，无需使用模具，大大降低了产品的成型成本；相对于粉末注射成型，该成型方法对颗粒状的打印材料的粒径要求低，降低了材料成本；相对于粉末挤出成型，该成型方法成型胚件的形状不受限制，可以生产各种形状的胚件。

在本实施例中，进一步地，步骤S1中的粘结剂为常用的金属粉末粘结剂或陶瓷粉末粘结剂。金属粉末或者陶瓷粉末的用量、粘结剂的用量以及两者的混合方式均为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。

在本实施例中，进一步地，步骤S2具体包括：

S10、将打印材料加入3D打印机的打印机喷头1的料斗4内；

S12、加热器加热料筒2；

S13、螺杆5转动而塑化料筒2内的打印材料，并挤出熔融物料；

S14、驱动机构驱动打印机喷头1沿支架12移动，使熔融物料在打印平台14上堆积成型出胚件。

在本实施例中，进一步地，步骤S3和步骤S4为粉末近净成型技术中常用的工序，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种打印机喷头，用于3D打印机中，其特征在于，所述打印机喷头包括料筒、螺杆、固定座和料斗，所述螺杆部分容置于所述料筒内、且相对于所述料筒可转动设置，所述固定座包括套设于所述料筒外壁的紧固件和与所述紧固件固定连接且内端抵持所述料筒外壁的锁紧件，所述料斗固定于所述紧固件、且套设于所述料筒的外壁与所述料筒连通，所述料斗和所述料筒通过所述锁紧件可拆卸连接，所述料斗具有用于进料的进料口。

2.如权利要求1所述的打印机喷头，其特征在于，还包括加热器，所述料筒包括与所述料斗连通的进料段、以及与所述进料段连通的加热段，所述加热器装设于所述料筒的加热段。

3.如权利要求1所述的打印机喷头，其特征在于，还包括喷嘴，所述喷嘴与所述料筒的出料端密封连通。

4.如权利要求3所述的打印机喷头，其特征在于，

所述喷嘴与所述料筒的出料端螺纹连接，或者，

所述喷嘴与所述料筒一体成型制成。

5.如权利要求1所述的打印机喷头，其特征在于，还包括驱动组件，所述驱动组件与所述螺杆伸出所述料筒的一端连接，而用以驱动所述螺杆转动。

6.如权利要求5所述的打印机喷头，其特征在于，所述驱动组件包括电机以及与所述电机连接的传动机构，所述传动机构与所述螺杆连接而带动所述螺杆转动。

7.一种3D打印机，包括壳体、装设于所述壳体内的支架、装设于所述支架的打印机喷头、与所述打印机喷头连接的驱动机构、以及设于所述打印机喷头下方的打印平台，所述驱动机构用于驱动所述打印机喷头沿所述支架移动，其特征在于，所述打印机喷头为权利要求1至6中任意一项所述的打印机喷头。

8.一种使用权利要求7所述的3D打印机的成型方法，其特征在于，包括步骤如下：

制备打印材料；

在所述3D打印机中加入所述打印材料，并打印成型胚件。

9.如权利要求8所述的使用3D打印机的成型方法，其特征在于，所述制备打印材料的步骤，具体为：

将金属粉末或者陶瓷粉末与粘结剂混合制得颗粒状的打印材料。