CN106003715B - 一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头，包括：喷墨式喷头、两个光源、两个光源夹具、四个紧定螺钉和整体式喷头架；其中，整体式喷头架整体呈圆弧形，包括：安装板、两个圆弧滑道、喷头遮光罩。喷墨式喷头口朝下，可喷射光固化材料，两个光源在喷墨式喷头两侧对称布置，光线聚焦到喷头正下方的光源焦点，喷墨式喷头喷出的材料落入光源焦点处固化成型；两个光源的入射角度可独立调节，范围在30°到60°，调节光源角度，光源焦点的位置不变。可调节的光源入射角度增加了工艺的灵活性；对称布置的两个光源提高了成形的工艺性能、提高了打印效率；喷头遮光罩可以大大减小了喷头堵塞的概率。

Description

一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头

技术领域：

本发明属于光固化3D打印及3D生物打印领域，具体涉及一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头。

背景技术：

自从3D打印技术问世以来，光固化成型的打印方法就一直在被应用，其应用了可光固化材料在特定波长的光照下发生聚合反应形成固体或凝胶的原理。传统的光固化成形一般是采用扫描振镜的办法，其不足之处在于其成形是通过光在溶液池内扫描，需要有大量预聚物材料。其次，传统的方法只能在固定的溶液池内成形，且设备体积很大，扫描振镜的成本也很高。

已有的喷墨式的光固化方法如果采用单个光源照射，不仅固化速度慢，而且会出现光斑的能量不均匀的问题。并且位置固定的光源在实际打印过程中可调节性不足。此外，打印过程中被反射的加工光线一旦反射到喷头上，会使可光固化材料在喷头处发生固化，导致喷头经常发生堵塞。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上不足，提供了一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头，包括喷墨式喷头、两个光源和整体式喷头架；其中，喷墨式喷头和两个光源均安装在整体式喷头架上，且喷墨式喷头的喷口朝下，能够喷射光固化材料，两个光源在喷墨式喷头两侧对称布置，光线聚焦到喷墨式喷头正下方的光源焦点，喷墨式喷头喷出的材料落入光源焦点处固化成型；两个光源的入射角度能够独立调节，范围在30°到60°。

本发明进一步的改进在于，两个光源均通过光源夹具安装在整体式喷头架上。

本发明进一步的改进在于，整体式喷头架整体呈圆弧形，包括安装板、两个圆弧滑道和喷头遮光罩；其中，安装板分为上下两层，其两侧为两个圆弧滑道，下方为喷头遮光罩；安装板上有两个喷头安装孔与喷墨式喷头通过过渡配合实现定位和固定，喷墨式喷头竖直向下，并进入喷头遮光罩内，喷头遮光罩采用薄壁结构，其最下方开设有喷头遮光罩小孔，用于喷墨式喷头喷出的液滴通过。

本发明进一步的改进在于，安装板上开设有安装孔，用于将角度可调的双光源喷墨式打印喷头安装在运动平台上。

本发明进一步的改进在于，圆弧滑道的内外轮廓为圆心重合的圆弧，其圆心位置为光源焦点，其内部与光源夹具间隙配合，光源夹具能够在圆弧滑道内部滑动；圆弧滑道上下圆弧面均开设有光源槽，用于光源在光源槽内运动；正面开有紧定螺钉槽且标有角度刻度，保证固定光源的紧定螺钉在紧定螺钉槽内运动。

本发明进一步的改进在于，光源夹具从圆弧滑道开口安装进入圆弧滑道，其与圆弧滑道配合的两个面也为圆弧面，光源夹具上开有光源定位孔，内插入光源，使光源对准光源焦点。

本发明进一步的改进在于，光源夹具上有一个光源紧定螺钉孔，光源与光源夹具通过紧定螺钉固定；圆弧滑道背面有三个光源夹具紧定螺钉孔，根据光源夹具的位置，选择一个固定光源夹具与圆弧滑道的相对位置。

本发明进一步的改进在于，光源到光源焦点的距离根据光源的焦距而定，通过滑动光源夹具能够调节光源入射角度，两个光源能够采用不同的入射角度，且光源焦点的位置不会发生变化。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

整体式喷头架将安装板、圆弧滑道、喷头遮光罩通过一体设计，3D打印成型。在不影响使用的前提下，结构更加简单，制造方便，重量减轻。

进一步，两个光源对称布置在喷头两侧，圆弧滑道保证两个光源同时聚焦在喷头下方固定位置，并且可以调节光照角度，增加了工艺的灵活性。调节光照角度，光源焦点的位置不变，使得调节光照角度后，无需调整设备位置。

进一步，两个光源形成的聚焦光斑的能量更加均匀，固化成型过程中各方向的尺寸更加一致，提高了成形工艺性能。

进一步，两个光源的能量密度更高，固化速度更快，因此打印速度更快，效率更高。

进一步，由于喷头遮光罩小孔的尺寸很小，可以有效阻隔两个光源反射到喷头的光，大大减小喷头堵塞的几率。当堵塞情况发生时，会首先将喷头遮光罩小孔堵塞，进而防止喷墨式喷头的堵塞。

进一步，整个喷头的结构紧凑，重量较轻，适合安装在桌面型机械臂上进行更加灵活的打印。

综上所述，本发明提出了一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头。其增加了工艺的灵活性、提高了成形工艺性能、提高了打印效率、大大减小了喷头堵塞的概率。

附图说明：

图1为角度可调的双光源喷墨式打印喷头轴测图及爆破图；其中，图1(a)为角度可调的双光源喷墨式打印喷头轴测图；图1(b)为角度可调的双光源喷墨式打印喷头爆破图。

图中：1为光源，2为光源夹具，3为喷墨式喷头，4为整体式喷头架，5为光源紧定螺钉孔，6为光源定位孔，7为紧定螺钉。

图2为整体式喷头架轴测图。

图中：8为安装板，9为安装孔，10为喷头安装孔，11为圆弧滑道，12为光源槽，13为角度刻度，14为紧定螺钉槽，15为喷头遮光罩。

图3为角度可调的双光源喷墨式打印喷头剖视图。

图中：16为光源夹具紧定螺钉孔，17为圆弧滑道开口，18为打印基板，19位光源焦点，20为喷头遮光罩小孔。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供的角度可调的双光源喷墨式打印喷头，首先，采用对称布置在喷墨式喷头两侧的两个光源，两个光源同时聚焦在喷头下方的光源焦点。其次，增加圆弧滑道，光源夹具在圆弧滑道内滑动时，可以改变光源的照射角度，并保持光源焦点的位置不变。第三，增加喷头遮光罩，减少被反射的光线照射到喷头的几率。

具体来说，本发明分为以下几个部分：喷墨式喷头3、两个光源1、两个光源夹具2、四个紧定螺钉7、整体式喷头架4。喷墨式喷头3口朝下，可喷射光固化材料，两个光源1在喷墨式喷头3两侧对称布置，光线聚焦到喷墨式喷头3正下方的打印基板18上，喷墨式喷头3喷出的材料落入光源焦点19处固化成型。两个光源1的入射角度可分别调节，范围在30°到60°。

如图2所示，整体式喷头架4整体呈圆弧形，主要包括：安装板8、两个圆弧滑道11、喷头遮光罩15。其中，安装板8为上下两层，其两侧为两个圆弧滑道11，下方为喷头遮光罩15；安装板8上有两个喷头安装孔10与喷墨式喷头3通过过渡配合实现定位和固定，喷墨式喷头3竖直向下，并进入喷头遮光罩15内，喷头遮光罩15采用薄壁结构，其最下方开有喷头遮光罩小孔20，供喷墨式喷头3喷出的液滴通过。

安装板8是上有安装孔9，用于将角度可调的双光源喷墨式打印喷头安装在运动平台上，安装板8的形状和安装孔的位置可根据运动平台有所改变。

圆弧滑道11的内外轮廓为圆心重合的圆弧，其圆心位置为光源焦点19，其内部与光源夹具2间隙配合，使光源夹具2能在圆弧滑道11内部滑动。圆弧滑道11上下圆弧面开有光源槽12，供光源1在槽内运动；正面开有紧定螺钉槽14且标有角度刻度13，保证固定光源1的紧定螺钉7在槽内运动，此紧定螺钉7供读取当前光源角度用；背面有三个光源夹具紧定螺钉孔16。

如图3所示，光源夹具2从圆弧滑道开口17安装进入圆弧滑道11，其与圆弧滑道11配合的两个面也为圆弧面，所有圆弧的圆心重合。光源夹具2上开有光源定位孔5，内插入光源1，使光源1对准光源焦点19。光源夹具2上有一个光源紧定螺钉孔5。

光源1与光源夹具2通过光源夹具紧定螺钉孔6固定；圆弧滑道11背面的三个光源夹具紧定螺钉孔16，根据光源夹具2的位置，选择一个固定光源夹具2与圆弧滑道11的相对位置。

光源1到光源焦点19的距离根据光源1的焦距而定，通过滑动光源夹具2可调节光源1入射角度，两个光源1可采用不同的入射角度。光源1采用不同入射角度，光源焦点19的位置不会发生变化。

角度可调的双光源喷墨式打印喷头的安装方法为：

1)将光源夹具2通过圆弧滑道开口17安装进圆弧滑道11；

2)将两个光源1穿过光源槽12插入光源夹具2的光源定位孔6内，根据光源焦距调整好光源1的伸出长度，拧上紧定螺钉7固定光源1；

3)调整两个光源1的入射角度，拧紧圆弧滑道11背面的紧定螺钉7固定入射角度；

4)插入喷墨式喷头3，通过安装板8的安装孔9将角度可调的双光源喷墨式打印喷头安装在运动平台上。

实施案例：

将角度可调的双光源喷墨式打印喷头安装在三维运动平台上或者机械臂上，可实现通过三维运动平台或者机械臂的运动进行光固化成形。喷墨式喷头的频率和光源的开关通过外部信号控制。光固化材料使用光固化PEGDA溶液，浓度为10％(w/v)-50％(w/v)，材料通过软管加压输送给喷墨式喷头。两个光源的光强设定为2000mw/cm²，光照角度45°，喷墨式喷头采用微量电磁阀，频率设定为5Hz，运动速率5mm/s。可打印出尺寸均匀的线面结构，线宽1mm左右。

Claims (6)

1.一种角度可调的双光源喷墨式打印喷头，其特征在于，包括喷墨式喷头(3)、两个光源(1)和整体式喷头架(4)；其中，喷墨式喷头(3)和两个光源(1)均安装在整体式喷头架(4)上，且喷墨式喷头(3)的喷口朝下，能够喷射光固化材料，两个光源(1)在喷墨式喷头(3)两侧对称布置，光线聚焦到喷墨式喷头(3)正下方的光源焦点(19)，喷墨式喷头(3)喷出的材料落入光源焦点(19)处固化成型；两个光源(1)的入射角度能够独立调节，范围在30°到60°；

两个光源(1)均通过光源夹具(2)安装在整体式喷头架(4)上；

整体式喷头架(4)整体呈圆弧形，包括安装板(8)、两个圆弧滑道(11)和喷头遮光罩(15)；其中，安装板(8)分为上下两层，其两侧为两个圆弧滑道(11)，下方为喷头遮光罩(15)；安装板(8)上有两个喷头安装孔(10)与喷墨式喷头(3)通过过渡配合实现定位和固定，喷墨式喷头(3)竖直向下，并进入喷头遮光罩(15)内，喷头遮光罩(15)采用薄壁结构，其最下方开设有喷头遮光罩小孔(20)，用于喷墨式喷头(3)喷出的液滴通过。

2.根据权利要求1所述的角度可调的双光源喷墨式打印喷头，其特征在于，安装板(8)上开设有安装孔(9)，用于将角度可调的双光源喷墨式打印喷头安装在运动平台上。

3.根据权利要求1所述的角度可调的双光源喷墨式打印喷头，其特征在于，圆弧滑道(11)的内外轮廓为圆心重合的圆弧，其圆心位置为光源焦点(19)，其内部与光源夹具(2)间隙配合，光源夹具(2)能够在圆弧滑道(11)内部滑动；圆弧滑道(11)上下圆弧面均开设有光源槽(12)，用于光源(1)在光源槽(12)内运动；正面开有紧定螺钉槽(14)且标有角度刻度(13)，保证固定光源(1)的紧定螺钉(7)在紧定螺钉槽(14)内运动。

4.根据权利要求3所述的角度可调的双光源喷墨式打印喷头，其特征在于，光源夹具(2)从圆弧滑道开口(17)安装进入圆弧滑道(11)，其与圆弧滑道(11)配合的两个面也为圆弧面，光源夹具(2)上开有光源定位孔(6)，内插入光源(1)，使光源(1)对准光源焦点(19)。

5.根据权利要求3所述的角度可调的双光源喷墨式打印喷头，其特征在于，光源夹具(2)上有一个光源紧定螺钉孔(5)，光源(1)与光源夹具(2)通过紧定螺钉(7)固定；圆弧滑道(11)背面有三个光源夹具紧定螺钉孔(16)，根据光源夹具(2)的位置，选择一个固定光源夹具(2)与圆弧滑道(11)的相对位置。

6.根据权利要求1所述的角度可调的双光源喷墨式打印喷头，其特征在于，光源(1)到光源焦点(19)的距离根据光源的焦距而定，通过滑动光源夹具(2)能够调节光源(1)入射角度，两个光源(1)能够采用不同的入射角度，且光源焦点(19)的位置不会发生变化。