CN105881898A - 一种新型彩色打印喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色3D打印喷头及打印机，包括隔膜、PZT压电陶瓷、电极、颜色混合室、PI加热片、温度传感器等。喷头与不同颜色树脂的液管相连，通过外接的控制装置，分别控制三个液管中树脂的相应流量。PI加热片加热到一定温度后，可降低树脂的黏度，从而提高树脂的流动性。不同颜色树脂经由颜色混合室中的一级静态混合室和二级动态混合室充分混合后，在两排电极上分别输入不同频率的正、负电压信号，使PZT压电陶瓷分别产生膨胀、收缩变形，造成隔膜相应变形，从而改变容腔体积，容腔中多余液体被推挤出喷嘴，形成液滴。本发明通过控制三条液管中的不同颜色树脂的混合比例，可实现全彩色3D打印，减少了打印喷头个数。

Description

一种新型彩色打印喷头

技术领域

本发明涉及打印机领域，特别涉及一种彩色3D打印喷头及打印机。

背景技术

3D打印成型是在计算机上利用三维绘图软件设计出三维模型；然后通过分层软件将三维模型离散成一系列的二维分层切片，得到各二维轮廓图，并将这些二维片层信息保存在电脑中；最后快速成型机按照这些二维分层轮廓切片图，分层沉积材料，层层叠加形成所设计的三维模型。目前，3D打印成型的方法主要有立体光固化成型法、选择性激光烧结法、熔融沉积法、粉末粘结成型法、喷墨打印技术等。

在现有3D打印技术中，仅熔融沉积法、粉末粘结成型法、喷墨打印技术具有彩色打印开发的潜力及应用的趋势。其中熔融沉积法打印颜色种类少；粉末粘结成型法、喷墨打印技术两种打印彩色产品的方法是分别依靠多个喷头，在成型模块区域分别喷射出不同颜色的粘结剂、树脂材料经混合后形成设计模型所要求得颜色。

发明内容

基于此，本发明公开了本发明公开了一种彩色3D打印喷头，所述打印喷头包括：进料管口、隔膜、PZT压电陶瓷、电极、颜色混合室和PI加热片；

所述颜色混合室与进料管口相连接；

所述隔膜平铺于颜色混合室的上下表面；

所述PI加热片平铺于隔膜上；

所述PZT压电陶瓷粘结于隔膜上；

所述电极粘结于PZT压电陶瓷表面。

本发明的目的在于提供一种基于三原色的树脂材料经由喷头按比例混合后可实现全彩色3D打印、打印模型强度高、打印精度高、打印方便的喷头。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的彩色3D打印喷头总体结构简图；

图2为本发明一个实施例中喷头及一系列喷嘴的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中PI加热片和导热性良好的金属隔膜结构示意图；

图4为本发明一个实施例中颜色混合室的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中振动隔膜的结构示意图；

图6为本发明一个实施例中电极和PZT压电陶瓷的结构示意图；

图7为本发明一个实施例中温度传感器和基底的结构示意图；

其中：010-颜色混合室、101-圆孔、020-一级静态混合室，030-二级动态混合室，201，202，203-树脂材料入口，204-一级静态混合室通道中的内肋结构，205-二级动态混合室中的混合腔室，206-联通混合腔室和储墨室的V形通道，207-二级动态混合室中的储墨室，208-公共电极，209-双Y形混合通道；301-PI加热片。

具体实施方式

下面结合具体的附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，需要说明的是此处所描述的实施例仅用于对本发明的解释，而非对该发明的限定。

在一个实施例中，本发明公开了一种彩色3D打印喷头，所述打印喷头包括：进料管口、隔膜、PZT压电陶瓷、电极、颜色混合室和PI加热片；

所述颜色混合室与进料管口相连接；

所述隔膜平铺于颜色混合室的上下表面；

所述PI加热片平铺于隔膜上；

所述PZT压电陶瓷粘结于隔膜上；

所述电极粘结于PZT压电陶瓷表面。

在本实施例中，请参阅图1，其所示为该彩色3D打印喷头的总体结构图，包括图7-基底、图6-PZT压电陶瓷和电极、图5-振动薄膜、图4-颜色混合室、图3-PI加热片和金属导热膜和图2-喷嘴组成。

本实施例的目的在于提供一种基于三原色的树脂材料经由喷头按比例混合后可实现全彩色3D打印、打印模型强度高、打印精度高、打印方便的喷头。

在一个实施例中，所述进料管口包括三个不同颜色的进料管口；所述进料管口通过外接的控制装置，控制不同进料管口树脂原料用量的输入。

本实施例所述的进料管口由三个不同颜色的进料管口组成，更进一步的，所述三个不同颜色的进料管口进料的颜色为三原色；本实施例所述的控制装置为外接装置，本实施不做限制，只要是能满足本实施的条件的控制装置都可以。

在一个实施例中，所述颜色混合室用于将不同颜色的树脂原料进行混合，包括一级静态混合室和二级动态混合室；所述一级静态混合室和二级动态混合室相连接。

在本实施例中，如图4所示：颜色混合室010上进料口201、202、203分别与振动薄膜和基底上的101圆孔对应。圆孔101与供树脂原料的液管相连。颜色混合室010上201进料口对应红色供液管，202进料口对应黄色供液管和203进料口对应蓝色供液管，通过外接的控制装置控制各液管的流量汇合于一级静态混合室020。

在一个实施例中，所述打印喷头还包括有温度传感器，所述温度传感器用于监测颜色混合室内的温度。

在本实施例中，所述温度传感器用于检测颜色混合室内的温度，保证颜色混合室内的温度满足打印树脂材料的条件，保证树脂材料的流动性。

在一个实施例中，所述PI加热片用于加热颜色混合室内的树脂，降低树脂黏度，保证树脂流动性，使得树脂混合均匀。

在本实施例中，所述PI加热片用于加热颜色混合室内的树脂，本实施例的加热温度为75℃到85℃，由于加热温度越高树脂黏度越低，但若加热温度过高，易产生气泡影响打印效果，因此设计加热温度为80℃左右，用于降低树脂黏度，保证树脂流动性，使得树脂混合均匀。在树脂原料输入混合室010前，PI加热片301已通电工作，预加热到80℃，保证树脂在所要求黏度条件下混合，同时温度传感器对喷头温度进行监测。

在一个实施例中，所述隔膜为硅隔膜，用于加热颜色混合室内的树脂，同时用于密封颜色混合室。

在本实施例中，所述隔膜的材料优先选择由硅制成，但是，其他材料的隔膜只要是能够满足加热和密封条件的也能够替换本实施例的硅。

在一个实施例中，所述喷头通过电极输入电压信号，使PZT压电陶瓷变形，挤压与PZT压电陶瓷粘结的隔膜，造成喷头二级动态混合室体积改变而挤出液滴。

在本实施例中，所述彩色3D打印喷头，包括PZT压电陶瓷，通过电极输入电压信号，使PZT压电陶瓷变形，挤压隔膜，造成二极动态混合室体积改变而挤出液滴。

在一个实施例中，所述一级静态混合室由双“Y”形混合器组成，所述“Y”形混合器管道入口夹角为60°，所述二级动态混合室由混合腔室和储墨室组成，且混合腔室和储墨室间由夹角成60°的“V″字形排列的管道联通。

在本实施例中，颜料的入口夹角的大小影响对混合过程有显著影响，模拟结果表明夹角过大或过小都会使混合效果下降，如图4所示：本实施例选择双“Y”形混合器管道入口夹角为60°的较好混合效果的夹角设计，且混合通道内具有内肋块结构。二级动态混合室由混合腔室和储墨室组成且两室间由夹角成60°“V″字形排列的管道联通。颜色混合室用于将不同颜色的树脂原料混合均匀。

在一个实施例中，所述粘结在PZT压电陶瓷表面的电极为两排电极，所述两排电极所在位置分别对应于二级动态混合室的混合腔室和储墨室的正下方；在两排电极上，分别输入负、正电压信号，经由PZT压电陶瓷变形引起隔膜变形，造成二级动态混合室体积改变。

在本实施例中，所述喷头中有两排电极粘结在PZT压电陶瓷表面，两排电极分别对应在二级动态混合室混合腔室和储墨室正下方。在两排电极上，分别输入负、正电压信号，经由PZT压电陶瓷变形引起隔膜变形，分别造成二级动态混合式体积减小和增大。所述负电压信号频率高于正电压信号频率，负电压对应正电压信号时，分别引起二级动态混合室体积减小和增大，不改变容腔总体积；而负电压信号出现时，无对应的正电压信号时，二级动态混合室体积减小，容腔中多余的液体被挤出喷嘴，形成液滴。

在一个实施例中，本发明公开了一种彩色3D打印机，所述打印机包括：以上实施例所述的打印喷头。

在一个实施例中，本发明公开了一种彩色3D打印喷头，如图1-7所示：所述打印喷头包括：进料管口、隔膜、PZT压电陶瓷、电极、颜色混合室和PI加热片；颜色混合室010上进料口201、202、203分别与振动薄膜和基底上的、101圆孔对应。圆孔101与供树脂原料的液管相连。颜色混合室010上201进料口对应红色供液管，202进料口对应黄色供液管和203进料口对应蓝色供液管，通过外接的控制装置控制各液管的流量汇合于一级静态混合室020。

在树脂原料输入混合室010前，PI加热片301已通电工作，预加热到80℃，保证树脂在所要求黏度条件下混合，同时温度传感器对喷头温度进行监测。

不同颜色树脂原料在经一级静态混合室020前端双Y形通道混合后，末端管道内设计了内肋结构，可提高树脂混合率。为使树脂充分混合，初步混合后的树脂经一级静态混合室020流向二级动态混合室030。二级动态混合室由混合腔室205和储墨室207组成，两者间由成V形排列的通道206联通。混合腔室205和储墨室207形状大小近似相同，正下方分别对应电极和电极。喷头工作时电极输入频率为70kHZ的负电压信号040，引起PZT压电陶瓷收缩变形。带动隔膜向混合腔室205挤压；电极输入频率为35kHZ的正电压信号050，引起PZT压电陶瓷膨胀变形，带动隔膜109向外扩张并造成储墨室207容腔体积增大。当电压信号040波谷对应电压信号050波峰时，二级动态混合室030体积无变化，喷嘴304无液滴喷出；当电压信号040波谷对应电压信号050零点时，二级动态混合室030体积减小，造成喷嘴304液滴喷出。

液滴喷出后，通过3D打印机上的紫外光照射固化。完成模型一个二维切片层固化后再重复上述过程，层层叠加最终打印出彩色3D模型。

采用该结构的彩色3D打印喷头，可根据所需打印颜色通过喷头内部结构自行混合调配，能实现全彩色立体打印，打印效率快，模型精度高且结构强度大。

以上描述仅为本申请的较佳实例以及所运用的原理说明。本领域技术人员应当理解，本发明已参照特定实施例做了描述，但显然仍可作出各种修改和变换而不背离本发明精神和范围，说明书和附图因被认为是说明性的而非限定性的。

Claims (10)

1.一种彩色3D打印喷头，其特征在于，所述打印喷头包括：进料管口、隔膜、PZT压电陶瓷、电极、颜色混合室和PI加热片；

所述颜色混合室与进料管口相连接；

所述隔膜平铺于颜色混合室的上下表面；

所述PI加热片平铺于隔膜上；

所述PZT压电陶瓷粘结于隔膜上；

所述电极粘结于PZT压电陶瓷表面。

2.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于：优选的，所述进料管口包括三个不同颜色的进料管口；所述进料管口通过外接的控制装置，控制不同进料管口树脂原料用量的输入。

3.根据权利要求2所述的喷头，其特征在于：所述颜色混合室用于将不同颜色的树脂原料进行混合，包括一级静态混合室和二级动态混合室；所述一级静态混合室和二级动态混合室相连接。

4.根据权利要求3所述的喷头，其特征在于：所述打印喷头还包括有温度传感器，所述温度传感器用于监测颜色混合室内的温度。

5.根据权利要求3所述的喷头，其特征在于：所述PI加热片用于加热颜色混合室内的树脂，降低树脂黏度，保证树脂流动性，使得树脂混合均匀。

6.根据权利要求3所述的喷头，其特征在于：所述隔膜为硅隔膜，用于加热颜色混合室内的树脂，同时用于密封颜色混合室。

7.根据权利要求3所述的喷头，其特征在于：所述喷头通过电极输入电压信号，使PZT压电陶瓷变形，挤压与PZT压电陶瓷粘结的隔膜，造成喷头二级动态混合室体积改变而挤出液滴。

8.根据权利要求7所述的喷头，其特征在于：所述一级静态混合室由双“Y”形混合器组成，所述双“Y”形混合器管道入口夹角为60°，所述二级动态混合室由混合腔室和储墨室组成，且混合腔室和储墨室间由夹角成60°的“V″字形排列的管道联通。

9.根据权利要求8所述的喷头，其特征在于：所述粘结在PZT压电陶瓷表面的电极为两排电极，所述两排电极所在位置分别对应于二级动态混合室的混合腔室和储墨室的正下方；在两排电极上，分别输入负、正电压信号，经由PZT压电陶瓷变形引起隔膜变形，造成二级动态混合室体积改变。

10.一种彩色3D打印机，其特征在于，所述打印机包括：权利要求1-9所述的打印喷头。