CN107671981B - 一种陶瓷3d打印机喷嘴多级控制机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构及控制方法，涉及一种3D打印设备。它解决了现有技术中打印的材质单一的问题。本陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构及控制方法，包括出料嘴，所述出料嘴包括依次逐级嵌套连接的锥形套管，最外层的锥形套管的底端口具有封口端面；所述封口端面上对应每两个套管之间的间隙联通有进料管，所述封口端面上设置有与每个锥形套管的底端口沿配合的凹槽，所述封口端面上设置有电磁铁；在出料嘴内腔设置有伸缩杆，所述伸缩杆包括外管和可相对外管伸缩的内杆。本发明利用可变形的出料嘴结构可以方便调节出料嘴孔径的大小，可变形的出料嘴结构可以实现不同材质的复合打印或方便的切换不同的材料进行打印。

Description

一种陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构及控制方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D 打印机部件，特别是一种陶瓷材料为主的3D 打印机出料控制装置。

背景技术

3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，本质是采用积分法制造三维实体，在成型过程中，先用三维造型软件在计算机生成部件的三维实体模型，而后用分层软件对其进行分层处理，即将三维模型分成一系列的层，将每一层的信息传送到成型机，通过液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。

陶瓷材料具有优良高温性能、高强度、高硬度、低密度、好的化学稳定性，使用其在航天航空、汽车、生物等行业得到广泛应用。而陶瓷难以成型的特点又限制了它的使用，尤其是复杂陶瓷制件的成型均借助于复杂模具来实现。复杂模具需要较高的加工成本和较长的开发周期，而且，模具加工完毕后，就无法对其进行修改，这种状况越来越不适应产品的改进即更新换代。采用快速成型技术制备陶瓷制件可以克服上述缺点。陶瓷3D打印的方法很多，但对于陶瓷艺术品等的最简单经济的打印方法是采用陶泥堆积的方法打印出坯体，然后再进行烧结，即将用于成型坯体的陶泥从打印机出料嘴挤出，在挤出的同时控制出料嘴移动从而打印出所需的形状。

但是现有的陶瓷3D 打印机的出料嘴的口径通常为固定的大小，不能够根据需要调节出料量，例如当打印结构较精细的坯体时需要有较细口径的出料嘴，而较粗糙的坯体时则可以用较粗口径的出料嘴，这样可以提高速度。另外，现有的技术通常只能打印一种材质的材料不能打印复合材料的的陶瓷，这里所说的复合材料是指从打印机出料嘴挤压出来的条形的陶泥不同部位具有不同的材质，例如从挤压出来的条形的陶泥的内芯部与外表面的材质不同，以便于满足不同的打印需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构及控制方法，本陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构及控制方法可以方便调节出料嘴孔径的大小，可以打印出的陶泥具有不同材质构造。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现： 一种陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，包括出料嘴，所述出料嘴包括依次逐级嵌套连接的锥形套管，最外层的锥形套管的底端口具有封口端面，将锥形套管的底端口封闭住；所述封口端面上设置有电磁铁，用于将锥形套管底端部吸附在封口端面上；所述封口端面上对应每两个套管之间的间隙联通有进料管，所述封口端面上设置有与每个锥形套管的底端口沿配合的凹槽，以便锥形套管在封口端面上的定位；在出料嘴内腔设置有伸缩杆，所述伸缩杆包括外管和可相对外管伸缩的内杆，所述外管与内杆的端部均铰链连接一个杆体的一端，与外管及内杆铰链连接的两个杆体的另一端彼此铰链连接，所述外管由伸缩机构控制相对于出料嘴运动。

陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构的控制方法为：当内杆相对于外管伸缩时使得铰链连接的杆体变形,使得铰链连接处在套管的径向做伸缩运动，类似于涨起或收缩的运动，使得杆体可以缩进锥形套管继而卡在锥形套管内，便于将锥形套管顶出，使其脱离封口端面电磁力的吸引,或者从锥形套管顶端口伸出，然后杆体膨胀卡在锥形套管顶端口，以便于将锥形套管拉回，通过控制锥形套管的组合伸出及缩回，从而控制出料口径的大小，继而控制料体的粗细，不同套管之间的进料管可以用于送入不同材质的泥料。

进一步，所述锥形套管的底端口设置有朝向锥形套管内腔的凸缘，所述凸缘的内侧口径与嵌套在该凸缘所在锥形套管内的锥形套管的底端口外边缘的口径相当，所述凸缘内侧形成有对嵌套在该凸缘所在锥形套管内的锥形套管的导向斜面，使得所有的锥形套管底端口均缩回到最外层的锥形套管的封口端面时，所有的锥形套管同轴；

进一步，所述进料管包括与中间的最小的锥形套管底端口对应的主进料管，以及与其余每个可活动的锥形套管底端口边缘对应设置的次级进料管，不同进料管与不同材料的给料装置联通时，用于送入不同的材质的陶泥，使得不同材质的陶泥从不同的锥形套管中挤出，使得挤出的泥的内外层的材质不同。

使用时，向次级进料管输入泥料，在泥料的压力下会使得该次级进料管所对应的锥形套管克服电磁铁的吸引力而从封口端面上脱离，从而使其成伸出的状态。可以有选择的将几个锥形套管缩回，将几个锥形套管伸出，从而形成具有多个同轴孔的出料嘴，从不同的孔中挤出不同的材料，从而实现不同材质的复合打印或方便的切换不同的材料进行打印。需要使得锥形套管缩回使只要顶一下锥形套管，就能将锥形套管顶回到封口端面。在需要使得锥形套管伸出时，可以减小电磁铁的磁力，使得其对锥形套管的吸力减弱，当锥形套管伸脱离封口端面后再增加电磁铁的吸力，在需要使得锥形套管缩回时可加大磁力。

进一步，主进料管联通的给料装置为硬质陶泥给料装置，最外层的次级进料管联通的给料装置为软质粘性陶泥给料装置。从而打印出的泥条具有粘性的表面和一定强度的内芯，这样可以使得打印出的泥料相互之间更容易粘合牢固，使得打印出来的坯体支撑性能跟好，有效防止被自身的重量压垮。

进一步，所述进料管包括与中间的最小的锥形套管底端口对应的主进料管，以及与其余每个可活动的锥形套管底端口边缘对应设置的次级进料管，不同进料管与不同材料的给料装置联通。

进一步，所述锥形套管由内向外的高度依次减小。

与现有技术相比，本陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构及控制方法具有以下优点：

本发明利用可变形的出料嘴结构可以方便调节出料嘴孔径的大小，可以实现不同材质的复合打印或方便的切换不同的材料进行打印，结构简单，操作方便，成本低，可大大提高效率。

附图说明

图1是实施例一的所有锥形套管均处于收缩状态的示意图；

图2是实施例一的第三锥形套管处于伸出状态的示意图；

图3是实施例一的第二锥形套管、第三锥形套管处于伸出状态的；

图4是实施例一的第一锥形套管、第二锥形套管、第三锥形套管处于伸出状态的；

图5是实施例一的第一锥形套管、第三锥形套管处于伸出状态的示意图；

图6是实施例二的示意图；

图7是实施例三的所有锥形套管均处于收缩状态的示意图；

图8是实施例三的第一锥形套管处于伸出状态的示意图；

图9是实施例三的第二锥形套管处于伸出状态的示意图；

图10是实施例三的第三锥形套管处于伸出状态的示意图；

图11是实施例三的第二锥形套管、第三锥形套管处于伸出状态的示意图；

图12是实施例三的第一锥形套管，第二锥形套管处于伸出状态的示意图；

图13是实施例三的第一锥形套管、第三锥形套管处于伸出状态的示意图。

图中，第一级进料管1、第二级进料管2、第三级进料管3、主进料管4、第一锥形套管11，第二锥形套管22、第三锥形套管33、第四锥形套管44、封口端面441、凹槽4410、电磁铁5、外管6、内杆7、杆体8、伸缩铰链9。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1至5所示，一种陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，包括出料嘴，所述出料嘴包括依次逐级嵌套连接的锥形套管，最外层的锥形套管的底端口具有封口端面441，将锥形套管的底端口封闭住；所述封口端面上设置有电磁铁5，用于将锥形套管底端部吸附在封口端面上；所述封口端面上对应每两个套管之间的间隙联通有进料管，所述封口端面上设置有与每个锥形套管的底端口沿配合的凹槽4410，以便锥形套管在封口端面上的定位；在出料嘴内腔设置有伸缩杆，所述伸缩杆包括外管6和可相对外管伸缩的内杆7，所述外管与内杆的端部均铰链连接一个杆体的一端，与外管及内杆铰链连接的两个杆体的另一端彼此铰链连接，所述外管由伸缩机构控制相对于出料嘴运动；当内杆相对于外管伸缩时使得铰链连接的杆体变形,使得铰链连接处在套管的径向做伸缩运动，该处的铰链连接处定义为伸缩铰链9，类似于涨起或收缩的运动，使得杆体可以缩进锥形套管继而卡在锥形套管内，便于将锥形套管顶出，使其脱离封口端面电磁力的吸引,或者从锥形套管顶端口伸出，然后杆体膨胀卡在锥形套管顶端口，以便于将锥形套管拉回。所述伸缩运动的控制可以用直线电机等机构。

通过控制锥形套管的组合伸出，从而控制出料口径的大小，配合开启不同的送料管送料，从而控制料体的粗细，如图2、3、4所示；或不同套管之间的进料管可以用于送入不同材质的泥料，如图5所示。

进一步，所述封口端面与打印机的控制臂端部连接，从而实现控制臂对整个出料嘴的移动。

为便于图中说明，由内向外的的锥形套管分别定义为第一锥形套管11，第二锥形套管22、第三锥形套管33、第四锥形套管44，对应的次级进料管依次定义为第一级进料管1、第二级进料管2、第三级进料管3。

实施例二

如图6所示，与上述实施例不同的是，所述锥形套管由内向外的高度依次减小。这样可以方便控制某个锥形套管移动，而不影响别的锥形套管。

实施例三

如图7至13所示、与上述实施例不同的是，所述锥形套管截面为圆形，即圆锥形套管，所述锥形套管的底端口设置有朝向锥形套管内腔的凸缘，所述凸缘的内侧口径与嵌套在该凸缘所在锥形套管内的锥形套管的底端口外边缘的口径相当，所述凸缘内侧形成有对嵌套在该凸缘所在锥形套管内的锥形套管的导向斜面，使得所有的锥形套管底端口均缩回到最外层的锥形套管的封口端面时，所有的锥形套管同轴；所述封口端面上联通有进料管；所述进料管包括与中间的最小的锥形套管底端口对应的主进料管4,即原来伸缩杆的位置设置成主进料管，以及与其余每个可活动的锥形套管底端口边缘对应设置的次级进料管，不同进料管与不同材料的给料装置联通，用于送入不同的材质的陶泥，使得不同材质的陶泥从不同的锥形套管中挤出，使得挤出的泥的内外层的材质不同。

所述锥形套管可为偶数个，本实施例为四个，所述锥形套管的高度相同。最外层的锥形套管可以作为固定套管，连接移动端部。

使用时，向次级进料管输入泥料，在泥料的压力下会使得该次级进料管所对应的锥形套管克服电磁铁的吸引力而从封口端面上脱离，从而使其成伸出的状态。可以有选择的将几个锥形套管缩回，将几个锥形套管伸出，从而形成具有多个同轴孔的出料嘴，从不同的孔中挤出不同的材料，从而实现不同材质的复合打印或方便的切换不同的材料进行打印。需要使得锥形套管缩回使只要顶一下锥形套管，就能将锥形套管顶回到封口端面。在需要使得锥形套管伸出时，可以减小电磁铁的磁力，使得其对锥形套管的吸力减弱，当锥形套管伸脱离封口端面后再增加电磁铁的吸力，在需要使得锥形套管缩回时可加大磁力。

例如如图13所示，主进料管联通的给料装置为硬质陶泥给料装置，第三级进料管3联通的给料装置为软质粘性陶泥给料装置，使得硬质陶泥从第一锥形套管、第二锥形套管中流出，软质粘性陶泥从第三锥形套管与第四锥形套管中流出，从而打印出的泥条具有粘性的表面和一定强度的内芯，这样可以使得打印出的泥料相互之间更容易粘合牢固，使得打印出来的坯体支撑性能跟好，有效防止被自身的重量压垮。

尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，包括出料嘴，其特征在于，所述出料嘴包括依次逐级嵌套连接的锥形套管，最外层的锥形套管的底端口具有封口端面；所述封口端面上对应每个锥形套管之间的间隙联通有进料管，所述封口端面上设置有与每个锥形套管的底端口沿配合的凹槽，所述封口端面上设置有电磁铁；在出料嘴内腔设置有伸缩杆，所述伸缩杆包括外管和可相对外管伸缩的内杆，所述外管与内杆的端部均铰链连接一个杆体的一端，与外管及内杆铰链连接的两个杆体的另一端彼此铰链连接，所述外管由伸缩机构控制相对于出料嘴运动。

2.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，其特征在于，外管与内杆的端部周向至少铰链连接两个杆体，所述杆体轴对称分布。

3.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，其特征在于，所述锥形套管的底端口设置有朝向锥形套管内腔的凸缘，所述凸缘的内侧口径与嵌套在该凸缘所在锥形套管内的锥形套管的底端口外边缘的口径相当，所述凸缘内侧形成有对嵌套在该凸缘所在锥形套管内的锥形套管的导向斜面。

4.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，其特征在于，所述进料管包括与中间的最小的锥形套管底端口对应的主进料管，以及与其余每个可活动的锥形套管底端口边缘对应设置的次级进料管，不同进料管与不同材料的给料装置联通。

5.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构，其特征在于，所述锥形套管由内向外的高度依次减小。

6.一种根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构的控制方法，其特征在于，当内杆相对于外管伸缩时使得铰链连接的杆体变形,使得铰链连接处在套管的径向做伸缩运动，类似于涨起或收缩的运动，使得杆体可以缩进锥形套管继而卡在锥形套管内，便于将锥形套管顶出，使其脱离封口端面电磁力的吸引,或者从锥形套管顶端口伸出，然后杆体膨胀卡在锥形套管顶端口，以便于将锥形套管拉回，通过控制锥形套管的组合伸出及缩回，从而控制出料口径的大小，继而控制料体的粗细，不同锥形套管之间的进料管可以用于送入不同材质的泥料。

7.一种根据权利要求4所述的陶瓷3D打印机喷嘴多级控制机构的控制方法，其特征在于，向次级进料管输入泥料，在泥料的压力下会使得该次级进料管所对应的锥形套管克服电磁铁的吸引力而从封口端面上脱离，从而使其成伸出的状态；可以有选择的将几个锥形套管缩回，将几个锥形套管伸出，从而形成具有多个同轴孔的出料嘴，从不同的孔中挤出不同的材料，从而实现不同材质的复合打印或方便的切换不同的材料进行打印； 需要使得锥形套管缩回时只要顶一下锥形套管，就能将锥形套管顶回到封口端面；在需要使得锥形套管伸出时，减小电磁铁的磁力，使得其对锥形套管的吸力减弱，当锥形套管伸脱离封口端面后再增加电磁铁的吸力，在需要使得锥形套管缩回时加大磁力。