CN108556352A - 3d打印喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及3D打印技术领域，公开了3D打印喷头，包括喷头本体，喷头本体从上至下依次包括进料段、加热段和喷料段，进料段内竖向设置有管子，进料段的一侧设置有支撑板、切割机构和进气机构，切割机构包括第一电机带动的凸轮，凸轮的中心铰接有第一连杆，第一连杆远离凸轮的端部铰接有第二连杆，第二连杆的端部铰接有滑块，凸轮的中心与进料段的侧壁通过第三连杆水平连接，滑块沿着第三连杆水平滑动，滑块靠近进料段的一侧水平固定连接有第四连杆，第四连杆的端部固定连接有可对线材进行切割的切刀，切刀包括尖刺段和对切割后的线材增加间隙的抵出段，尖刺段和抵出段固定连接。本发明减少热量传递至进料段的固体线材，避免进料段内的线材提前软化，实现喷头喷料的顺畅性。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及3D打印喷头。
背景技术
3D打印是一种新的生产制造方式，它集合了数字化、人工智能化、新型材料的应用等技术特点。在当今3D打印领域中，打印技术类型呈多样化，依据打印原理的不同可以分为熔融沉积快速成型(FDM)、光固化成型(SLA)、三维粉末粘接(3DP)以及选择性激光烧结(SLS)等。与其他技术相比，基于FDM技术的3D打印机操作环境简单安全，打印零件过程中不产生有毒气体或化学性物质，适合在家庭和办公室中使用，对打印材料的要求相对不高，打印材料具有成本低、利用率高、输送快捷简便等优势。其中，3D打印机包括喷头、送丝机构、传动机构、伺服系统和温控系统等，在喷头中设置进料段、加热段和喷出段，喷出段开设有出料口，进料段两侧设置有一对相对滚动的滚轮，现在一般是固体状态的线材通过滚轮的作用进行推送，线材进入加热段内，固体状态的线材变成熔融态，上方固体状态的线材起到柱塞的作用，为熔融态线材的前进提供动力，固体状态的线材传递来的压力将熔融态的线材从喷料段的出料口处挤出。但是，现有的喷头存在以下问题：加热段内熔化后的线材温度比较高，会导致过量的热量会传递至进料段的固体线材处，造成进料段内的线材提前软化，失去了动力来源，从而熔融态的线材会堵塞喷头。
发明内容
本发明意在提供3D打印喷头，减少热量传递至进料段的固体线材，避免进料段内的线材提前软化，实现喷头喷料的顺畅性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：3D打印喷头，包括喷头本体，喷头本体从上至下依次包括进料段、加热段和喷料段，进料段包括用于推动线材前进的两个滚轮，线材穿过滚轮的中间并向下延伸，进料段内竖向设置有管子，管子的下端与加热段的上端面连接，管子位于滚轮的正下方，进料段的一侧设置有支撑板、切割机构和进气机构，支撑板水平固定连接在进料段的侧壁，切割机构包括第一电机带动的凸轮，凸轮的中心铰接有第一连杆，第一连杆远离凸轮的端部铰接有第二连杆，第二连杆的端部铰接有滑块，凸轮的中心与进料段的侧壁通过第三连杆水平连接，滑块沿着第三连杆水平滑动，滑块靠近进料段的一侧水平固定连接有第四连杆，第四连杆的端部固定连接有可对线材进行切割的切刀，切刀包括尖刺段和对切割后的线材增加间隙的抵出段，尖刺段和抵出段固定连接；进气机构包括放置在支撑板上的膨胀气囊，凸轮位于膨胀气囊的上方，凸轮转动时，凸轮的凸起部分可与膨胀气囊相互挤压，膨胀气囊的顶部通过第一弹簧与膨胀气囊的底部连接，膨胀气囊远离进料段的一侧水平固定连接有进气管，进气管上安装有单向进气阀，膨胀气囊的另一侧通过出气管与管子的另一侧连通，出气管上安装有单向出气阀，出气管的端部与切刀处于同一水平面。
本方案的原理是：实际应用时，开启第一电机，首先将线材通过进料段的上端进入进料段内，线材的自由端伸入两个滚轮之间，两个滚轮相对转动，滚轮与线材表面相对摩擦，从而滚轮将线材输送至管子内。第一电机带动凸轮顺时针转动，与凸轮铰接的第一连杆向进料段方向运动，与第一连杆铰接的第二连杆推动滑块沿着第三连杆向进料段方向运动，与滑块侧壁固定连接的第四连杆推动切刀向管子内的线材运动，切刀的尖刺段对线材进行切断，滑块继续推进切刀，切刀的抵出段将两段线材进行分离，并慢慢增大其间隙。当凸轮的凸起部分与膨胀气囊的上端相抵时，膨胀气囊受到挤压，膨胀气囊内体积变小，压力变大，气体通过打开单向出气阀进行泄压，气体从出气管进入管子内，由于切刀与出气管的端部处于同一水平面，出气管内的气体充入两段线材的间隙处，使得两段线材通过气体进行隔离。根据上述原理，线材在管子内被间歇式进行切割的切刀切断，形成多个线材间隙。当线材间隙运动至加热段内时，对线材进行加热直至融化，熔融状态的线材在进料段线材的作用下被推至喷料段，最后喷出形成3D打印产品。
有益效果：
1、本发明中通过对管子内的固体线材进行切断，形成多段固体线材，并且通过切刀的抵出段推动固体线材，使得固体线材之间的间隙变大，然后向间隙处充入气体，这样多段固体线材通过气体进行隔离。这样即使加热段内对线材进行加热温度较高，但是气体的导热速度小于固体的导热速度，大大降低了加热段的余热回流至进料段的固体线材内，避免进料段提前软化的情况，使得固体线材可以起到柱塞的作用，保证喷涂熔融态线材的顺畅性。
2、本发明中通过切刀的尖刺段先对固体线材进行切断，然后通过抵出段对两段固体线材的间隙进行增大，这样便于气体的充入；同时，抵出段作为推动熔融态线材的动力来源之一，增大了驱动熔融态线材运动的动力，可以大大降低喷料段堵塞的情况。
优选的，管子靠近凸轮的一侧开设有通孔，切刀的抵出段在通孔内水平滑动，抵出段包括圆锥段和滑动段，圆锥段和滑动段固定连接。通过这样设置抵出段，可以便于抵出段在管子内水平运动，并且便于增加两段线材之间的间隙。
优选的，管子的底部设有水平布置的排气管，排气管的自由端伸出进料段。由于两段线材之间的间隙充入气体，但是在加热段线材变成熔融态，气体会混合在其中，使得打印成的产品内存在气孔，影响产品的质量，为此，在固体线材进入加热段之前进行排气。
优选的，凸轮与第一电机通过第一转轴进行固定连接，支撑板上竖向连接有支撑杆，支撑杆的自由端设有套筒，套筒内设置有滚动轴承，第一转轴穿过滚动轴承与套筒转动连接，第一转轴与支撑杆相互垂直。通过这样设置，可以保证凸轮在第一电机的带动下稳定的转动。
优选的，加热段包括通料管，通料管的两侧分别设置有加热块。该结构在两侧设置加热块，可以对固体线材进行均匀快速加热。
附图说明
图1为本发明3D打印喷头的实施例的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1中B处的局部放大图；
图4为图1中凸轮、第一电机、支撑杆和套筒配合的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：进料段1、加热段2、喷料段3、通料管4、加热块5、滚轮6、固定板7、管子8、支撑板9、凸轮10、第一电机11、第一转轴12、支撑杆13、套筒14、第一连杆15、第二连杆16、滑块17、第三连杆18、第四连杆19、尖刺段20、抵出段21、排气管22、膨胀气囊23、第一弹簧24、进气管25、出气管26、单向进气阀27、单向出气阀28、进气段29、出气段30、第三弹簧31、球体32。
实施例如图1、图3和图4所示：3D打印喷头，包括喷头本体，喷头本体从上至下依次包括进料段1、加热段2和喷料段3，加热段2包括通料管4，通料管4的两侧分别设置有加热块5，加热块5包括电热丝、电阻和电源。进料段1包括两个相对设置的滚轮6，滚轮6通过固定板7与进料段1的侧壁焊接，固定板7水平设置，固定板7与滚轮6转动连接，滚轮6键连接有第二转轴，第二转轴的端部伸出进料段1的侧壁连接有第二电机，线材穿过滚轮6的中间并向下延伸。进料段1内竖向螺栓连接有管子8，管子8的下端与加热段2的上端面螺栓连接，管子8位于滚轮6的正下方，管子8的内径与线材的直径相同。进料段1的左侧设置有支撑板9、切割机构和进气机构，支撑板9水平焊接在进料段1的左侧壁上，切割机构包括凸轮10和第一电机11，凸轮10与第一电机11通过第一转轴12键连接，支撑板9上竖向焊接有支撑杆13，支撑杆13的自由端设有套筒14，套筒14内设置有滚动轴承，第一转轴12穿过滚动轴承与套筒14转动连接，第一转轴12与支撑杆13相互垂直。凸轮10的中心铰接有第一连杆15，第一连杆15的右端铰接有第二连杆16，第二连杆16的右端铰接有滑块17，凸轮10的中心与进料段1的侧壁通过第三连杆18水平连接，滑块17沿着第三连杆18水平滑动，滑块17的右侧水平焊接有第四连杆19，第四连杆19的端部螺栓连接有切刀，切刀包括尖刺段20和对切割后的线材增加间隙的抵出段21，尖刺段20和抵出段21焊接，管子8的左侧开设有通孔，切刀的抵出段21在通孔内水平滑动，抵出段21包括圆锥段和滑动段，圆锥段和滑动段焊接。管子8的底部设有水平布置的排气管22，排气管22的自由端伸出进料段1。
如图1和图2所示，进气机构包括放置在支撑板9上的膨胀气囊23，凸轮10位于膨胀气囊23的上方，凸轮10转动时，凸轮10的凸起部分可与膨胀气囊23相互挤压，膨胀气囊23的顶部通过第一弹簧24与膨胀气囊23的底部连接，膨胀气囊23的左侧水平连通有进气管25，进气管25上安装有单向进气阀27，单向进气阀27依次连通包括进气段29和出气段30，进气段29的形状为三角形，进气段29远离出气段30的一端连接有第三弹簧31，第三弹簧31的端部连接有球体32。膨胀气囊23的右侧通过出气管26与管子8的另一侧连通，出气管26上安装有单向出气阀28，出气管26的端部与切刀处于同一水平面。
实际应用时，开启第一电机11和第二电机，首先将线材通过进料段1的上端进入进料段1内，线材的自由端伸入两个滚轮6之间，两个滚轮6分别通过第二电机带动进行相对转动，滚轮6与线材表面相对摩擦，从而滚轮6将线材输送至管子8内。第一电机11带动凸轮10顺时针转动(如图1所示)，与凸轮10铰接的第一连杆15向进料段1方向运动，与第一连杆15铰接的第二连杆16推动滑块17沿着第三连杆18向进料段1方向运动，与滑块17侧壁固定连接的第四连杆19推动切刀向管子8内的线材运动，切刀的尖刺段20对线材进行切断，滑块17继续推进切刀，切刀的抵出段21将两段线材进行分离，并慢慢增大其间隙。当凸轮10的凸起部分与膨胀气囊23的上端相抵时，膨胀气囊23受到挤压，膨胀气囊23内体积变小，压力变大，气体通过打开单向出气阀28进行泄压，气体从出气管26进入管子8内，由于切刀与出气管26的端部处于同一水平面，出气管26内的气体充入两段线材的间隙处，使得两段线材通过气体进行隔离。当凸轮10的凸起部分与膨胀气囊23的上端分开后，膨胀气囊23内的第一弹簧24恢复原位，膨胀气囊23内的气压减小，形成负压状态，单向进气阀27打开，外界的空气进入膨胀气囊23内。根据上述原理，线材在管子8内被间歇式进行切割的切刀切断，形成多个线材间隙。当线材间隙运动至加热段2内时，对线材进行加热直至融化，熔融状态的线材在进料段1线材的作用下被推至喷料段3，最后喷出形成3D打印产品。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.3D打印喷头，包括喷头本体，所述喷头本体从上至下依次包括进料段、加热段和喷料段，所述进料段包括用于推动线材前进的两个滚轮，线材穿过滚轮的中间并向下延伸，进料段内竖向设置有管子，管子的下端与加热段的上端面连接，管子位于滚轮的正下方，进料段的一侧设置有支撑板、切割机构和进气机构，支撑板水平固定连接在进料段的侧壁，所述切割机构包括第一电机带动的凸轮，凸轮的中心铰接有第一连杆，第一连杆远离凸轮的端部铰接有第二连杆，第二连杆的端部铰接有滑块，凸轮的中心与进料段的侧壁通过第三连杆水平连接，滑块沿着第三连杆水平滑动，滑块靠近进料段的一侧水平固定连接有第四连杆，第四连杆的端部固定连接有可对线材进行切割的切刀，所述切刀包括尖刺段和对切割后的线材增加间隙的抵出段，尖刺段和抵出段固定连接；所述进气机构包括放置在支撑板上的膨胀气囊，凸轮位于膨胀气囊的上方，凸轮转动时，凸轮的凸起部分可与膨胀气囊相互挤压，所述膨胀气囊的顶部通过第一弹簧与膨胀气囊的底部连接，膨胀气囊远离进料段的一侧水平固定连接有进气管，进气管上安装有单向进气阀，膨胀气囊的另一侧通过出气管与管子的另一侧连通，出气管上安装有单向出气阀，出气管的端部与切刀处于同一水平面。
2.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于：所述管子靠近凸轮的一侧开设有通孔，切刀的抵出段在通孔内水平滑动，所述抵出段包括圆锥段和滑动段，圆锥段和滑动段固定连接。
3.根据权利要求2所述的3D打印喷头，其特征在于：所述管子的底部设有水平布置的排气管，排气管的自由端伸出进料段。
4.根据权利要求3所述的3D打印喷头，其特征在于：所述凸轮与第一电机通过第一转轴进行固定连接，所述支撑板上竖向连接有支撑杆，支撑杆的自由端设有套筒，所述套筒内设置有滚动轴承，第一转轴穿过滚动轴承与套筒转动连接，第一转轴与支撑杆相互垂直。
5.根据权利要1～4任一项所述的3D打印喷头，其特征在于：所述加热段包括通料管，通料管的两侧分别设置有加热块。
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