CN107791360A - 一种复合型陶瓷3d打印机出料控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，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。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；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，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。本发明利用可变形的出料嘴结构实现打印出的材料的内外材质属性不同或同时加快打印出的浆料周围的气流流动，加快水分的蒸发固化。

Description

一种复合型陶瓷3D打印机出料控制装置

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D打印机，特别是一种陶瓷材料为主的3D打印机。

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，也叫做直写自由成型技术，将陶瓷制备成具有固化特性的陶瓷悬浮液，计算机控制的Z轴上的浆料输送装置在X-Y平面内移动，同时从针头挤出陶瓷悬浮液，其在pH值、光照、热辐射等固化因素作用下实现固化，逐层堆积形成陶瓷零件毛坯。

优点是：无需加热，同时无需紫外光和激光的辐射，在常温下成型；可配置高固含量的均匀稳定的陶瓷悬浮液，烧结后获得高致密化的烧结体。

缺点是：如果材料是水基陶瓷悬浮液，则虽然材料容易配置，但由于材料之间的粘结性差，固化成型速度慢，短时间内堆积大量的材料会压垮坯体，特别是不宜打印细长的悬臂式结构，例如人物模型伸开的手臂等；如果是有机物基陶瓷浆料，则虽然稳定性高，保存周期长，但需增加低温排胶过程，延长生产周期，提高了制造成本。

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。

另外，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。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种复合型陶瓷3D打印机出料控制装置 ，本复合型陶瓷3D打印机出料控制装置 可以加快材料的固化。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现： 一种复合型陶瓷3D打印机出料控制装置 ，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，由内向外依次为第一锥形套管、第二锥形套管、第三锥形套管、第四锥形套管，第四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；所述封口端面上联通有进料管；所述进料管包括与每个可活动的第一锥形套管、第二锥形套管、第三锥形套管底端口边缘对应设置的第一级进料管、第二级进料管、第三级进料管，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；第四锥形套管固定连接在控制出料嘴移动的机构上；第一锥形套管的管壁上设置有半导体制冷片，其中半导体制冷片的制冷端位于锥形套管的外壁上，半导体制冷片的散热端位于锥形套管的内壁上，半导体制冷片的控制导线穿过封口端面与控制电路连接；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，使得铰链杆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。

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。

当水基陶瓷浆料（即泥料）从第一锥形套管中经过时，给半导体制冷片通电，使得第一锥形套管内腔制冷，从而使得挤压出来的泥料表面温度降低增加泥料的粘性，使泥料的形状得到更好的固化。

可以向次级进料管输入泥料或压缩气体，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。例如，使得第二锥形套管伸出，通过第二锥形套管向第二锥形套管打入粘性较高的机物基陶瓷浆料，而从第一锥形套管挤出水基陶瓷浆料，这样的双层材料即有机物基陶瓷浆料便于固化粘结的优点，又有水基陶瓷浆料材质的特点，另外这时第一锥形套管上的半导体制冷片通电后，第一锥形套管的内壁降温外壁升温，这样可以使得打印出的材料的外层温度高便于粘结，内侧温度低，便于固化成型。或者使得第一锥形套管、第三锥形套管伸出，使得第三级进料管打入机物基陶瓷浆料。

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，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。

进一步，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。

进一步，第三个锥形套管的管壁上设置有半导体制冷片，其中半导体制冷片的制冷端位于锥形套管的外壁上，半导体制冷片的散热端位于锥形套管的内壁上。当第三个锥形套管内有打印浆料通过时，第三个锥形套管半导体制冷片通电，使得内的经过的浆料被加热，这时第一锥形套管中打印出冷却的浆料，从而形成内冷外热的浆料，内部冷却的浆料粘性大便于起到支撑作用，外层的温度高粘性高便于粘结，从而便于将形状固定，较热的外层也利于失去水分蒸发定型。

进一步，其中第二级进料管与供气装置联通，使得当从第一锥形套管中打印出浆料的同时，周围气流流动加强，从而加快浆料水分蒸发固化，最好是热气流。

进一步，其中第三级进料管与供气装置联通，使得当从第二锥形套管中打印出浆料的同时，周围气流流动加强，从而加快浆料水分蒸发固化。

进一步，第一级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。

与现有技术相比，本复合型陶瓷3D打印机出料控制装置 具有以下优点：

本发明利用可变形的出料嘴结构实现打印出的材料的内外层温度或材质属性或同时加快打印出的浆料周围的气流流动，加快水分的蒸发固化，打印出复合材料的浆料，结构简单，操作方便，成本低。

附图说明

图1是所有锥形套管均处于收缩状态的示意图；

图2是第二锥形套管处于伸出状态的示意图；

图3是第一锥形套管、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、伸缩机构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、电磁铁5、外管6、内杆7、杆体8、伸缩铰链9、半导体制冷片10。

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、2、3所示，一种复合型陶瓷3D打印机出料控制装置 ，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，由内向外依次为第一锥形套管11、第二锥形套管22、第三锥形套管33、第 四锥形套管44，第四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；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；所述进料管包括与每个可活动的第一锥形套管、第二锥形套管、第三锥形套管底端口边缘对应设置的第一级进料管1、第二级进料管2、第三级进料管3，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；第四锥形套管固定连接在控制出料嘴移动的机构上；第一锥形套管的管壁上设置有半导体制冷片10，其中半导体制冷片的制冷端位于锥形套管的外壁上，半导体制冷片的散热端位于锥形套管的内壁上，半导体制冷片的控制导线穿过封口端面与控制电路连接；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8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4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，使得铰链杆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。

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。

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；或不同套管之间的进料管可以用于送入不同材质的泥料。

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。

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。

当水基陶瓷浆料（即泥料）从第一锥形套管中经过时，给半导体制冷片通电，使得第一锥形套管内腔制冷，从而使得挤压出来的泥料表面温度降低增加泥料的粘性，使泥料的形状得到更好的固化。

可以向次级进料管输入泥料或压缩气体，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。例如，如图2所示，使得第二锥形套管伸出，通过第二锥形套管向第二锥形套管打入粘性较高的机物基陶瓷浆料，而从第一锥形套管挤出水基陶瓷浆料，这样的双层材料即有机物基陶瓷浆料便于固化粘结的优点，又有水基陶瓷浆料材质的特点，另外这时第一锥形套管上的半导体制冷片通电后，第一锥形套管的内壁降温外壁升温，这样可以使得打印出的材料的外层温度高便于粘结，内侧温度低，便于固化成型。或者如图3所示，使得第一锥形套管、第三锥形套管伸出，使得第三级进料管打入机物基陶瓷浆料。

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，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，对应每个锥形套管设置有与锥形套管顶端口口径大小相同的顶圈。用不同的顶圈顶推在与其对应大小的锥形套管顶端口上，可将该锥形套管顶推回到封口端面上。

实施例二

与上述实施例不同的是，第三个锥形套管的管壁上设置有半导体制冷片，其中半导体制冷片的制冷端位于锥形套管的外壁上，半导体制冷片的散热端位于锥形套管的内壁上。如图2或3所示，当第三个锥形套管内有打印浆料通过时，第三个锥形套管半导体制冷片通电，使得内的经过的浆料被加热，这时第一锥形套管中打印出冷却的浆料，从而形成内冷外热的浆料，内部冷却的浆料粘性大便于起到支撑作用，外层的温度高粘性高便于粘结，从而便于将形状固定，较热的外层也利于失去水分蒸发定型。

实施例三

如图2所示，其中第二级进料管与供气装置联通，使得当从第一锥形套管中打印出浆料的同时，第二锥形套管伸出，气流通过第二锥形套管流出，从而使得第一锥形套管中打印出的浆料周围气流流动加强，从而加快浆料水分蒸发固化，最好是热气流。

或如图3所示，进一步，其中第三级进料管与供气装置联通，使得当从第二锥形套管中打印出浆料的同时，周围气流流动加强，从而加快浆料水分蒸发固化。

实施例四

例如如图3所示，第一级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 (6)

1.一种复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，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，由内向外依次为第一锥形套管、第二锥形套管、第三锥形套管、第四锥形套管，第四锥形套管的底端口具有封口端面；所述封口端面上联通有进料管；所述进料管包括与每个可活动的第一锥形套管、第二锥形套管、第三锥形套管底端口边缘对应设置的第一级进料管、第二级进料管、第三级进料管，所述封口端面上设置有电磁铁；第四锥形套管固定连接在控制出料嘴移动的机构上。

2.根据权利要求1所述的复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，其特征在于，第一锥形套管的管壁上设置有半导体制冷片，其中半导体制冷片的制冷端位于锥形套管的内壁上，半导体制冷片的散热端位于锥形套管的外壁上，半导体制冷片的控制导线穿过封口端面与控制电路连接；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。

3.根据权利要求1所述的复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，其特征在于，第三个锥形套管的管壁上设置有半导体制冷片，其中半导体制冷片的制冷端位于锥形套管的外壁上，半导体制冷片的散热端位于锥形套管的内壁上。

4.根据权利要求1所述的复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，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。

5.根据权利要求1所述的复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，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。

6.根据权利要求1所述的复合型陶瓷3D打印机出料控制装置，其特征在于，所述锥形套管由内向外的高度依次减小。