CN108081433B - 一种陶瓷3d打印机喷嘴控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，涉及一种3D打印机。它解决了现有技术中打印材料结构单一的问题。本陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，包括出料嘴，所述出料嘴周向分布有数个齿轮，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在出料嘴上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹，所述伸缩管一端可活动的穿过出料嘴的管壁，所述伸缩管另一端与次级进料管联通，所述齿轮上方的出料嘴上转动的套有与所有齿轮配合的上齿圈。本发明利用可相对出料嘴径向伸缩调节的伸缩管将次级浆料与主进料管的浆料进行混合，从而使得打印出的浆料成为复合结构。

Description

一种陶瓷3D打印机喷嘴控制装置

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浆料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。

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，例如为了保证材料具有一定的定型作用，通常需要浆料具有一定的硬度或干度，而又需要浆料具有一定的湿度及粘性以便保证浆料之间的粘合，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打印机喷嘴控制装置，本陶瓷3D打印机喷嘴控制装置能够通过控制出料嘴的结构变化，从而控制打印出的浆料结构的变化，以便满足打印需求。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现： 一种陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，包括出料嘴移动控制机构，所述出料嘴移动控制机构包括固定臂，所述固定臂上滑动的配合有可沿固定臂移动的横移滑块，所述横移滑块上滑动的配合有与固定臂垂直的可相对横移滑块移动的纵移臂，所述纵移臂两端分别设置第一从动轮、第二从动轮，所述固定臂两端分别设置第一主动轮、第二主动轮，第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮通过传动带连接，第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮与传动带的内侧面配合，所述横移滑块上设置有配合在传动带外侧面的第一导轮、第二导轮、第三导轮、第四导轮，其中第一导轮、第二导轮位于纵移臂一侧，第三导轮、第四导轮位于纵移臂另一侧，第一从动轮或第二从动轮具有制动机构，以便使得第一从动轮或第二从动轮停止转动，在纵移臂上固定有出料嘴；所述出料嘴周向分布有数个齿轮，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在出料嘴上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹，所述伸缩管一端可活动的穿过出料嘴的管壁，所述伸缩管另一端与次级进料管联通，所述齿轮上方的出料嘴上转动的套有与所有齿轮配合的下齿圈，可由电机等机构控制下齿圈转动。每个次级进料管可以用于送入不同材质的浆料，出料嘴连接主进料管。

本陶瓷3D打印机喷嘴控制装置的工作原理是这样的：

第一主动轮、第二主动轮由电机驱动，通过第一主动轮、第二主动轮的转动及第一从动轮、第二从动轮的动止配合从而实现横移滑块或纵移臂的移动控制。使得通过两个位置固定的电机就可实现对出料嘴在平面内的移动，使得移动部件结构简化，重量轻。下齿圈转动驱动齿轮转动，在内螺纹的驱动下使得伸缩管相对于出料嘴的管壁做伸缩运动，使得伸缩管伸进料嘴内一定长度，当主进料管送入的浆料经过出料嘴的同时，通过伸缩管送入次级进料管的浆料，使得次级进料管的浆料被注入到主进料管浆料的内部，通过控制伸缩管进入出料嘴内腔的深度，从而控制次级进料管浆料注入到主进料管浆料的位置，例如次级进料管可以送入较硬材质的浆料，以便在较软的主进料管浆料内形成较硬的支撑，保证浆料具有一定的强度。也可以使得伸缩管的出料口贴近出料嘴内腔壁，从而使得次级进料管的浆料位于主进料管浆料的表面，这时次级进料管打印出来的可以是较粘性的浆料或胶体，以便于浆料之间粘合性更好。

进一步，所述出料嘴包括上下两段体，上段体用于连接主进料管，下段体为出料嘴端口，上下段体之间配合有可相对上下段体转动的环体，环体上端口可转动的配合在上段体的底端口上，环体下端口可转动的配合在下段体的上端口上，环体与上下两段体同轴，环体将上下两段体之间的间隙在径向上进行封闭，环体周向分布有数个齿轮，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在环体上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹，所述伸缩管一端可活动的穿过环体并从上下段体之间的缝隙插进出料嘴内腔，所述伸缩管另一端与次级进料管联通，所述上段体上转动的套有与齿轮配合的上齿圈，所述下段体上转动的套有与齿轮配合的下齿圈。

工作原理是这样的：上齿圈与下齿圈转向相反时会使得齿轮转动，从而使得伸缩管相对出料嘴在环体的径向伸缩；当上齿圈与下齿圈转向相同时会驱动齿轮及环体在出料嘴周向绕环体轴线转动，从而使得次级进料管出料口可相对主进料管的浆料在周向转动，从而使得次级进料管的浆料在主进料管的浆料上成螺旋状态分布，从而使得两种或多种材质结构复合的更好。

进一步，出料嘴端口为收缩端口，使得主次进料管复合在一起的浆料再进过一次挤压成型，使结构更加稳定。

进一步，所述伸缩管穿过环体的部分管体的管壁上从管口端沿轴向开有一段通槽口设置有。使得浆料从通槽口中排出成扁平状的条体，以便增大出料体的面积。

进一步，所述次级进料管为不同颜色浆料进料管，用于将浆料配置成具有艺术色彩的浆料，打印出独特的产品，满足美学需求。

与现有技术相比，本陶瓷3D打印机喷嘴控制装置具有以下优点：

本发明利用可相对出料嘴径向伸缩调节的伸缩管将次级浆料与主进料管的浆料进行混合，从而使得打印出的浆料成为复合结构，且可以灵活调节。结构简单，操作方便，成本低。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图

图2是图1的A—A截面示意图；

图3是图1的B—B截面示意图；

图4是实施例二的示意图；

图5是图4的A—A截面示意图；

图6是图4的B—B截面示意图；

图7是实施例二的伸缩管伸进出料嘴的送料示意图；

图8是实施例二的齿轮绕出料嘴周向转动的送料示意图；

图9是出料嘴移动控制机构的示意图；

图10是出料嘴移动控制机构的纵移臂向第一从动轮方向移动的示意图；

图11是出料嘴移动控制机构的纵移臂向第二从动轮方向移动的示意图；

图12是出料嘴移动控制机构的横移滑块向第一主动轮方向移动的示意图；

图13是出料嘴移动控制机构的横移滑块向第二主动轮方向移动的示意图。

图中，出料嘴1、主进料管101、上段体102、下段体103、齿轮2、伸缩管3、外螺纹301、通槽口302、次级进料管4、下齿圈5、环体6、上齿圈7、主进料管浆料8、次级进料管浆料9、固定臂10、第一从动轮11、第二从动轮22、第一主动轮33、第二主动轮44、第一导轮55、第二导轮66、第三导轮77、第四导轮88、横移滑块99、纵移臂100、传动带200、托盘300。

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9、10、11、12、13所示，一种陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，包括出料嘴移动控制机构，所述出料嘴移动控制机构包括固定臂10，所述固定臂上滑动的配合有可沿固定臂移动的横移滑块99，所述横移滑块上滑动的配合有与固定臂垂直的可相对横移滑块移动的纵移臂100，所述纵移臂两端分别设置第一从动轮11、第二从动轮22，所述固定臂两端分别设置第一主动轮33、第二主动轮44，第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮通过传动带连接，第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮与传动带200的内侧面配合，所述横移滑块上设置有配合在传动带外侧面的第一导轮55、第二导轮66、第三导轮77、第四导轮88，其中第一导轮、第二导轮位于纵移臂一侧，第三导轮、第四导轮位于纵移臂另一侧，第一从动轮或第二从动轮具有制动机构，以便使得第一从动轮或第二从动轮停止转动，在纵移臂上固定有出料嘴；

如图1、2、3所示，所述出料嘴1周向分布有数个齿轮2，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在出料嘴上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管3，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹301，所述伸缩管一端可活动的穿过出料嘴的管壁，所述伸缩管另一端与次级进料管4联通，所述齿轮上方的出料嘴上转动的套有与所有齿轮配合的下齿圈5，可由电机等机构控制下齿圈转动。每个次级进料管可以用于送入不同材质的浆料，出料嘴连接主进料管101。

本陶瓷3D打印机喷嘴控制装置的工作原理是这样的：第一主动轮、第二主动轮由电机驱动。如图10所示，当第一主动轮顺时针转动、第二主动轮逆时针转动时，使得横移滑块位置固定，使得纵移臂向第一从动轮方向移动；如图11所示，当第一主动轮逆时针转动、第二主动轮顺时针转动时，使得横移滑块位置固定，使得纵移臂向第二从动轮方向移动；如图12所示，使得第二从动轮停止转动，这时第一主动轮、第二主动轮均顺时针转动，使得横移滑块向第一主动轮方向移动，使得纵移臂相对横移滑块位置固定；如图13所示，使得第二从动轮停止转动，这时第一主动轮、第二主动轮均逆时针转动，使得横移滑块向第二主动轮方向移动，使得纵移臂相对横移滑块位置固定。通过第一主动轮、第二主动轮的转动及第一从动轮、第二从动轮的动止配合从而实现横移滑块或纵移臂的移动控制。使得通过两个位置固定的电机就可实现对出料嘴在平面内的移动。然后再配合拖着坯体的托盘300的上下移动即可实现对坯体的三维打印。

下齿圈转动驱动齿轮转动，在内螺纹的驱动下使得伸缩管相对于出料嘴的管壁做伸缩运动，使得伸缩管伸进料嘴内一定长度，当主进料管送入的浆料经过出料嘴的同时，通过伸缩管送入次级进料管的浆料，使得次级进料管的浆料被注入到主进料管浆料的内部，通过控制伸缩管进入出料嘴内腔的深度，从而控制次级进料管浆料注入到主进料管浆料的位置，例如次级进料管可以送入较硬材质的浆料，以便在较软的主进料管浆料8内形成较硬的支撑，保证浆料具有一定的强度。也可以使得伸缩管的出料口贴近出料嘴内腔壁，从而使得次级进料管浆料9位于主进料管浆料的表面，这时次级进料管打印出来的可以是较粘性的浆料或胶体，以便于浆料之间粘合性更好。

出料嘴端口为收缩端口，使得主次进料管复合在一起的浆料再进过一次挤压成型，使结构更加稳定。

所述伸缩管穿过环体的部分管体的管壁上从管口端沿轴向开有一段通槽口302设置有。使得浆料从通槽口中排出成扁平状的条体，以便增大出料体的面积。

实施例二

如图3、4、5所示，与实施例一不同的是，所述出料嘴包括上下两段体，上下两段体相对固定，上段体102用于连接主进料管，下段体103为出料嘴端口，上下段体之间配合有可相对上下段体转动的环体6，环体上端口可转动的配合在上段体的底端口上，环体下端口可转动的配合在下段体的上端口上，环体与上下两段体同轴，环体将上下两段体之间的间隙在径向上进行封闭，环体周向分布有数个齿轮，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在环体上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹，所述伸缩管一端可活动的穿过环体并从上下段体之间的缝隙插进出料嘴内腔，所述伸缩管另一端与次级进料管联通，所述上段体上转动的套有与齿轮配合的上齿圈7，所述下段体上转动的套有与齿轮配合的下齿圈5。上齿圈与下齿圈可由微型电机进行精确的控制转动，例如超声波电机。

工作原理是这样的：如图7所示，上齿圈与下齿圈转向相反时会使得齿轮转动，从而使得伸缩管相对出料嘴在环体的径向伸缩；如图8所示，当上齿圈与下齿圈转向相同时会驱动齿轮及环体在出料嘴周向绕环体轴线转动，从而使得次级进料管出料口可相对主进料管的浆料在周向转动，从而使得次级进料管的浆料在主进料管的浆料上成螺旋状态分布，从而使得两种或多种材质结构复合的更好。

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 (5)

1.一种陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，包括出料嘴移动控制机构，其特征在于，所述出料嘴移动控制机构包括固定臂，所述固定臂上滑动的配合有可沿固定臂移动的横移滑块，所述横移滑块上滑动的配合有与固定臂垂直的可相对横移滑块移动的纵移臂，所述纵移臂两端分别设置第一从动轮、第二从动轮，所述固定臂两端分别设置第一主动轮、第二主动轮，第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮通过传动带连接，第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮与传动带的内侧面配合，所述横移滑块上设置有配合在传动带外侧面的第一导轮、第二导轮、第三导轮、第四导轮，其中第一导轮、第二导轮位于纵移臂一侧，第三导轮、第四导轮位于纵移臂另一侧，第一从动轮或第二从动轮具有制动机构，在纵移臂上固定有出料嘴；所述出料嘴包括上下两段体，上段体用于连接主进料管，下段体为出料嘴端口，上下段体之间转动的配合有环体，环体上端口可转动的配合在上段体的底端口上，环体下端口可转动的配合在下段体的上端口上，环体与上下两段体同轴，环体将上下两段体之间的间隙在径向上进行封闭，环体周向分布有数个齿轮，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在环体上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹，所述伸缩管一端可活动的穿过环体并从上下段体之间的缝隙插进出料嘴内腔，所述伸缩管另一端与次级进料管联通，所述上段体上转动的套有与齿轮配合的上齿圈，所述下段体上转动的套有与齿轮配合的下齿圈。

2.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，其特征在于，所述出料嘴周向分布有数个齿轮，所述齿轮的轴为空心轴，所述齿轮轴一端可转动的配合在出料嘴上，另一端固定连接齿轮，所述齿轮轴内腔壁设置有内螺纹，所述齿轮轴内腔设置有伸缩管，伸缩管具有一段与内螺纹配合的外螺纹，所述伸缩管一端可活动的穿过出料嘴的管壁，所述伸缩管另一端与次级进料管联通，所述齿轮上方的出料嘴上转动的套有与所有齿轮配合的上齿圈。

3.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，其特征在于，出料嘴端口为收缩端口。

4.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，其特征在于，所述伸缩管穿过环体的部分管体的管壁上从管口端沿轴向开有一段通槽口。

5.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机喷嘴控制装置，其特征在于，所述次级进料管传送不同颜色的浆料。