CN107150443A - 打印截面可调整的3d打印机喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了打印截面可调整的3D打印机喷头，其包括喷头本体，喷头本体内设置有用于聚集熔融状态耗材的聚料腔室，3D打印机喷头还包括两个分别滑动设置于喷头本体一侧的滑片，两个滑片设置成能够相对于喷头本体中心线向外伸展以及相对于喷头中心线向中心收窄，两个滑片在伸展状态和收缩状态之间进行切换时，可调整喷头本体的喷料端截面形状或者尺寸；两个滑片在外力的驱动下可相对于喷头本体中心线进行向外伸展或者向喷头本体中心线进行收缩，滑片在运动的过程中3D打印机喷头喷料端部的口径，实现了打印截面的尺寸可调，与现有喷头固定打印截面相比，在打印平面板材时，可将效率提升数倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印机，特别涉及一种自动调整喷头口径大小的3D打印机。
背景技术
现有的3D打印机均采用单喷头工作方式进行目标模型的打印，各种目标模型的形状以及尺寸的差异，由于单喷头的截面形状固定无法进行调整，不能根据目标模型的形状或者尺寸进行适应性调整；例如，打印平面板材时，通过增大喷头的口径可显著的提高打印效率，现有的固定口径喷头喷出的熔融耗材量相对较少，如若采用较大口径的喷头可显著的降低打印时间；打印精密部分或者尺寸较小部件时，喷头的口径过大会严重影响目标模型的精度，只能采用截面尺寸较小的喷头。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可根据目标模型的形状以及尺寸进行喷头截面尺寸调整的3D打印机，提高打印效率、缩短打印时间的同时，还可以保证3D打印机的打印精度。
为实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案如下。
打印截面可调整的3D打印机喷头，其包括喷头本体，喷头本体内设置有用于聚集熔融状态耗材的聚料腔室，3D打印机喷头还包括两个分别滑动设置于喷头本体一侧的滑片，两个滑片设置成能够相对于喷头本体中心线向外伸展以及相对于喷头中心线向中心收窄，两个滑片在伸展状态和收缩状态之间进行切换时，可调整喷头本体的喷料端截面形状或者尺寸。
上述技术方案的进一步改进。
3D打印机喷头还包括拨动机构，拨动机构的动力输出端连接于滑片，并提供滑片在伸展状态和收缩状态之间进行切换的动力。
上述技术方案的进一步改进。
上述的两个滑片对称设置于喷头本体一侧，且两个滑片相对于喷头本体中心线同步向外伸展以及相对于喷头中心线同步向中心收窄。
上述技术方案的进一步改进。
滑片包括相互连接的水平段、竖直段，水平段与竖直段之间构成的开口方向偏离于喷头本体的中心线，两个滑片的竖直段朝向喷头本体的中心线的端面之间的间隔构成喷料口，两个滑片的水平段与喷头本体的内壁滑动接触，熔融状态的耗材注入至聚料腔室内并由喷料口挤出。
上述技术方案的进一步改进。
滑片还包括倾斜连接段，倾斜连接段设置于水平段、竖直段之间并且用于连接水平段、竖直段，两个滑片的倾斜连接段朝向喷头本体的中心线的端面之间的间隔、喷头本体内壁之间围合成与喷料口接通的汇料腔，熔融状态的耗材注入至汇料腔内并由喷料口挤出。
上述技术方案的进一步改进。
滑片的竖直段朝向喷头本体中心线的侧面上的开设有呈竖直方向布置的引料凹槽。
上述技术方案的进一步改进。
两个滑片处于收缩状态时，设置于两个滑片竖直段上的引料凹槽围合成一个截面为圆形的喷料口。
上述技术方案的进一步改进。
两个滑片的倾斜段之间的间隔在竖直方向上自下而上逐步的增大，且倾斜段上设置有沿其延伸方向设置有引料凹槽。
上述技术方案的进一步改进。
喷头本体上还设置有与聚料腔室接通并且用于向聚料腔室内注入熔融状耗材的连接段，连接段连接于熔融机构的排料端；上述的连接段与喷头本体共轴线布置，喷头本体与连接段排料端的连接处设有锥形槽，在竖直方向自下而上锥形槽的横向间隔逐步的收窄。
上述技术方案的进一步改进。
喷头本体的两侧分别设置有一个与聚料腔室接通的开口槽，并且两个开口槽关于喷头本体中心线对称布置，分别设置于喷头本体一侧的滑片与开口槽滑动匹配，两个滑片在开口槽内滑动过程中可相对于喷头本体中心线向外伸展以及相对于喷头中心线向中心收窄。
上述技术方案的进一步改进。
开口槽内设置有与滑片匹配并且用于导向滑片沿水平方向进行滑动的导槽，滑片上设置有与导槽相匹配的导向块。
上述技术方案的进一步改进。
上述的导槽的形状为直角梯形，导向块的形状为与导槽相匹配的直角梯形，滑片的上表面与开口槽的上内壁滑动匹配，且直角梯形的高度边呈水平布置并且用于导向滑片在水平方向上的运动。
上述技术方案的进一步改进。
喷头本体上还安装有位于开口槽的销钉，滑片上还设置有与销钉相匹配的滑槽，当滑片相对于喷头本体中心线向外伸展，且导槽与导向块与脱离时，销钉与滑槽进行匹配，且销钉与滑槽的槽底接触时，可约束滑片继续向外伸展。
本发明与现有技术相比取得的进步以及优点在于，两个滑片在外力的驱动下可相对于喷头本体中心线进行向外伸展或者向喷头本体中心线进行收缩，滑片在运动的过程中3D打印机喷头喷料端部的口径，实现了打印截面的尺寸可调，与现有喷头固定打印截面相比，在打印平面板材时，可将效率提升数倍，并且本发明提供的技术还可以进一步的缩减打印截面，进行更高精度的打印。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为熔融机构的结构示意图。
图4为动力供应装置、喷头组件、拨动机构相匹配的结构示意图。
图5为拨动机构与支撑体相匹配的结构示意图。
图6为支撑体的结构示意图。
图7为支撑体的结构示意图。
图8为拨动机构与支撑体、喷头组件相匹配的结构示意图。
图9为拨动机构的结构示意图。
图10为拨动机构的结构示意图。
图11为喷头组件处于最大开口状态的结构示意图。
图12为喷头组件处于中间开口状态的结构示意图。
图13为喷头组件处于最小开口状态的结构示意图。
图14为喷头本体的结构示意图。
图15为滑片的结构示意图。
图中标示为：
10、熔融机构；110、加热元件；120、排料孔；
20、接线套；
30、动力供应装置；
40、喷头组件；410、喷头本体；410a、连接段；410b、聚料腔室；410c、喷料口；410d、导槽；420、滑片；420a、引料凹槽；420b、拨柱；420c、导向块；420d、滑槽；430、销钉；
50、拨动机构；510、拨片；520、拨杆；530、导向片；530a、转向孔；530b、导向槽；
60、支撑体；610、环槽a；620、环槽b；630、沟槽；640、中心孔；650、定位缺口；660、导向缺口。
具体实施方式
下面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做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
参见附图1-4，口径可调的3D打印机喷头，其包括支撑体60，支撑体60上安装有熔融机构10、动力供应装置30、喷头组件40，熔融机构10用于向喷头组件40内灌入熔融状态的耗材，动力供应装置30与喷头组件40之间还设置有拨动机构50，动力供应装置30与拨动机构50的动力输入端连接，拨动机构50的动力输出端与喷头组件40连接并且可调整喷头组件40的喷料端截面形状或者尺寸；本发明中通过动力供应装置30提供的动力实现喷头组件40的喷料端截面形状或者尺寸自动调整，从而适应不同目标模型的打印需要，提高打印的效率，缩短打印的时间。
上述的喷头组件40，其包括喷头本体410，喷头本体410固定设置于支撑体60，喷头本体410内设置有用于聚集熔融状态耗材的聚料腔室410b，上述的熔融机构10可向聚料腔室410b内注入熔融状态的耗材；喷头组件40还包括滑动设置于喷头本体410一侧的滑片420，滑片420设置成能够相对于喷头本体410中心线向外伸展以及相对于喷头410中心线向中心收窄，拨动机构50的动力输出端连接于滑片420，并提供滑片420在伸展状态和收缩状态之间进行切换的动力；滑片420在伸展状态和收缩状态之间进行切换时，可调整喷头本体410的喷料端截面形状或者尺寸。该种方案采用的为单滑片式结构（附图中没有示出具体的结构），采用该种结构，滑片420在发生位移过程中，将导致喷头本体410的喷头端中心的偏离，为抵消中心偏离的误差，需要3D打印机的控制系统调整3D打印机喷头进行相应偏离并抵消该误差，当然在目标模型精度要求不高的情况下，可不进行调整，例如进行食品模型的打印，可完全忽略该误差。
参见附图11-15，上述的滑片420为两个并且分别滑动设置于喷头本体410一侧，两个滑片420设置成能够相对于喷头本体410中心线向外伸展以及相对于喷头410中心线向中心收窄；拨动机构50的动力输出端连接于两个滑片420，并提供两个滑片420在伸展状态和收缩状态之间进行切换的动力；两个滑片420在伸展状态和收缩状态之间进行切换时，可调整喷头本体410的喷料端截面形状或者尺寸。
更为完善地，上述的两个滑片420对称设置于喷头本体410一侧，且两个滑片420相对于喷头本体410中心线同步向外伸展以及相对于喷头410中心线同步向中心收窄。该种方案采用的为双滑片式结构，其优点在于，两个滑片在同步向外伸展以及同步向中心收窄的过程中，始终保证喷头本体410的喷头端中心位置不变，不需要控制系统调整3D打印机喷头进行误差消除，特别适用于高精度目标模型的打印。当两个滑片之间构成的喷头端间隔为常规喷头截面的三倍时，采用本发明的结构，可提高三倍的效率，并且只需要消耗三分之一的打印时间，克服了目前3D打印机耗时长，难被客户接受的问题。
参见附图11-15，喷头本体410的两侧分别设置有一个与聚料腔室410b接通的开口槽，并且两个开口槽关于喷头本体410中心线对称布置，分别设置于喷头本体410一侧的滑片420与开口槽滑动匹配，两个滑片420在开口槽内滑动过程中可相对于喷头本体410中心线向外伸展以及相对于喷头410中心线向中心收窄；开口槽内设置有与滑片420匹配并且用于导向滑片420沿水平方向进行滑动的导槽410d，滑片420上设置有与导槽410d相匹配的导向块420c。
更为完善地，参见附图14、15，上述的导槽410d的形状为直角梯形，导向块420c的形状为与导槽410d相匹配的直角梯形，滑片的上表面与开口槽的上内壁滑动匹配，且直角梯形的高度边呈水平布置并且用于导向滑片420在水平方向上的运动。
更为完善地，参见附图14、15，喷头本体410上还安装有位于开口槽的销钉430，滑片420上还设置有与销钉430相匹配的滑槽420d，当滑片420相对于喷头本体410中心线向外伸展，且导槽410d与导向块420c与脱离时，销钉430与滑槽420d进行匹配，且销钉430与滑槽420d的槽底接触时，可约束滑片420继续向外伸展。
参见附图11-15，滑片420包括水平段、竖直段、倾斜连接段，倾斜连接段设置于水平段、竖直段之间并且用于连接水平段、竖直段，水平段与竖直段之间构成的开口方向偏离于喷头本体410的中心线，两个滑片420的竖直段朝向喷头本体410的中心线的端面之间的间隔构成喷料口410c，两个滑片420的倾斜连接段朝向喷头本体410的中心线的端面之间的间隔、喷头本体410内壁之间围合成与喷料口410c接通的汇料腔，熔融机构10将熔融状态的耗材注入至汇料腔内并由喷料口410c挤出；两个滑片420向外进行伸展时，喷料口410c的口径逐步的增大；两个滑片420向喷头本体410中心收缩时，喷料口410c的口径逐步的缩小。
更为完善地，两个滑片420处于收缩状态时，两个滑片420的竖直段朝向喷头本体410中心线的侧面紧密贴合，并使得喷料口410c处于闭合状态，且汇料腔构成密闭的空间；其所要实现的目的以及优点在于，现有的3D打印机喷头在进行较大幅度移动时，3D打印机喷头会有熔融状耗材渗出，所以会出现拉丝现象，其主要的原因还是喷头不能进行有效封堵；在本发明中采用的封闭式结构，可有效的进行3D打印机喷头的封堵，不会产生拉丝现象。
更为具体地，参见附图11-15，滑片420的竖直段朝向喷头本体410中心线的侧面上的开设有呈竖直方向布置的引料凹槽；优选地，两个滑片420处于收缩状态时，设置于两个滑片420竖直段上的引料凹槽围合成一个截面为圆形的喷料口410c；其所要实现的目的以及优点在于，两个引料凹槽构成的截面为圆形的喷料口410c为最小的尺寸，其可以适应高精度的目标模型的打印，克服喷料口410c尺寸过大，不能适应高精度对象打印的问题。
更为完善地，参见附图11-13，两个滑片420的倾斜段之间的间隔在竖直方向上自下而上逐步的增大，且倾斜段上设置有沿其延伸方向设置有引料凹槽420；其目的在于，利用两个倾斜段之间间隔构成的漏斗形腔室便于聚料，当喷料口410c在伸展较大间隔时，漏斗形腔室可进一步的保证熔融状耗材完全填充于喷料口410c内，可避免产生气泡或断层。
更为具体地，参见附图11-14，喷头本体410上还设置有与聚料腔室410b接通并且用于向聚料腔室410b内注入熔融状耗材的连接段410a，连接段410a连接于熔融机构10的排料端。
更优地，上述的连接段410a与喷头本体410共轴线布置，喷头本体410与连接段410a排料端的连接处设有锥形槽，在竖直方向自下而上锥形槽的横向间隔逐步的收窄；其目的在于，锥形槽与两个滑片的倾斜段之间在竖直方向上自下而上逐步增大的间隔相对应，为了更好的对伸展状态下的喷料口410c进行熔融状耗材的填充，避免产生死角。
参见附图8-10，上述的拨动机构50包括安装于支撑体60并且可绕自身轴线转动的拨片510，拨片510的两端分别铰接有一个拨杆520，两个拨杆520的另一端分别铰接于安装于支撑体60并且可绕自身轴线转动的导向片530的一端，拨片510、导向片530、两个拨杆520构成四连杆机构，且两个拨杆520相互平行；拨片510连接于动力供应装置30的动力输出端，导向片530套接于喷头本体410的外部，动力供应装置30向拨片510提供的动力用于驱动拨片510沿顺时针方向以及沿逆时针方向发生偏摆；更优地，喷头本体410的中心处设置有与喷头本体410外壁相匹配的转向孔530a。当动力供应装置30驱动拨片510发生顺时针或者逆时针偏摆时，通过两个拨杆520进行动力的传递，可实现导向片530的同步偏摆。
参见附图8-13，滑片420偏离喷头本体410中心线的端侧设置有呈竖直方向布置的拨柱420b，导向片530上设置有与拨柱420b相匹配的圆弧导向槽530b，且导向槽530b与拨柱420b的匹配可推动滑片420沿开口槽的导向方向朝向喷头本体410中心线或者偏离喷头本体410中心线的方向运动。
更为优化地，导向片530的两侧分别设置有与拨柱420b相匹配的圆弧导向槽530b，且一对圆弧导向槽530b可推动一对滑片420沿开口槽的导向方向同步的朝向喷头本体410中心线或者偏离喷头本体410中心线的方向发生运动。当导向片530绕自身轴线发生顺时针或者逆时针偏转时，利用设置于导向片530的圆弧导向槽530b与拨柱420b的匹配提供的作用力，可实现一对滑片420沿开口槽的导向方向同步的朝向喷头本体410中心线或者偏离喷头本体410中心线的方向发生运动，从而实现喷料口410c的开口尺寸发生改变。
上述的熔融机构10上设置有用于耗材熔化的熔流通道，熔流通道的进料端设置有用于向熔融通道内输料的接线套20，熔融通道的排料端与设置于喷头本体410的连接段410a接通，并且熔融机构10上还设置有用于对熔流通道内的耗材提供熔化所需热能的加热元件110。更优地，接线套20上设置有用于降温的片状散热件，其目的为了降低接线套20内耗材的温度，避免接线套20内的耗材发生熔化或者软化。
参见附图4-8，上述的支撑体60上设置有用于安装拨片510的环槽a610，支撑体60上还设置有用于安装导向片530的环槽b620，环槽a610与拨片510的旋转中心共线，环槽b620与导向片530的旋转中心共线，上述的动力供应装置30的动力输出端连接于拨片510的中心处并且与拨片510的旋转中心共线。
参加附图5、6，支撑体60上还设置有接通环槽a610内腔、环槽b620内腔且用于拨杆520穿过的沟槽630。
参加附图6、7，环槽b620的中心处设置有用于连接段410a穿过并且与喷头本体410外壁相匹配的中心孔640，环槽b620上还设置有分别位于中心孔640两侧并且与中心孔640接通的定位缺口650，两个定位缺口650沿中心孔640的径向分布并且两个定位缺口650中心线的连线与环槽a610中心、环槽b620中心的连线相垂直，环槽b620上还设置有位于中心孔640两侧并且位于定位缺口650外侧的导向缺口660，导向缺口660与定位缺口650接通并且导向缺口660的中心线与定位缺口650的中心线共线，喷头本体410上设置有与定位缺口650相匹配的凸起块，滑片420与导向缺口660相匹配并且沿导向缺口660的导向方向沿中心孔640的径向运动。喷头本体410与一对定位缺口650的配合，约束了喷头本体410的位置且喷头本体410不能发生绕自身轴线的转动，导向缺口660可进一步的稳定滑片420的运动状态。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明；对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限定于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，其包括喷头本体，喷头本体内设置有用于聚集熔融状态耗材的聚料腔室，3D打印机喷头还包括两个分别滑动设置于喷头本体一侧的滑片，两个滑片设置成能够相对于喷头本体中心线向外伸展以及相对于喷头中心线向中心收窄，两个滑片在伸展状态和收缩状态之间进行切换时，可调整喷头本体的喷料端截面形状或者尺寸。
2.根据权利要求1所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，3D打印机喷头还包括拨动机构，拨动机构的动力输出端连接于滑片，并提供滑片在伸展状态和收缩状态之间进行切换的动力。
3.根据权利要求1或2所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，上述的两个滑片对称设置于喷头本体一侧，且两个滑片相对于喷头本体中心线同步向外伸展以及相对于喷头中心线同步向中心收窄。
4.根据权利要求3所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，滑片包括相互连接的水平段、竖直段，水平段与竖直段之间构成的开口方向偏离于喷头本体的中心线，两个滑片的竖直段朝向喷头本体的中心线的端面之间的间隔构成喷料口，两个滑片的水平段与喷头本体的内壁滑动接触，熔融状态的耗材注入至聚料腔室内并由喷料口挤出。
5.根据权利要求4所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，滑片还包括倾斜连接段，倾斜连接段设置于水平段、竖直段之间并且用于连接水平段、竖直段，两个滑片的倾斜连接段朝向喷头本体的中心线的端面之间的间隔、喷头本体内壁之间围合成与喷料口接通的汇料腔，熔融状态的耗材注入至汇料腔内并由喷料口挤出。
6.根据权利要求4所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，滑片的竖直段朝向喷头本体中心线的侧面上的开设有呈竖直方向布置的引料凹槽。
7.根据权利要求6所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，两个滑片处于收缩状态时，设置于两个滑片竖直段上的引料凹槽围合成一个截面为圆形的喷料口。
8.根据权利要求5所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，两个滑片的倾斜段之间的间隔在竖直方向上自下而上逐步的增大，喷头本体上还设置有与聚料腔室接通并且用于向聚料腔室内注入熔融状耗材的连接段，连接段连接于熔融机构的排料端；上述的连接段与喷头本体共轴线布置，喷头本体与连接段排料端的连接处设有锥形槽，在竖直方向自下而上锥形槽的横向间隔逐步的收窄。
9.根据权利要求1所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，喷头本体的两侧分别设置有一个与聚料腔室接通的开口槽，并且两个开口槽关于喷头本体中心线对称布置，分别设置于喷头本体一侧的滑片与开口槽滑动匹配，两个滑片在开口槽内滑动过程中可相对于喷头本体中心线向外伸展以及相对于喷头中心线向中心收窄。
10.根据权利要求9所述的打印截面可调整的3D打印机喷头，其特征在于，开口槽内设置有与滑片匹配并且用于导向滑片沿水平方向进行滑动的导槽，滑片上设置有与导槽相匹配的导向块；上述的导槽的形状为直角梯形，导向块的形状为与导槽相匹配的直角梯形，滑片的上表面与开口槽的上内壁滑动匹配，且直角梯形的高度边呈水平布置并且用于导向滑片在水平方向上的运动；喷头本体上还安装有位于开口槽的销钉，滑片上还设置有与销钉相匹配的滑槽，当滑片相对于喷头本体中心线向外伸展，且导槽与导向块与脱离时，销钉与滑槽进行匹配，且销钉与滑槽的槽底接触时，可约束滑片继续向外伸展。
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