CN107599396A - 3d打印机喷头单元及3d打印机 - Google Patents

Abstract

3D打印机喷头单元及3D打印机，涉及增材制造设备技术领域，所述3D打印机喷头单元包括内部设有热熔通道的发热座、柱形的定子、套在定子外部的转子以及用于驱动转子以定子为轴转动并可锁止转子位置的驱动装置，定子固定连接至发热座，在转子的内腔壁与定子的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封，定子中设有热胶流道，热胶流道的前端与热熔通道的末端相连，定子的外周面上开设有一个连通热胶流道的出胶盲孔，转子上环形间隔设置多个中空连接头，中空连接头上均可拆卸安装有喷头，喷头的出料口均与中空连接头的内腔相通，喷头的出料口大小均不相同，通过驱动装置驱动转子以定子为轴转动，可使所述多个中空连接头的内腔择一与出胶盲孔连通。

Description

3D打印机喷头单元及3D打印机

技术领域

本发明涉及增材制造设备技术领域，特别涉及一种3D打印机喷头单元及3D打印机。

背景技术

近年来，3D打印技术在越来越多的领域得到应用，常用的3D打印材料有尼龙、金属以及橡胶。

热塑性材料（例如尼龙）常被应用在熔融沉积式 (FDM）打印场合。尼龙丝（或者其他热塑性材料）通过进料单元（进料单元包括导料管、送丝齿轮及喉管）送入喷头单元中，喷头单元包括加热块及喷头，加热块内部设有热熔通道，该热熔通道与喷头相连，尼龙丝在热熔通道中受热变成熔融状态，进料单元的送丝齿轮不断将尼龙丝推送入热熔通道，从而使得热熔通道中已熔融的材料不断涌入喷头中，并从喷头的出料口往下排出，经喷头喷出的熔融材料逐层沉积，同时配合冷却风扇辅助冷却，最终得到立体的产品。

当前市售包含多个喷头的喷头单元主要用于实现多色打印（即实现在多种不同颜色的材料间切换打印），通过多喷头切换省去单喷头打印机在打印过程中停机拆换喷头的工作，由于涉及到喷头切换后与进料单元的衔接，这类喷头单元大多结构复杂，制造成本较高。实际上，若产品仅仅涉及两种或三种颜色，还不如先用单色打印完成，再在后期对产品表面上色来得方便、实惠。

鉴于熔融沉积打印的产品通常对精度要求不高，若能够通过一个精度较高（出料孔尺寸较小）的喷头先打印产品廓形，然后通过一个精度相对较低但出料量更大（出料孔尺寸较大）的喷头来填充内部，这对于打印速度的提高是非常明显的，相比多色切换打印更具现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种包括多喷头、可大幅提高熔融沉积打印速度的3D打印机喷头单元。进一步地，本发明还提供一种包含上述3D打印机喷头单元的3D打印机。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种3D打印机喷头单元，包括内部设有热熔通道的发热座、柱形的定子、套在所述定子外部的转子以及用于驱动所述转子以定子为轴转动并可锁止转子位置的驱动装置，所述定子固定连接至发热座，在所述转子的内腔壁与定子的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封，所述定子中设有热胶流道，所述热胶流道的前端与热熔通道的末端相连，所述定子的外周面上开设有一个连通热胶流道的出胶盲孔，所述转子上环形间隔设置多个中空连接头，所述中空连接头上均可拆卸安装有喷头，所述喷头的出料口均与中空连接头的内腔相通，所有喷头的出料口大小均不相同，通过所述驱动装置驱动转子以定子为轴转动，可使所述多个中空连接头的内腔择一与出胶盲孔连通。

进一步地，所述定子的外周面上还开设有一段出胶槽，所述出胶槽与出胶盲孔相通，通过所述驱动装置驱动转子以定子为轴转动，可使所述多个中空连接头的内腔择一与出胶槽直接连通。

其中，所述转子包括转子本体，所述转子本体的内腔中设有一个聚四氟乙烯耐磨套，所述聚四氟乙烯耐磨套紧贴住转子本体的腔壁并与转子本体固定连接，在所述聚四氟乙烯耐磨套的内腔壁与定子的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封。

优选的，所述转子上固定套设有齿圈，所述驱动装置包括齿轮及用于驱动该齿轮转动且带抱闸的电机，所述齿圈与齿轮啮合。

更优选的，所有喷头中均嵌设有发热部件，所述定子的外周面上设有两块用于给发热部件供电的导电极片，所述聚四氟乙烯耐磨套中嵌设有多组弹簧触头，每组弹簧触头对应与一个喷头中的发热部件电性连接，每组弹簧触头的数量为两个，当转动转子使某个中空连接头的内腔与出胶盲孔或出胶槽直接连通时，则该中空连接头上所安装喷头中的发热部件通过与其对应的弹簧触头分别与两块导电极片电性连接。

优选的，所述中空连接头等间距设置。

作为本发明的另一方面，一种3D打印机，其前述的3D打印机喷头单元。

在本发明提供的3D打印机喷头单元中，通过转子相对于定子转动来切换喷头，当中空连接头的内腔与出胶盲孔连通时，该中空连接头上安装的喷头工作，从出胶盲孔排出的熔融胶进入喷头中，再经喷头的出料口喷出，上述3D打印机喷头单元包括多个出料口大小不同的喷头，实际打印产品时，可以先用出料口较小的喷头（出料口较小的喷头打印精度较高）打印产品廓形，然后通过出料口尺寸较大的喷头（出料口尺寸较大的喷头精度相对较低，但出料量更大）来打印产品内部填充区域，从而可大幅提高打印速度，提高3D打印工作效率。

附图说明

图1为本发明中定子与转子的分解结构示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明中转子的内部结构示意图；

图中：

1——发热座 2——定子 3——转子

4——驱动装置 5——喷头 6——齿圈7——导电极片 8——弹簧触头 2a——热胶流道 2b——出胶盲孔 2c——出胶槽 3a——中空连接头

3b——转子本体 3c——聚四氟乙烯耐磨套 4a——齿轮

4b——电机。

具体实施方式

需要提前说明的是，在本发明的描述中，术语 “上”、“下”、 “左”、“右”、 “顶”、“底”、“内”、 “外”、 “前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于本领域技术人员理解本发明相对于现有技术的改进之处，下面结合实施例和附图来对本发明作进一步的说明。

图1-3示出了一种3D打印机喷头单元，其包括内部设有热熔通道的发热座1、柱形的定子2、套在定子2外部的转子3以及用于驱动转子3以定子2为轴转动并可锁止转子3位置的驱动装置4，定子2固定连接至发热座1，在转子3的内腔壁与定子2的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封，定子2中设有热胶流道2a，热胶流道2a的前端与热熔通道的末端相连，定子2的外周面上开设有一个连通热胶流道2a的出胶盲孔2b，转子3上环形间隔设置多个中空连接头3a，中空连接头3a上均可拆卸安装有喷头5，喷头5的出料口均与中空连接头3a的内腔相通，所有喷头5的出料口大小均不相同，通过驱动装置4驱动转子3以定子2为轴转动，可使多个中空连接头3a的内腔择一与出胶盲孔2b连通。

需要说明的是，上述实施例虽然未对驱动装置4的结构作具体描述，但是本领域技术人员应当明白，现有技术中存在多种可驱动转子3以定子2为轴转动的技术手段，例如可以采用连杆机构或链轮传动机构来驱动转子3转动。当然，实际应用时，也可以如图2所示，在转子3上固定套设一个齿圈6，前述驱动装置4包括齿轮4a及用于驱动该齿轮4a转动且带抱闸的电机4b，其中，齿圈6与齿轮4a啮合，该传动结构也可以实现驱动转子3转动并对转子3的位置进行锁止。

在上述实施例提供的3D打印机喷头单元中，通过转子3相对于定子2转动来切换喷头5，当中空连接头3a的内腔与出胶盲孔2b连通时，该中空连接头3a上安装的喷头5工作，从出胶盲孔2b排出的熔融胶进入喷头5中，再经喷头5的出料口喷出，上述3D打印机喷头单元包括多个出料口大小不同的喷头5，实际打印产品时，可以先用出料口较小的喷头5（出料口较小的喷头5打印精度较高）打印产品廓形，然后通过出料口尺寸较大的喷头5（出料口尺寸较大的喷头5精度相对较低，但出料量更大）来打印产品内部填充区域，从而可大幅提高打印速度，提高3D打印工作效率。

见图1所示，在上述实施例中，定子2的外周面上还开设有一段出胶槽2c，出胶槽2c与出胶盲孔2b相通，通过驱动装置4驱动转子3以定子2为轴转动，可使上述多个中空连接头3a的内腔择一与出胶槽2c直接连通。 在定子2的外周面上开设出胶槽2c后，可以实现喷头5在倾斜状态下打印作业，当喷头5倾斜打印时，中空连接头3a的内腔与出胶槽2c直接连通，从出胶盲孔2b排出的熔融胶先进入出胶槽2c中，再从出胶槽2c流入喷头5的内腔中，最后经喷头5的出料口喷出。在现有的3D打印设备中，喷头5倾斜设置的3D打印机通常会匹配输送带打印台，其常被用于打印超长的产品，理论上可以实现产品打印长度不受打印机工作台尺寸限制。

见图3所示，作为一种优选的结构，在以上实施例中，转子3包括转子本体3b，转子本体3b的内腔中设有一个聚四氟乙烯耐磨套3c，聚四氟乙烯耐磨套3c紧贴住转子本体3b的腔壁并与转子本体3b固定连接，在聚四氟乙烯耐磨套3c的内腔壁与定子2的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封。转子3采用转子本体3b与聚四氟乙烯耐磨套3c组合式结构并将聚四氟乙烯耐磨套3c设置在转子本体3b的内腔中可以带来以下好处：1、相比转子3及定子2接触面都是金属材质的情况，聚四氟乙烯耐磨套3c与定子2的外周面之间的动密封效果可以做得更好。2、聚四氟乙烯耐磨套3c不易与其他塑胶材质粘接到一起，能够更好地保障转子3顺滑转动。

参考图1和图3，作为优选的实施方案，在前述实施例的基础上，前述所有喷头5中均嵌设有发热部件（该发热部件在附图中未示出），在定子2的外周面上设有两块用于给发热部件供电的导电极片7，聚四氟乙烯耐磨套3c中嵌设有多组弹簧触头8，每组弹簧触头8对应与一个喷头5中的发热部件电性连接，每组弹簧触头8的数量为两个，当转动转子3使某个中空连接头3a的内腔与出胶盲孔2b或出胶槽2c直接连通时，则该中空连接头3a上所安装喷头5中的发热部件通过与其对应的弹簧触头8分别与两块导电极片7电性连接。在每个喷头5中均嵌设发热部件可以大幅提高喷头5中前次剩余残胶的熔融速度，缩短每次开机时的预热时间。此外，上述喷头5中嵌设的发热部件单独给该喷头5供热，这样也可以让喷头5内熔融态胶的温度更稳定，从而更好地保障打印质量。

见图1所示，前述中空连接头3a等间距设置。最后，本发明还提供一种3D打印机，其包括前述的3D打印机喷头单元。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (7)

1.3D打印机喷头单元，包括内部设有热熔通道的发热座（1），其特征在于：还包括柱形的定子（2）、套在所述定子（2）外部的转子（3）以及用于驱动所述转子（3）以定子（2）为轴转动并可锁止转子（3）位置的驱动装置（4），所述定子（2）固定连接至发热座（1），在所述转子（3）的内腔壁与定子（2）的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封，所述定子（2）中设有热胶流道（2a），所述热胶流道（2a）的前端与热熔通道的末端相连，所述定子（2）的外周面上开设有一个连通热胶流道（2a）的出胶盲孔（2b），所述转子（3）上环形间隔设置多个中空连接头（3a），所述中空连接头（3a）上均可拆卸安装有喷头（5），所述喷头（5）的出料口均与中空连接头（3a）的内腔相通，所有喷头（5）的出料口大小均不相同，通过所述驱动装置（4）驱动转子（3）以定子（2）为轴转动，可使所述多个中空连接头（3a）的内腔择一与出胶盲孔（2b）连通。

2.根据权利要求1所述的3D打印机喷头单元，其特征在于：所述定子（2）的外周面上还开设有一段出胶槽（2c），所述出胶槽（2c）与出胶盲孔（2b）相通，通过所述驱动装置（4）驱动转子（3）以定子（2）为轴转动，可使所述多个中空连接头（3a）的内腔择一与出胶槽（2c）直接连通。

3.根据权利要求2所述的3D打印机喷头单元，其特征在于：所述转子（3）包括转子本体（3b），所述转子本体（3b）的内腔中设有一个聚四氟乙烯耐磨套（3c），所述聚四氟乙烯耐磨套（3c）紧贴住转子本体（3b）的腔壁并与转子本体（3b）固定连接，在所述聚四氟乙烯耐磨套（3c）的内腔壁与定子（2）的外周面之间形成可防止熔融胶料泄漏的动密封。

4.根据权利要求1所述的3D打印机喷头单元，其特征在于：所述转子（3）上固定套设有齿圈（6），所述驱动装置（4）包括齿轮（4a）及用于驱动该齿轮（4a）转动且带抱闸的电机（4b），所述齿圈（6）与齿轮（4a）啮合。

5.根据权利要求3所述的3D打印机喷头单元，其特征在于：所有喷头（5）中均嵌设有发热部件，所述定子（2）的外周面上设有两块用于给发热部件供电的导电极片（7），所述聚四氟乙烯耐磨套（3c）中嵌设有多组弹簧触头（8），每组弹簧触头（8）对应与一个喷头（5）中的发热部件电性连接，每组弹簧触头（8）的数量为两个，当转动转子（3）使某个中空连接头（3a）的内腔与出胶盲孔（2b）或出胶槽（2c）直接连通时，则该中空连接头（3a）上所安装喷头（5）中的发热部件通过与其对应的弹簧触头（8）分别与两块导电极片（7）电性连接。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的3D打印机喷头单元，其特征在于：所述中空连接头（3a）等间距设置。

7.3D打印机，其特征在于：包括权利要求1-6中任意一项所述的3D打印机喷头单元。