CN108437466A - 应用于增材制造流量自动变径的3d打印挤出头 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头，包括支撑主体，支撑主体上设置有用于贮存打印耗材的贮料管，支撑主体下端连接有喷头，喷头包括用于输送耗材并且与贮料管共轴线布置的引料管，引料管与贮料管滑动套接并且引料管可沿自身轴线滑动，支撑主体内设置有热源并且热源可将由贮料管输送至引料管内的耗材加热至熔融态，喷头可将由引料管输送的熔融态耗材挤压至打印工作面，喷头还包括挤出口外壁、流量控制体，流量控制体与挤出口外壁的内壁可随挤出量的变化处于配合或脱离状态，并调节挤出口外壁的挤出口径。

Description

应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头
本发明是申请日为2017年07月27日，申请号为：2017106258241，发明名称为“一种流量自动变径3D打印挤出头”的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种增材制造器械，具体涉及应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头。
背景技术
3D打印技术为人类生活带来极大的便利，3D打印技术在食品、建筑、医学方面有着广泛的应用，其对复杂工件的制造具有巨大的优势，3D打印机可通过与计算机、机床的配合对复杂的工件进行制造并且与传统制造工艺相比较其制造时间短、制造成本低、制造精度高。
现有的3D打印挤出头在打印工件过程中，挤出口的挤出半径为固定不变的，当打印工件需要更大的挤出量与挤出半径时，现有的挤出口无法根据工件的需要改变其挤出量与挤出半径。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的提供一种打印过程中挤出半径可切换的3D打印机挤出头，并且本发明具有根据挤出量自动切换挤出半径的功能。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。
应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头，包括支撑主体，其特征在于，支撑主体上设置有用于贮存打印耗材的贮料管，支撑主体下端连接有喷头，喷头包括用于输送耗材并且与贮料管共轴线布置的引料管，引料管与贮料管滑动套接并且引料管可沿自身轴线滑动，支撑主体内设置有热源并且热源可将由贮料管输送至引料管内的耗材加热至熔融态，喷头可将由引料管输送的熔融态耗材挤压至打印工作面，喷头还包括挤出口外壁、流量控制体，流量控制体与挤出口外壁的内壁可随挤出量的变化处于配合或脱离状态，并调节挤出口外壁的挤出口径；
挤出口外壁、流量控制体分别呈圆台状并且挤出口外壁靠近贮料管一侧同轴设置有柱状外壁、流量控制体靠近贮料管一侧同轴设置有柱状块，挤出口外壁的柱状外壁与流量控制体的柱状块密封匹配并且挤出口外壁的母线与流量控制体的母线平行，挤出口外壁设置有空腔并且空腔可收纳流量控制体，挤出口外壁的底部设置有挤出口并且挤出口与流量控制体的底面匹配，流量控制体与引料管的排料端固定连接，流量控制体同轴套接于挤出口外壁的内壁并且流量控制体可沿自身轴线靠近或远离挤出口外壁，流量控制体上设置有若干导料孔，所述导料孔包括第一导料孔、第二导料孔，第一导料孔同轴设置于流量控制体的底部并且第一导料孔与引料管连通，第一导料孔的直径小于挤出口外壁的挤出口半径，第二导料孔沿流量控制体的周向设置并且第二导料孔的轴线垂直于流量控制体的侧面且第二导料孔与引料管连通；
流量控制体与螺纹连接件之间设置有使流量控制体与螺纹连接件相互远离的弹簧；
流量控制体靠近螺纹连接件一侧设置有环形限位槽并且环形限位槽可收纳弹簧。
上述技术方案的进一步改进。
第二导料孔沿流量控制体周向均匀间隔分布并且相邻第二导料孔安装高度相同。
上述技术方案的进一步改进。
贮料管与引料管的连接处设置有环形热障。
一种流量自动变径3D打印挤出方法，其步骤包括：
S1.接通电源，支撑主体内的热源将位于引料管内的耗材加热至熔融态，熔融态耗材沿引料管的轴线向流量控制体方向流动；
S2.第一状态下，挤出口外壁的内壁与流量控制体密封匹配，由于挤出口外壁、流量控制体分别呈圆台状并且挤出口外壁靠近贮料管一侧同轴设置有柱状外壁、流量控制体靠近贮料管一侧同轴设置有柱状块，挤出口外壁的柱状外壁与流量控制体的柱状块密封匹配并且挤出口外壁的母线与流量控制体的母线平行，挤出口外壁设置有空腔并且空腔可收纳流量控制体，挤出口外壁的底部设置有挤出口并且挤出口与流量控制体的底面匹配，流量控制体与引料管的排料端固定连接，流量控制体同轴套接于挤出口外壁的内壁并且流量控制体可沿自身轴线靠近或远离挤出口外壁，流量控制体上设置有若干导料孔，所述导料孔包括第一导料孔、第二导料孔，第一导料孔同轴设置于流量控制体的底部并且第一导料孔与引料管连通，第一导料孔的直径小于挤出口外壁的挤出口半径，第二导料孔沿流量控制体的周向设置并且第二导料孔的轴线垂直于流量控制体的侧面且第二导料孔与引料管连通；此时，熔融态耗材对流量控制侧面施加指向流量控制体轴线的压力在竖直方向的分力小于流量控制体自身重力，熔融态耗材从引料管排出后由第一导料孔挤出至打印工作面；
S3.当工件所需打印精度降低、挤出量提高时，贮料管挤出耗材的挤出压力增大，引料管内运输的熔融态耗材运动压力增大，熔融态耗材对流量控制体侧面产生的指向流量控制体轴线的压力增大并且指向流量控制体轴线的压力在竖直方向的分力大于流量控制体自身重力，流量控制体在熔融态耗材产生的由流量控制体表面指向流量控制体轴线的压力作用下，流量控制体沿引料管的轴线远离挤出口外壁并且流量控制体与挤出口外壁之间形成可供熔融态耗材穿过的空隙，并且流量控制体运动过程中牵引与其固定的引料管同步运动；
S4.在上述步骤S3中，位于引料管的熔融态耗材分别通过第一导料孔、第二导料孔排出，第二导料孔排出的耗材经过流量控制体与挤出口外壁之间的间隙与第一导料孔排出的熔融态耗材合流并通过挤出口挤出至打印工作面。
更为优化的，在上述的步骤S1中，贮料管外壁设置有可对贮料管内耗材进行散热的环形散热片；防止贮料管内耗材受引料管的热传导并导致温度过高引起贮料管内耗材的损坏、软化。
更进一步的，在上述步骤S1中，贮料管与引料管的连接处设置有环形热障；通过环形热障延缓了热量又引料管向贮料管的传递，保证了贮料管内贮存耗材不因温度过高而软化。
更优的，在上述步骤S3中，螺纹连接件与流量控制体之间设置有使螺纹连接件与流量控制体相互远离的弹簧，当熔融态耗材对流量控制体侧面产生的指向流量控制体轴线的压力增大并且指向流量控制体轴线的压力在竖直方向的分力大于流量控制体自身重力与弹簧弹力的合力时，流量控制体可沿其自身轴线偏离挤出口外壁，并使得流量控制体与挤出口外壁之间形成可供熔融态耗材穿过的空隙；弹簧保证了第一状态下挤出口外壁的内壁与流量控制体之间的密封匹配，环形限位槽使流量控制体沿轴线方向移动过程中，弹簧不发生沿流量控制体周向的位移并保证弹簧不卡入流量控制体与挤出口外壁之间，保证了打印的稳定性以及工作状态切换的稳定性。
本发明与现有技术相比，取得的进步以及优点在于本发明依据耗材流速、流量进行开口范围的自适应性调整，并控制精度高，可显著降低3D打印机在打印精度较低物体所需的时间。
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为本发明结构示意图。
图2为本发明整体剖视图。
图3为本发明贮料管与喷头连接图。
图4为本发明喷头结构示意图。
图5为本发明第一状态示意图。
图6为本发明第二状态示意图。
图7为本发明第二状态喷头示意图。
图中各个标号意义为：10.喷头，11.引料管，12.挤出口外壁，13.流量控制体，14.螺纹连接件，15.弹簧；
20.支撑主体；
30.贮料管。
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、2，应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头包括用于支撑与连接整个机构的支撑主体20，支撑主体20上设置有用于贮存打印耗材的贮料管30，支撑主体20下端连接有喷头10，喷头10包括用于输送耗材并且与其共轴线布置的引料管11，引料管11与贮料管30滑动套接并且引料管11可沿自身轴线滑动，支撑主体20内设置有热源并且热源可将由贮料管30输送至引料管11内的耗材加热至熔融态，喷头10可将由引料管11输送的熔融态耗材挤压至打印工作面，喷头10与支撑主体20之间设置有可将喷头10与支撑主体20固定的螺纹连接件14，喷头10还包括挤出口外壁12、流量控制体13，流量控制体13与挤出口外壁12的内壁可随挤出量的变化处于配合或脱离状态；当流量控制体13与挤出口外壁12的内壁处于配合状态，挤出口处于第一状态，即小口径、小挤出量打印状态，当流量控制体13与挤出口外壁12处于脱离状态，挤出口处于第二状态，即大口径、大挤出量状态。
更为具体的，螺纹连接件14的上端与支撑主体20连接、螺纹连接件14的下端与喷头10的挤出口外壁12连接并且螺纹连接件14与挤出口外壁12之间形成有避让腔；当流量控制体13与挤出口外壁12的内壁处于脱离状态时，螺纹连接件14与挤出口外壁12之间的避让腔可为流量控制体13提供充分的避让空间，防止因避让空间不足而导致流量控制体13与挤出口外壁12的内壁无法脱离。
更为具体的，挤出口外壁12、流量控制体13分别呈圆台状并且挤出口外壁12靠近螺纹连接件14一侧同轴设置有柱状外壁、流量控制体13靠近螺纹连接件14一侧同轴设置有柱状块，挤出口外壁12的柱状外壁与流量控制体13的柱状块密封匹配并且挤出口外壁12的母线与流量控制体13的母线平行，挤出口外壁12设置有空腔并且空腔可收纳流量控制体13，挤出口外壁12的底部设置有挤出口并且挤出口与流量控制体13的底面匹配，流量控制体13与引料管11的排料端固定连接，流量控制体13同轴套接于挤出口外壁12的内壁并且流量控制体13可沿自身轴线靠近或远离挤出口外壁12，流量控制体13上设置有若干导料孔，所述导料孔包括第一导料孔、第二导料孔，第一导料孔同轴设置于流量控制体13的底部并且第一导料孔与引料管11连通，第一导料孔的直径小于挤出口外壁12的挤出口半径，第二导料孔沿流量控制体13的周向设置并且第二导料孔的轴线垂直于流量控制体13的侧面且第二导料孔与引料管11连通；当耗材挤出量较小时，喷头处于第一状态，流量控制体13受重力与第二导料孔处耗材对流量控制体13施加使流量控制体13远离挤出口外壁12的压力并且耗材对其压力竖直方向的分力小于流量控制体13自身重力，此时流量控制体13与挤出口外壁12内壁的接触间隙为零，挤出口与流量控制体13的底面匹配并且挤出半径为第一导料孔的半径，当耗材挤出量较大时，喷头10处于第二状态，耗材对流量控制体13的压力在竖直方向分力大于流量控制体13自身重力，此时流量控制体13沿自身轴线向远离挤出口外壁12内壁的方向运动，流量控制体13与挤出口外壁12内壁之间存在接触间隙，熔融态耗材分别由第一导料孔、第二导料孔排出，熔融态耗材由第一导料孔排出后运动至挤出口、熔融态耗材由第二导料孔排出后沿流量控制体与挤出口外壁12的间隙向挤出口运动，第一导料孔、第二导料孔排出的耗材在挤出口处合流并有挤出口挤压至打印工作面。
更为优化的，第二导料孔沿流量控制体13周向均匀间隔分布并且相邻第二导料孔安装高度相同；采用该布局方式使第二导料孔内熔融态耗材对流量控制体13的压力在水平方向上的分力相互平衡，可防止熔融态耗材产生的压力造成流量控制体13沿径向的位移。
更为完善的，流量控制体13与螺纹连接件14之间设置有使流量控制体13与螺纹连接件14相互远离的弹簧15；弹簧15为流量控制体13提供靠近挤出口外壁12的作用力并保证在第一状态下流量控制体13与挤出口外壁12的接触间隙为零，防止第一状态下耗材对流量控制体13施加的使其远离挤出口外壁12挤压应力大于流量控制体13的自身重力，保证了第一状态流量控制体13不与挤出口外壁12发生脱离并确保了挤出口在挤出耗材时的稳定性。
更优化的，所述的贮料管30包括可储存耗材的贮料管，贮料管外壁同轴设置有若干环形散热片并且相邻环形散热片呈均匀间隔分布；采用该布局方式可对贮料管内耗材进行散热，防止贮料管内耗材受引料管11的热传导并导致温度过高引起贮料管内耗材的损坏、软化。
更进一步的，支撑主体20内设置的热源外套接于引料管11；通过该方式可延长引料管11内耗材的加热形成并使耗材可充分融化至熔融态，防止因加热不均或加热不充分而导致固态耗材堵塞挤出口。
更为优化的，贮料管30与引料管11的连接处设置有环形热障；环形热障通过增大传热热阻、自身吸热延缓了热量由引料管11向贮料管30的传递，保证了贮料管30的工作温度并防止其温度过高而导致贮料管内耗材的损坏、软化。
更为优化的，流量控制体13靠近螺纹连接件14一侧设置有环形限位槽并且环形限位槽可收纳弹簧15；流量控制体13沿轴线方向运动时，环形限位槽限制弹簧沿流量控制体13周向发生位移并且避免卡入流量控制体13与挤出口外壁12之间，进而导致流量控制体13在受到熔融态耗材的压力时，无法沿引料管轴线方向进行运动。
一种流量自动变径3D打印挤出方法，其步骤包括：
S1.接通电源，支撑主体20内的热源将位于引料管11内的耗材加热至熔融态，熔融态耗材沿引料管11的轴线向流量控制体13方向流动；
S2.第一状态下，挤出口外壁12的内壁与流量控制体13密封匹配，熔融态耗材对流量控制13侧面施加指向流量控制体13轴线的压力在竖直方向的分力小于流量控制体13自身重力，熔融态耗材从引料管11排出后由第一导料孔挤出至打印工作面；
S3.当工件所需打印精度降低、挤出量提高时，贮料管30挤出耗材的挤出压力增大，引料管11内运输的熔融态耗材运动压力增大，熔融态耗材对流量控制体13侧面产生的指向流量控制体13轴线的压力增大并且指向流量控制体13轴线的压力在竖直方向的分力大于流量控制体13自身重力，流量控制体13在熔融态耗材产生的由流量控制体13表面指向流量控制体13轴线的压力作用下，流量控制体13沿引料管11的轴线远离挤出口外壁12并且流量控制体13与挤出口外壁12之间形成可供熔融态耗材穿过的空隙，并且流量控制体13运动过程中牵引与其固定的引料管11同步运动；
S4.在上述步骤S3中，位于引料管11的熔融态耗材分别通过第一导料孔、第二导料孔排出，第二导料孔排出的耗材经过流量控制体13与挤出口外壁12之间的间隙与第一导料孔排出的熔融态耗材合流并通过挤出口挤出至打印工作面。
更为优化的，在上述的步骤S1中，贮料管外壁的环形散热片可对贮料管内耗材进行散热，防止贮料管内耗材受引料管11的热传导并导致温度过高引起贮料管内耗材的损坏、软化。
更进一步的，在上述步骤S1中，贮料管30与引料管11的连接处设置有环形热障；通过环形热障延缓了热量又引料管11向贮料管30的传递，保证了贮料管30内贮存耗材不因温度过高而软化。
更优的，在上述步骤S3中，螺纹连接件14与流量控制体13之间设置有使螺纹连接件14与流量控制体13相互远离的弹簧15，当熔融态耗材对流量控制体13侧面产生的指向流量控制体13轴线的压力增大并且指向流量控制体13轴线的压力在竖直方向的分力大于流量控制体13自身重力与弹簧15弹力的合力时，流量控制体13可沿其自身轴线偏离挤出口外壁12，并使得流量控制体13与挤出口外壁12之间形成可供熔融态耗材穿过的空隙；弹簧15保证了第一状态下挤出口外壁12的内壁与流量控制体13之间的密封匹配，环形限位槽使流量控制体13沿轴线方向移动过程中，弹簧15不发生沿流量控制体13周向的位移并保证弹簧15不卡入流量控制体13与挤出口外壁12之间，保证了打印的稳定性以及工作状态切换的稳定性。
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 (3)

1.应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头，包括支撑主体，其特征在于，支撑主体上设置有用于贮存打印耗材的贮料管，支撑主体下端连接有喷头，喷头包括用于输送耗材并且与贮料管共轴线布置的引料管，引料管与贮料管滑动套接并且引料管可沿自身轴线滑动，支撑主体内设置有热源并且热源可将由贮料管输送至引料管内的耗材加热至熔融态，喷头可将由引料管输送的熔融态耗材挤压至打印工作面，喷头还包括挤出口外壁、流量控制体，流量控制体与挤出口外壁的内壁可随挤出量的变化处于配合或脱离状态，并调节挤出口外壁的挤出口径；
挤出口外壁、流量控制体分别呈圆台状并且挤出口外壁靠近贮料管一侧同轴设置有柱状外壁、流量控制体靠近贮料管一侧同轴设置有柱状块，挤出口外壁的柱状外壁与流量控制体的柱状块密封匹配并且挤出口外壁的母线与流量控制体的母线平行，挤出口外壁设置有空腔并且空腔可收纳流量控制体，挤出口外壁的底部设置有挤出口并且挤出口与流量控制体的底面匹配，流量控制体与引料管的排料端固定连接，流量控制体同轴套接于挤出口外壁的内壁并且流量控制体可沿自身轴线靠近或远离挤出口外壁，流量控制体上设置有若干导料孔，所述导料孔包括第一导料孔、第二导料孔，第一导料孔同轴设置于流量控制体的底部并且第一导料孔与引料管连通，第一导料孔的直径小于挤出口外壁的挤出口半径，第二导料孔沿流量控制体的周向设置并且第二导料孔的轴线垂直于流量控制体的侧面且第二导料孔与引料管连通；
流量控制体与螺纹连接件之间设置有使流量控制体与螺纹连接件相互远离的弹簧；
流量控制体靠近螺纹连接件一侧设置有环形限位槽并且环形限位槽可收纳弹簧。
2.根据权利要求1所述的应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头，其特征在于，第二导料孔沿流量控制体周向均匀间隔分布并且相邻第二导料孔安装高度相同。
3.根据权利要求2所述的应用于增材制造流量自动变径的3D打印挤出头，其特征在于，贮料管与引料管的连接处设置有环形热障。
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