CN108582784A - 一种用于材料挤出成形的3d打印头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于材料挤出成形的3D打印头，包括送丝腔体、顶针腔体、密封顶针、打印喷嘴、加热模块、限位塞、复位弹簧、上端盖和电磁铁，加热模块安装在顶针腔体的底部，加热模块的底部为打印喷嘴，所述送丝腔体、顶针腔体、加热模块的内通道、打印喷嘴形成送料通道，顶针腔体的顶部为上端盖，上端盖上安装电磁铁，所述密封顶针、限位塞、复位弹簧均设置在顶针腔体内，在电磁铁和复位弹簧的作用下，限位塞能够带动密封顶针向上下动作；电磁铁得电时，限位塞带动密封顶针提升至高点位，此时，密封顶针的底端脱离打印喷嘴；电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下限位塞带动密封顶针下降至低点位，此时，密封顶针的底端堵塞打印喷嘴，阻止出料。

Description

一种用于材料挤出成形的3D打印头
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种用于材料挤出成形的3D打印头。
背景技术
3D打印技术是指打印头在程序控制下，按照当前层的截面信息进行材料填充制造，然后再通过层层累加快速制造出所需零件，由于其可制造任意复杂零件以及拥有较好的打印自由度，在工业生产及日常生活中越来越具有实际应用价值。可挤出成形材料的3D打印作为3D打印领域的一个重要分支，目前越来越受到国内外学者的重视，因其具备可制备材料范围广、部分材料可回收再制造的节能性、部分轻质量高强度的材料特点，而被广泛应用于包括航空航天、国防军事、医疗行业、工业现场及机器人、服务业等多个领域。目前，为了提高可挤出成形材料的3D打印，国内外就打印喷头本身进行了多方面的性能改进，除对于新材料的不断发掘和更新，更是利用短纤维、连续纤维等多种强化材料通过复合材料的3D打印来实现打印件在各个方向上的强度流畅性成型质量的提升，至此，按规划路径打印后的材料每单层内各项力学指标都有了极大的提升。
但是现有的3D打印机喷头在打印成型过程中容易出现断丝及喷头堵死的现象，快速成型的效率较低且打印效果不理想，3D打印喷头本身对成形表面进行多层叠加式，由于冷却问题以及喷头间断工作时密封性能原因容易产生拉丝堵塞喷头，造成3D打印机产生故障，严重影响制件的精度和表面平整程度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于材料挤出成形的3D打印头，能够在打印间断时及时阻断送料，有效提升了打印件的打印流畅性能，优化成型质量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于材料挤出成形的3D打印头，包括送丝腔体、顶针腔体、密封顶针、打印喷嘴、加热模块、限位塞、复位弹簧、上端盖和电磁铁，
所述送丝腔体与顶针腔体相连通，所述加热模块安装在顶针腔体的底部，加热模块具有送料内通道，加热模块的底部设置所述打印喷嘴，所述送丝腔体、顶针腔体、加热模块的内通道、打印喷嘴形成送料通道；
在顶针腔体的顶部安装所述上端盖，在上端盖上安装所述电磁铁，所述密封顶针、限位塞、复位弹簧均设置在顶针腔体内，其中，密封顶针与顶针腔体同轴布置，密封顶针的顶端与限位塞固定连接，在顶针腔体的上部内壁上设置有用于安装限位塞的扩径段，所述限位塞滑动安装在该扩径段内，限位塞能够沿扩径段上下运动，并通过扩径段下端缘进行限位，所述复位弹簧安装在限位塞与上端盖之间，用于为限位塞提供向下的恢复力，在电磁铁和复位弹簧的作用下，限位塞能够带动密封顶针向上下动作；电磁铁得电时，在磁力的作用下限位塞带动密封顶针提升至高点位，此时，密封顶针的底端脱离打印喷嘴，打印喷嘴能够正常喷料；电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下限位塞快速带动密封顶针下降至低点位，此时，密封顶针的底端堵塞打印喷嘴，阻止出料。
在上述技术方案中，顶针腔体的侧壁上设置有与送丝腔体出口相对应的通孔。
在上述技术方案中，所述加热模块由管体和电阻加热器组成，管体嵌装在顶针腔体底端口，电阻加热器与管体固装，电阻加热器产生的热量传递至管体，管体对料丝进行预热，料丝在电阻加热器内融化，最后融化后物料从打印喷嘴喷出。
在上述技术方案中，所述限位塞包括塞柱和限位塞环，塞柱同轴嵌装在限位塞环内，限位塞环滑动安装在在顶针腔体的扩径段。所述限位塞的塞柱和限位塞环均为磁性金属材质。
在上述技术方案中，在限位塞环和塞柱之间设置有密封橡胶圈，保证限位塞环和塞柱之间的密封性。
在上述技术方案中，在顶针腔体外壁设置有散热外壳，以提高其散热性。
在上述技术方案中，打印喷嘴的出料通道从上至下依次包括第一孔径段、第二孔径段和第三孔径段，所述第一孔径段的直径大于密封顶针的直径，所述第二孔径段的直径大于第一孔径段的直径，所述第三孔径段的直径等于密封顶针的直径；当密封顶针下压过程中，喷嘴内熔融状态的物料会收挤压填满第二孔径段，并且一部分物料会沿第一孔径段向上流动，从而减少物料被密封顶针的挤出量，防止形成溢出拉丝；第三孔径段与密封顶针形成密封。
在上述技术方案中，密封顶针的底端设有一段空心内腔，通过该空心内腔进一步起到防止物料溢出的作用：当密封顶针下压时，喷嘴内的熔融物料会进入密封顶针底端的空心内腔中，从而有效防止物料被密封顶针挤出。当密封顶针上提后，密封顶针空心内腔中的物料再次被加热到熔融状态，从空心内腔中滴落。
本发明的优点和有益效果为：
1、增加了密封顶针，采用电磁铁控制密封顶针的上下动作，实现密封顶针对喷嘴的及时阻断，防止形成拉丝。
2、打印喷嘴的出料通道从上至下依次包括第一孔径段、第二孔径段和第三孔径段，所述第一孔径段的直径大于密封顶针的直径，所述第二孔径段的直径大于第一孔径段的直径，所述第三孔径段的直径等于密封顶针的直径；当密封顶针下压过程中，喷嘴内熔融状态的物料会收挤压填满第二孔径段，并且一部分物料会沿第一孔径段向上流动，从而减少物料被密封顶针的挤出量，防止形成溢出拉丝；第三孔径段与密封顶针形成密封。
3、密封顶针的底端设有一段空心内腔，通过该空心内腔进一步起到防止物料溢出的作用：当密封顶针下压时，喷嘴内的熔融物料会进入密封顶针底端的空心内腔中，从而有效防止物料被密封顶针挤出。当密封顶针上提后，密封顶针空心内腔中的物料再次被加热到熔融状态，从空心内腔中滴落。
综上，本发明可以很好的利用电磁铁控制的密封顶针在打印间断时及时阻断送料，并通过打印喷嘴与密封顶针的防溢出结构设计，有效提升了打印件的打印流畅性能、优化成型质量。
附图说明
图1是本发明3D打印头的结构示意图。
图2是本发明3D打印头的喷嘴的局部放大示意图。
其中：
1：送丝腔体，2：顶针腔体，3：密封顶针，4：打印喷嘴，5：加热模块，6：限位塞，7：复位弹簧，8：上端盖，9：电磁铁，10：散热外壳，3-1：空心内腔，4-1：第一孔径段，4-2：第二孔径段，4-3：第三孔径段，5-1：管体，5-2：电阻加热器，6-1：塞柱，6-2：限位塞环。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
参见附图1，一种用于材料挤出成形的3D打印头，包括送丝腔体1、顶针腔体2、密封顶针3、打印喷嘴4、加热模块5、限位塞6、复位弹簧7、上端盖8和电磁铁9。
顶针腔体2竖直设置，所述送丝腔体1设置在顶针腔体2的一侧，且送丝腔体1与顶针腔体2相连通(顶针腔体的侧壁上设置有与送丝腔体出口相对应的通孔)，所述加热模块5安装在顶针腔体2的底部，加热模块具有送料内通道，加热模块的底部设置所述打印喷嘴4，所述送丝腔体1、顶针腔体2、加热模块5的内通道、打印喷嘴4形成送料通道。
在顶针腔体2的顶部安装所述上端盖8，在上端盖8上安装所述电磁铁9，所述密封顶针3、限位塞6、复位弹簧7均设置在顶针腔体2内，其中，密封顶针3与顶针腔体同轴布置，密封顶针3的顶端与限位塞6固定连接，在顶针腔体的上部内壁上设置有用于安装限位塞的扩径段，所述限位塞滑动安装在该扩径段内，限位塞能够沿扩径段上下运动，并通过扩径段下端缘进行限位，所述复位弹簧安装在限位塞与上端盖之间，用于为限位塞提供向下的恢复力，在电磁铁和复位弹簧的作用下，限位塞能够带动密封顶针上下动作。电磁铁得电时，在磁力的作用下限位塞带动密封顶针提升至高点位，此时，密封顶针的底端脱离打印喷嘴，打印喷嘴能够正常喷料；电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下限位塞快速带动密封顶针下降至低点位，此时，密封顶针的底端堵塞打印喷嘴，阻止出料。
进一步的，所述加热模块5由管体5-1和电阻加热器5-2组成，管体嵌装在顶针腔体底端口，电阻加热器与管体固装，电阻加热器产生的热量传递至管体，管体对料丝进行预热，料丝在电阻加热器内融化，最后融化后物料从打印喷嘴喷出。
进一步的，所述限位塞6包括塞柱6-1和限位塞环6-2，所述塞柱同轴嵌装在限位塞环内，限位塞环滑动安装在在顶针腔体的扩径段，在限位塞环和塞柱之间设置有密封橡胶圈，保证限位塞环和塞柱之间的密封性。所述限位塞的塞柱和限位塞环均为磁性金属材质。
进一步的，在顶针腔体外壁设置有散热外壳10，以提高其散热性。
实施例二
参见附图2，进一步的，打印喷嘴4的出料通道从上至下依次包括第一孔径段4-1、第二孔径段4-2和第三孔径段4-3，所述第一孔径段的直径大于密封顶针的直径，所述第二孔径段的直径大于第一孔径段的直径，所述第三孔径段的直径等于密封顶针的直径；当密封顶针下压过程中，喷嘴内熔融状态的物料会收挤压填满第二孔径段，并且一部分物料会沿第一孔径段向上流动(第一孔径段的直径大于密封顶针的直径)，从而减少物料被密封顶针的挤出量，防止形成溢出拉丝；最终，第三孔径段与密封顶针形成密封。
实施例三
进一步的，密封顶针3的底端设有一段空心内腔3-1，通过该空心内腔进一步起到防止物料溢出的作用：当密封顶针3下压时，喷嘴内的熔融物料会进入密封顶针3底端的空心内腔中，从而有效防止物料被密封顶针3挤出。当密封顶针3上提后，密封顶针3空心内腔中的物料再次被加热到熔融状态，从空心内腔中滴落。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：包括送丝腔体、顶针腔体、密封顶针、打印喷嘴、加热模块、限位塞、复位弹簧、上端盖和电磁铁，
所述送丝腔体与顶针腔体相连通，所述加热模块安装在顶针腔体的底部，加热模块具有送料内通道，加热模块的底部设置所述打印喷嘴，所述送丝腔体、顶针腔体、加热模块的内通道、打印喷嘴形成送料通道；
在顶针腔体的顶部安装所述上端盖，在上端盖上安装所述电磁铁，所述密封顶针、限位塞、复位弹簧均设置在顶针腔体内，其中，密封顶针与顶针腔体同轴布置，密封顶针的顶端与限位塞固定连接，在顶针腔体的上部内壁上设置有用于安装限位塞的扩径段，所述限位塞滑动安装在该扩径段内，限位塞能够沿扩径段上下运动，并通过扩径段下端缘进行限位，所述复位弹簧安装在限位塞与上端盖之间，用于为限位塞提供向下的恢复力，在电磁铁和复位弹簧的作用下，限位塞能够带动密封顶针向上下动作；电磁铁得电时，在磁力的作用下，限位塞带动密封顶针提升至高点位，此时，密封顶针的底端脱离打印喷嘴，打印喷嘴能够正常喷料；电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下，限位塞快速带动密封顶针下降至低点位，此时，密封顶针的底端堵塞打印喷嘴，阻止出料。
2.根据权利要求1所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：顶针腔体的侧壁上设置有与送丝腔体出口相对应的通孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：所述加热模块由管体和电阻加热器组成，管体嵌装在顶针腔体底端口，电阻加热器与管体固装。
4.根据权利要求1所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：所述限位塞包括塞柱和限位塞环，塞柱同轴嵌装在限位塞环内，限位塞环滑动安装在在顶针腔体的扩径段。
5.根据权利要求4所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：在限位塞环和塞柱之间设置有密封橡胶圈。
6.根据权利要求4所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：所述限位塞的塞柱为磁性金属材质制作的塞柱。
7.根据权利要求4所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：所述限位塞的塞柱和限位塞环均为磁性金属材质。
8.根据权利要求1所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：在顶针腔体外壁设置有散热外壳，以提高其散热性。
9.根据权利要求1所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：打印喷嘴的出料通道从上至下依次包括第一孔径段、第二孔径段和第三孔径段，所述第一孔径段的直径大于密封顶针的直径，所述第二孔径段的直径大于第一孔径段的直径，所述第三孔径段的直径等于密封顶针的直径；当密封顶针下压过程中，喷嘴内熔融状态的物料会收挤压填满第二孔径段，并且一部分物料会沿第一孔径段向上流动，从而减少物料被密封顶针的挤出量，防止形成溢出拉丝；第三孔径段与密封顶针形成密封。
10.根据权利要求1所述的一种用于材料挤出成形的3D打印头，其特征在于：密封顶针的底端设有一段空心内腔，通过该空心内腔进一步起到防止物料溢出的作用，当密封顶针下压时，喷嘴内的熔融物料会进入密封顶针底端的空心内腔中。
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