CN109571954B - 一种可调狭缝式挤出头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调狭缝式挤出头，包括：本体，其具有沿轴向延伸的调节滑槽和平衡滑动部；芯体，其具有调节滑块和平衡适配部，分别与调节滑槽和平衡滑动部形状配合并液密地滑动结合；入口，用于接受构建材料；流道，其被本体和芯体共同限定形成以容纳构建材料；以及被调节滑槽和调节滑块共同限定的一个狭缝式出口，用于挤出所述构建材料；本体和芯体可操作地相对于彼此沿轴向滑动以调节狭缝式出口的狭缝长度，同时流道具有恒定容积；相对于传统的点形挤出头的“点动成线”的线形沉积过程，所述可调狭缝式挤出头提供了“线动成面”的面形沉积过程，显著提高成形效率。
Description
技术领域
本公开涉及一种基于挤出的增材制造系统，尤其是,本公开涉及一种基于挤出的增材制造系统中使用的挤出头组件。
背景技术
基于挤出的增材制造系统(例如美国专利号5121329公开的“Apparatus andmethod for creating three-dimensional objects用于创建三维对象的设备和方法”)用来通过挤出可流动的消耗性构建材料以逐层的方式根据三维(3D)制件的数字化表示构建三维(3D)制件。
现有的基于挤出的增材制造系统,其挤出头是具有固定孔径挤出口的点形挤出头，这种点形挤出头是以“点动成线”的线形沉积开始，再以线不断集合填充成面，最后以面不断集合成体的成形过程，这种“点→线→面→体”的常规成形技术需要解决的问题是：(1)三维(3D)制件成形制造过程耗时长, 成形效率低，挤出头的材料挤出能力成为制约成形效率提高的瓶颈；(2)三维(3D)制件成形工件孔隙率较高，致密性低，导致三维(3D)制件机械性能难以提高。
中华人民共和国国家知识产权局公布的公告号为CN204222625U的一种可调挤出流量的三维打印机喷头，公告号为CN205167581U的一种线扫描喷头，以及公告号为CN107344419A的用于三维物体打印机的挤压机组合件，均具有通过驱动至少一个挡块（或称为挡板或活塞）改变挤出狭缝长度以输出不同挤出流量的可调挤出口，以有效提高成形效率。但是，上述3个文献记载的技术方案均存在以下问题需要解决：（1）容纳流体材料的流道的容积随着挡块（或称为挡板或活塞）的运动发生改变，这使得挤出流量的精准控制变得复杂和困难，这将引发三维(3D)制件产生过堆积或堆积不足的成形缺陷的风险，严重制约三维(3D)制件的成形质量和成形精度；（2）所述挡块（或称为挡板或活塞）在减小挤出流量的运动过程中，由于作用在该挡块（或称为挡板或活塞）上的驱动力和摩擦力是一对相向的轴向挤压力，致使该挡块将产生径向弯曲变形的风险，尤其是当挤出狭缝长度的调节范围愈大则这种径向变形的风险和变形量就愈大，从而影响该挡块（或称为挡板或活塞）的定位精度进而影响三维(3D)制件的成形精度；（3）流道内存在流动滞止区（死区），构建材料在流道内长时间的滞留将引发构建材料变质（比如高分子粘性流体材料的碳化，或者合金材料的结晶组织粗大）的危害。
发明内容
本公开的目的在于解决上述问题,提供了一种基于挤出的增材制造系统中使用的可调狭缝式挤出头,一方面，相对于传统的点形挤出头的“点动成线”的线形沉积过程，所述可调狭缝式挤出头提供了“线动成面”的面形沉积过程，显著提高成形效率，三维(3D)制件密度大、强度高；第二方面，该狭缝式挤出头具有自平衡流道容积的构造，使得流道具有恒定容积，进而使得挤出流量的控制变得简单；第三方面，对于细长杆状的滑动构件，该狭缝式挤出头被构造成在调节挤出狭缝长度的过程中作用在滑动部件上的驱动力是轴向拉力，显而易见这种结构能够避免滑动部件尤其是细长杆状滑动构件产生径向弯曲变形的风险；第四方面，该狭缝式挤出头的流道具有避免形成流动滞止区的环形流道构造，避免构建材料在流道内长时间滞留而变质。
为了实现上述目的，本公开提供如下技术方案：
（1） 一种可调狭缝式挤出头，在基于挤出的增材制造系统中使用,所述可调狭缝式挤出头包括：本体，所述本体具有沿轴向延伸且径向下端贯穿所述本体的底面而对外开放的调节滑槽，所述径向与所述轴向正交，所述底面与所述轴向平行；芯体，所述芯体具有与所述调节滑槽形状配合并与所述调节滑槽液密地滑动结合的调节滑块；至少一个入口，所述至少一个入口被构造在所述本体或/和所述芯体上，用于接受构建材料；流道，所述流道被所述本体和所述芯体共同限定的容积空间而构造形成，用于容纳所述至少一个入口接受的所述构建材料；以及形成于所述流道的底端的被所述调节滑槽与所述调节滑块共同限定边界的一个狭缝式出口，用于挤出所述构建材料；
所述可调狭缝式挤出头的特征在于：
所述本体还具有：沿所述轴向延伸的连通所述流道的与所述本体的底面相离设置的平衡滑动部；
所述芯体还具有：与所述平衡滑动部形状配合并与所述平衡滑动部液密地滑动结合的平衡适配部；
所述本体和所述芯体被所述增材制造系统的台架机构所保持并可操作地相对于彼此沿所述轴向滑动，进而调节所述狭缝式出口的沿所述轴向的狭缝长度，其中，所述调节滑块和所述平衡适配部的其中一个移入并挤占压缩所述流道的容积空间，另一个移出并释放扩张所述流道的容积空间，单位时间内所述挤占压缩量和所述释放扩张量被构造成恰好相等，使得所述流道具有恒定容积。
（2）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述平衡适配部的所述轴向投影面积等于所述调节滑块的所述轴向投影面积。
（3）进一步，根据上述（2）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述本体上还具有置于所述调节滑槽和所述平衡滑动部之间并与二者相贯的本体间隔凹部，所述本体间隔凹部与所述芯体之间具有径向缝隙间隔，所述径向缝隙间隔形成所述流道的一部分。
（4）进一步，根据上述（2）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述芯体上还具有置于所述调节滑块和所述平衡适配部之间并与二者相贯的芯体间隔凹部，所述芯体间隔凹部与所述本体之间具有径向缝隙间隔，所述径向缝隙间隔形成所述流道的一部分。
（5）进一步，根据上述（3）或（4）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述径向缝隙间隔至少部分地被构造形成一环形流道，所述环形流道的环绕轴线与所述轴向正交。
（6）进一步，根据上述（1）～（5）中任一项所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述调节滑槽包括：自所述本体的底面向上延伸的狭缝部，和
自所述狭缝部的上端沿所述径向延伸的辅助部；
所述调节滑块包括：与所述狭缝部形状配合并与所述狭缝部液密地滑动结合的狭缝适配部，和
与所述辅助部形状配合并与所述辅助部液密地滑动结合的辅助适配部；
所述狭缝适配部的所述轴向投影呈矩形或上宽下窄的喇叭口形状，所述辅助适配部的所述轴向投影呈现的几何形状包括多边形、圆形、椭圆形、弓形以及它们的组合；
所述平衡适配部的所述轴向投影呈现的几何形状包括多边形、圆形、椭圆形、弓形以及它们的组合。
（7）进一步，根据上述（6）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述平衡适配部的所述轴向投影完全覆盖所述辅助适配部的所述轴向投影,所述平衡适配部的所述轴向投影与所述辅助适配部的所述轴向投影的差集呈现的几何形状包括多边形、圆环形、弓形、月牙形。
（8）进一步，根据上述（3）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述调节滑块和所述平衡适配部被构造成一体化薄片体，所述调节滑块和所述平衡适配部的所述轴向投影被构造成在竖直方向上偏移设定的距离的全等矩形，所述竖直方向与所述轴向正交。
（9）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，可操作地作用于所述芯体的所述轴向外端部的轴向拉力，驱动所述芯体与所述本体相对于彼此沿所述轴向双向滑动。
（10）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述本体由2个半模合为一体而构造形成。
（11）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，限定所述狭缝式出口的轴向边界的所述调节滑槽与所述调节滑块的轴向侧端面具有向内扩张的促流斜面，所述促流斜面与竖直方向的夹角构成促流角α，促流角α适宜的范围是3°至10°。
（12）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，还包括加热单元，所述加热单元邻近所述流道设置，以使容纳在所述流道中的所述构建材料熔化为熔融流或维持熔融流到至少可挤出状态，所述加热单元的加热方式包括电阻加热和感应加热。
（13）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述本体和所述芯体的制造材料为耐磨、耐高温、自润滑材料，包括金属材料、无机非金属材料、复合材料以及它们的组合；
所述金属材料包括铝合金、铜合金、铁碳合金、钨合金、钽合金、钼合金、铌合金、铪合金、铬合金、钒合金、锆合金和钛合金；
所述无机非金属材料包括陶瓷、石墨和碳纤维，所述陶瓷包括氧化铝基陶瓷、氧化镁基陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷；
所述复合材料包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、石墨基复合材料、纤维增强复合材料、弥散强化合金、金属陶瓷。
（14）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述本体和所述芯体的底面具有涂层，所述涂层的材质与所述构建材料浸润性较差。
（15）进一步，根据上述（1）所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述构建材料包括金属材料、有机合成材料、无机非金属材料或他们的组合；
所述金属材料包括金属及其合金；
所述有机合成材料包括热塑性树脂和蜡；
所述无机非金属材料包括陶瓷、水泥、玻璃和石墨。
（16）一种具有可调狭缝式挤出头的增材制造系统装置，使用至少一个根据上述（1）～（15）任意一项所述的可调狭缝式挤出头。
（17）进一步，根据上述（16）所述的一种具有可调狭缝式挤出头的增材制造系统装置，还包括如下的单元：
至少一个构建材料供给单元，所述构建材料供给单元包括滚轮式构建材料供给单元、螺杆挤压送料式构建材料供给单元和其他计量给料泵式构建材料供给单元；和
一个基础构建平台单元，其靠近所述可调狭缝式挤出头的所述狭缝式出口下方工作，用于承载三维(3D)制件；和
台架机构单元，用于保持和驱动所述可调狭缝式挤出头，以使所述可调狭缝式挤出头和所述基础构建平台根据指令沿直角坐标系中的“X”，“Y”和“Z”轴三维相对于彼此移动，以及使所述可调狭缝式挤出头的所述本体和所述芯体根据指令相对于彼此沿所述“X”轴向滑动，并且还可以使所述可调狭缝式挤出头和所述基础构建平台根据指令以所述“Z”轴为轴心相对于彼此水平旋转，更进一步所述增材制造系统装置自身整体还可以根据指令以所述“Y”轴为轴心旋转；
所述台架机构单元包括驱动装置、传动装置和导向装置，所述驱动装置包括步进电机、伺服电机和直线电机，所述传动装置包括同步带传动装置、绳传动装置、螺旋传动装置、齿轮传动装置和直线电机传动装置，所述导向装置包括直线滑轨。
有益的效果
根据本公开，能够提供一种可调狭缝式挤出头，该可调狭缝式挤出头结构简单，具有恒定的流道容积，可基本上实现对挤出流量的精确控制，调节定位精度高，构建材料的理化性能稳定，使用该可调狭缝式挤出头的增材制造系统能够显著提高成形效率、成形质量和三维(3D)制件的机械性能。
附图说明
图1A是本公开的可调狭缝式挤出头的第一实施例的前视立体图；
图1B是图1A中截得的截面1B-1B的剖视图；
图1C是图1A中截得的截面1C-1C的剖视图；
图1D是图1B中截得的截面1D-1D的剖视图；
图1E是图1B中截得的截面1E-1E的剖视图；
图1F是第一实施例的分解立体图，示出了所述本体由垂直分模的2个半模合为一体而构造形成；
图2A是本公开的可调狭缝式挤出头的第二实施例的前视剖视图；
图2B是图2A中截得的截面2B-2B的剖视图；
图2C是图2A中截得的截面2C-2C的剖视图；
图2D是图2A中截得的截面2D-2D的剖视图；
图3A是本公开的可调狭缝式挤出头的第三实施例的前视剖视图；
图3B是图3A中截得的截面3B-3B的剖视图；
图3C是图3A中截得的截面3C-3C的剖视图；
图3D是图3A中截得的截面3D-3D的剖视图；
图3E是第三实施例的调节滑块的沿所述轴向投影的放大图，图中以阴影部分示出了狭缝适配部；
图3F是第三实施例的平衡适配部和辅助适配部的沿所述轴向投影的放大图，图中以阴影部分示出了平衡适配部与辅助适配部的沿所述轴向投影的差集呈圆环形状；
图3G是第三实施例的分解立体图，示出了所述本体由水平分模的2个半模合为一体而构造形成；
图4A是本公开的可调狭缝式挤出头的第四实施例的前视剖视图；
图4B是图4A中截得的截面4B-4B的剖视图；
图4C是图4A中截得的截面4C-4C的剖视图；
图4D是图4A中截得的截面4D-4D的剖视图；
图5A是本公开的可调狭缝式挤出头的第五实施例的前视剖视图；
图5B是图5A中截得的截面5B-5B的剖视图；
图5C是图5A中截得的截面5C-5C的剖视图；
图5D是图5A中截得的截面5D-5D的剖视图；
图5E是第五实施例的平衡适配部和辅助适配部的沿所述轴的投影的放大图，图中以阴影部分示出了平衡适配部与辅助适配部的沿所述轴向投影的差集呈弓形；
图6A是本公开的可调狭缝式挤出头的第六实施例的前视剖视图；
图6B是图6A中截得的截面6B-6B的剖视图；
图6C是图6A中截得的截面6C-6C的剖视图；
图6D是图6A中截得的截面6D-6D的剖视图；
图6E是第六实施例的平衡适配部和辅助适配部的沿所述轴向投影的放大图，图中以阴影部分示出了平衡适配部与辅助适配部的沿所述轴向投影的差集呈月牙形；
图7A是本公开的可调狭缝式挤出头的第七实施例的前视剖视图；
图7B是图7A中截得的截面7B-7B的剖视图；
图7C是图7A中截得的截面7C-7C的剖视图；
图7D是图7A中截得的截面7D-7D的剖视图；
图8A是本公开的可调狭缝式挤出头的第八实施例的前视剖视图；
图8B是图8A中截得的截面8B-8B的剖视图；
图8C是图8A中截得的截面8C-8C的剖视图；
图8D是图8A中截得的截面8D-8D的剖视图；
图9A是本公开的可调狭缝式挤出头的第九实施例的前视立体图；
图9B是图9A中截得的截面9B-9B的剖视图；
图9C是图9A中截得的截面9C-9C的剖视图；
图9D是图9B中截得的截面9D-9D的剖视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要理解的是，除非另有规定，本公开所使用的以下术语具有以下提供的意义：
术语“轴向”、“轴线”表示所述滑槽和所述滑块相对滑动的方向，该术语不要求同心轴线，即可应用于圆柱形滑槽和滑块，还可应用于非圆柱形滑槽和滑块，所述非圆柱形滑槽和滑块的截面形状包括椭圆形、多边形、弓形以及它们的组合。
术语“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过设置在其间的一个或多个另外的中间部件间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
术语“指令”表示将控制信号直接和/或间接从控制器组件转继到装置以使得所述装置根据转继信号操作。信号可以以任意形式被转继，例如到装置上的微处理器的通信信号，施加电力到操作装置等。
术语“优选的”、“优选地”、“适宜的”和“适宜地”表示在一些情况下可以提供一些益处的本公开的实施例。然而，其它实施例在相同或其它情况下也可以是优选的或示例性的。此外，一个或多个优选或示例性实施例的详述并不暗示其它实施例是不可行的，并且不表示将其它实施例从本公开的范围中排除。
术语 “长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”、“纵向”、“横向”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
术语“大约”和“基本上”这里用于表示由于本领域的技术人员所公知的预期变化(例如，测量的局限性和可变性)的可测量的值和范围。
术语“弓形”表示由弦及其所对的弧组成的图形，圆上的一条弦把圆分割成两部分，所得的两部分都称为弓形，当弓形的弧小于半圆时，术语名称为“劣弧弓”，当弓形的弧大于半圆时，术语名称为“优弧弓”。
术语“差集”，由所有属于集合A且不属于集合B的元素组成的集合，叫做集合A与集合B的差集(或集合A减集合B)，记作A-B，即A-B={x|x∈A，且x∉B'}。
为简化描述和便于理解，附图中以虚线示出的附图标记线，表示指向附图中隐藏的部位。
图1A至图1F示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第一实施例，图1A是第一实施例的前视立体图，如图1A所示，该可调狭缝式挤出头包括：可操作地沿轴线100相对于彼此滑动的本体101和芯体102，被设置在本体101上的对外连接所述增材制造系统的材料供给装置（图中未示出）用于接受构建材料的一个入口139，被本体101和芯体102共同限定形成的用于容纳入口139接受的所述构建材料的流道103，以及位于流道103底端的用于挤出片状或膜状的所述构建材料的一个狭缝式出口130。
图1B、图1C分别是图1A中截得的截面1B-1B和截面1C-1C的剖视图，图1D、图1E分别是图1B中截得的截面1D-1D和截面1E-1E的剖视图，结合图1B至图1E所示，本体101还具有：沿轴线100延伸且径向下端贯穿本体101的底面而对外开放的调节滑槽113，沿轴线100延伸的与本体101的底面相离设置的平衡滑动部116，以及置于平衡滑动部116和调节滑槽113之间并与二者相贯的本体间隔凹部115；芯体102具有：与调节滑槽113形状配合并液密地滑动结合的调节滑块123，以及与平衡滑动部116形状配合并液密地滑动结合的平衡适配部126；调节滑块123和平衡适配部126被构造成被构造成一体化薄片体，所述调节滑块123和所述平衡适配部126的所述轴向投影被构造成在竖直方向上偏移设定的距离的全等矩形。
本体间隔凹部115被置以环形凹槽构造与芯体102之间形成径向缝隙间隔，该径向缝隙间隔构成流道103的一部分并在流道103的中央区域形成一环形流道，该环形流道的环绕轴线与轴线100正交，该环形流道构造的有益效果是避免形成流道短路或形成明显的局部流动滞止区。
狭缝式出口130被调节滑槽113与调节滑块123共同限定，本体101和芯体102被所述增材制造系统的台架机构（图中未示出）所保持并在作用于芯体102的外端部的轴向拉力作用下可操作地沿轴线100相对于彼此滑动，进而动态调节狭缝式出口130的狭缝长度W（如图1B所示），其中，调节滑块123和平衡适配部126其中一个移入并挤占压缩流道103的容积空间，另一个移出并释放扩张流道103的容积空间，由于调节滑块123和平衡适配部126被构造成具有相等的轴向投影面积，使得单位时间内所述压缩量和所述扩张量恰好相等，流道103具有恒定容积。
轴线100的箭头方向表示本体101和芯体102相对于彼此滑动的运动方向，上述作用于芯体102的外端部的轴向拉力方向与图1B中轴线100的箭头示出的运动方向一致，这种采用轴向拉力驱动细长杆状滑动构件的构造方案，其有益效果在于能够避免所述芯体102产生径向弯曲变形的风险。
如图1B所示，限定狭缝式出口130的轴向边界的调节滑槽113与调节滑块123的轴向侧端面具有向内扩张的促流斜面，所述促流斜面与竖直方向的夹角构成促流角α（图1B中仅示出了一侧的促流角α），促流角α适宜的范围是3°至10°；狭缝式出口130的狭缝长度W的动态调节范围是Wmax至Wmin，Wmax适宜的范围是1mm至4000mm，特别适宜的Wmax的范围是20mm至200mm，Wmin适宜的范围是0至0.5mm，特别适宜的Wmin=0；
如图1D所示，调节滑槽113具有狭缝宽度B和狭缝高度H，狭缝宽度B适宜的范围是0.01mm至5mm，特别适宜的狭缝宽度B的范围是0.1mm至0.4mm；适宜的狭缝高度H与狭缝宽度B的比值在2至20的范围内，特别适宜的狭缝高度H与狭缝宽度B的比值在4至10的范围内。
需要说明的是，上述关于作用于芯体102的外端部的轴向拉力的叙述同样适用于本公开的第二至第七实施例，上述关于促流角α、狭缝长度W、狭缝宽度B和狭缝高度H的叙述同样适用于本公开的其他实施例并在其他实施例的附图中采用了相同的附图标记，为简化叙述在后述的其他实施例中将不再重复叙述。
图1F是第一实施例的分解立体图，如图1F所示，本体101由半模101a和半模101b通过定位销105和紧固连接件（图中未示出）合为一体构造形成；图中示出了电阻式加热单元106，以使容纳在流道103中的所述构建材料熔化为熔融流或维持熔融流到至少可挤出状态；在其他可选的实施例中加热单元106的加热方式还包括感应加热。
图2A至图2D示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第二实施例，图2A是第二实施例的前视剖视图，图2B、图2C、图2D分别是图2A中截得的截面2B-2B、2C-2C、2D-2D的剖视图，该实施例显示了第一实施例的一个可选实施例，其中相应的附图标记被增加“100”，第二实施例与第一实施例类似，除了以下区别：本体201设置有2个入口既入口239a和入口239b，本体间隔凹部215被构造成歧管形状，入口239a和入口239b向内延伸连通本体间隔凹部215的轴向二端，2个入口的设置一方面提高了所述可调狭缝式挤出头的挤出能力，另一方面，2个入口、歧管形状的本体间隔凹部215、以及图中未示出的材料供给装置本质上共同构成一环形流道，其有益效果仍然是避免形成流道短路或形成明显的局部流动滞止区；可选择地，该实施例中平衡适配部226的厚度被增大、高度被减小，其有益效果在于使得所述可调狭缝式挤出头的径向尺寸趋于紧凑。
图3A至图3G示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第三实施例，图3A是第三实施例的前视剖视图，图3B、图3C、图3D分别是图3A中截得的截面3B-3B、3C-3C、3D-3D的剖视图，结合图3A至图3D所示，该可调狭缝式挤出头包括：可操作地沿轴线300相对于彼此滑动的本体301和芯体302，被设置在本体301上的对外连接所述增材制造系统的材料供给装置（图中未示出）用于接受构建材料的一个入口339，被本体301和芯体302共同限定形成的用于容纳入口339接受的所述构建材料的流道303，以及位于所述流道303底端的用于挤出片状或膜状的所述构建材料的一个狭缝式出口330。
本体301还具有：沿轴线300延伸且径向下端贯穿本体301的底面而对外开放的调节滑槽313，以及沿轴线300延伸且与本体301的底面相离设置的平衡滑动部316；芯体302具有：与调节滑槽313形状配合并液密地滑动结合的调节滑块323，与平衡滑动部316形状配合并液密地滑动结合的平衡适配部326，以及置于平衡适配部326和调节滑块323之间并与二者相贯的芯体间隔凹部325。
平衡适配部326被构造成直径为3D3（图3D所示）的圆柱体；芯体间隔凹部325被构造成与平衡适配部326同轴的残缺圆柱体，芯体间隔凹部325具有上凹槽325a、下凹槽325b以及连通上凹槽325a、下凹槽325b的通孔325c、通孔325d，上述凹槽和通孔形成的径向缝隙间隔构成流道303的一部分并在流道303的中央区域形成一环形流道，该环形流道的环绕轴线与轴线300正交，该环形流道构造的有益效果是避免形成流道短路或形成明显的局部流动滞止区。
狭缝式出口330被调节滑槽313与调节滑块323共同限定，本体301和芯体302被所述增材制造系统的台架机构（图中未示出）所保持并在作用于芯体302的外端部的轴向拉力作用下可操作地沿轴线300相对于彼此滑动，进而动态调节狭缝式出口330的狭缝长度W（图3A所示），其中，调节滑块323和平衡适配部326其中一个移入并挤占压缩流道303的容积空间，另一个移出并释放扩张流道303的容积空间，调节滑块323和平衡适配部326被构造成具有相等的沿轴线300的轴向投影面积，使得单位时间内所述压缩量和所述扩张量恰好相等，流道303具有恒定容积。
进一步地，如图3C所示，调节滑槽313包括自所述本体301的底面向上延伸的狭缝部313a和自狭缝部313a的上端沿径向延伸的辅助部313b，调节滑块323包括与狭缝部313a形状配合并液密地滑动结合的狭缝适配部323a和与辅助部313b形状配合并液密地滑动结合的辅助适配部323b，辅助适配部323b被构造成与平衡适配部326同轴的圆柱体，辅助适配部323b的直径3D1仅比芯体间隔凹部325的直径3D2大0.001mm至1mm；图3E示出了调节滑块323沿轴线300的轴向投影的放大图，狭缝适配部323a的轴向投影如图3E中的阴影部分所示，狭缝适配部323a的轴向投影呈上宽下窄的喇叭口形状，辅助适配部323b的轴向投影如图3E中的非阴影部分所示；图3F示出了平衡适配部326和辅助适配部323b沿轴线300的轴向投影的放大图，平衡适配部326的轴向投影完全覆盖辅助适配部323b的轴向投影，平衡适配部326的轴向投影与辅助适配部323b的轴向投影的差集呈圆环形状（图3F中的阴影部分）。
图3G是第三实施例的分解立体图，如图3G所示，本体301由半模301a和半模301b通过定位销305和紧固连接件（图中未示出）合为一体构造形成。
图4A至图4D示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第四实施例，图4A是第四实施例的前视剖视图，图4B、图4C、图4D分别是图4A中截得的截面4B-4B、4C-4C、4D-4D的剖视图，该实施例显示了第三实施例的一个可选实施例，其中相应的附图标记相对于第三实施例被增加“100”，结合4A至图4D所示，第四实施例与第三实施例类似，除了以下区别：对应于实施例三中的通孔325c和通孔32d分别被环形凹槽425e和环形凹槽425f代替用于连通上凹槽425a、下凹槽425b。
图5A至图5E示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第五实施例，图5A是第五实施例的前视剖视图，图5B、图5C、图5D分别是图5A中截得的截面5B-5B、5C-5C、5D-5D的剖视图，图5E示出了平衡适配部526和辅助适配部523b沿轴线500的轴向投影的放大图，该实施例显示了第三实施例的另一个可选实施例，其中相应的附图标记相对于第三实施例被增加“200”，结合图5A至图5E所示，第五实施例与第三实施例类似，除了以下区别：如图5E所示，辅助适配部523b被构造成轴向投影呈“优弧弓”形的残缺圆柱体，辅助适配部523b具有和平衡适配部526相等的外径5D1，平衡适配部526的轴向投影与辅助适配部523b的轴向投影的差集呈 “劣弧弓”形（图5E中的阴影部分）。
图6A至图6E示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第六实施例，图6A是第六实施例的前视剖视图，图6B、图6C、图6D分别是图6A中截得的截面6B-6B、6C-6C、6D-6D的剖视图，图6E示出了平衡适配部626和辅助适配部623b沿轴线600的轴向投影的放大图，该实施例显示了第三实施例的一个可选实施例，其中相应的附图标记相对于第三实施例被增加“300”，结合图6A至图6E所示，第六实施例与第三实施例类似，除了以下区别：如图6E所示，平衡适配部626被构造成轴向投影呈一大径圆与一小径圆相交形状的柱体，平衡适配部626具有和辅助适配部623b相等的外径6D1，平衡适配部626的轴向投影与辅助适配部623b的轴向投影的差集呈月牙形（图6E中的阴影部分）。
图7A至图7D示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第七实施例，图7A是第七实施例的前视剖视图，图7B、图7C、图7D分别是图7A中截得的截面7B-7B、7C-7C、7D-7D的剖视图，结合图7A至图7D所示，该可调狭缝式挤出头包括：可操作地沿轴线700相对于彼此滑动的本体701和芯体702，被设置在本体701上的对外连接所述增材制造系统的材料供给装置（图中未示出）用于接受构建材料的一个入口739，被本体701和芯体702共同限定形成的用于容纳入口739接受的所述构建材料的流道703，以及位于所述流道703底端的用于挤出片状或膜状的所述构建材料的一个狭缝式出口730。
本体701还具有：沿轴线700延伸且径向下端贯穿本体701的底面而对外开放的调节滑槽713，沿轴线700延伸且与本体701的底面相离设置的平衡滑动部716，以及置于调节滑槽713和平衡滑动部716之间并与二者相贯的本体间隔凹部715；芯体702具有：与调节滑槽713形状配合并液密地滑动结合的调节滑块723，与平衡滑动部716形状配合并液密地滑动结合的平衡适配部726，以及置于平衡适配部726和调节滑块723之间并与二者相贯的芯体间隔凹部725。
本体间隔凹部715、芯体间隔凹部725和平衡滑动部716的径向截面是一系列圆心在轴线700上的同心圆；本体间隔凹部715与芯体702之间具有径向缝隙间隔形成流道703的一部分，芯体间隔凹部725与本体701之间具有径向缝隙间隔也形成流道703的一部分，本体间隔凹部715的邻接平衡滑动部716的一端连通入口719，该构造的有益效果是使得流道703形成沿轴向的顺序流动，避免了流道703内部形成明显的局部流动滞止区。
狭缝式出口730被调节滑槽713与调节滑块723共同限定，本体701和芯体702被所述增材制造系统的台架机构（图中未示出）所保持并在作用于芯体702的外端部的轴向拉力作用下可操作地沿轴线700相对于彼此滑动，进而动态调节狭缝式出口730的狭缝长度W（如图7A所示），其中，调节滑块723和平衡适配部726其中一个移入并挤占压缩流道703的容积空间，另一个移出并释放扩张流道703的容积空间，调节滑块723和平衡适配部726被构造成具有相等的沿轴线700的轴向投影面积，使得单位时间内所述压缩量和所述扩张量恰好相等，流道703具有恒定容积。
进一步地，如图7C所示，调节滑槽713包括自所述本体701的底面向上延伸的狭缝部713a和自狭缝部713a径向地偏移的辅助部713b；调节滑块723包括：与狭缝部713a形状配合并液密地滑动结合的狭缝适配部723a和与辅助部713b形状配合并液密地滑动结合的辅助适配部723b；辅助适配部723b被构造成与平衡适配部726同轴的圆柱体，狭缝适配部723a和辅助适配部723b的形位关系参考图3E。
图8A至图8D示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第八实施例，图8A是第八实施例的前视剖视图，图8B、图8C、图8D分别是图8A中截得的截面8B-8B、截面8C-8C、8D-8D的剖视图，结合图8A至图8D所示，该可调狭缝式挤出头包括：可操作地沿轴线800相对于彼此滑动的本体801和芯体802，被设置在芯体802上的对外连接所述增材制造系统的材料供给装置（图中未示出）用于接受构建材料的二个入口既入口839a和入口839b，被本体801和芯体802共同限定形成的用于容纳入口839a和入口839b接受的所述构建材料的流道803，以及位于所述流道803底端的用于挤出片状或膜状的所述构建材料的一个狭缝式出口830。
本体801具有：沿轴线800延伸且径向下端贯穿本体801的底面而对外开放的调节滑槽813和沿轴线800延伸且与本体801的底面相离设置的平衡滑动部816；芯体802还具有：与调节滑槽813形状配合并液密地滑动结合的调节滑块823，与平衡滑动部816形状配合并液密地滑动结合的平衡适配部826，调节滑块823和平衡适配部826之间具有轴向间隔距离L（图8A所示），该间隔距离L使得芯体802和本体801之间形成了构成流道803的容积空间，该容积空间的轴向两端分别连通入口839a和入口839b，2个入口的构造设置避免了在流道803内部形成明显的局部流动滞止区。
狭缝式出口830被调节滑槽813与调节滑块823共同限定，本体801和芯体802被所述增材制造系统的台架机构（图中未示出）所保持并可操作地沿轴线800相对于彼此滑动，进而动态调节狭缝式出口830的狭缝长度W（图8A所示），其中，调节滑块823和平衡适配部826其中一个移入并挤占压缩流道803的容积空间，另一个移出并释放扩张流道803的容积空间，调节滑块823和平衡适配部826被构造成具有相等的沿轴线800的轴向投影面积，使得单位时间内所述压缩量和所述扩张量恰好相等，流道803具有恒定容积。
图9A至图9D示出了本公开的可调狭缝式挤出头的第九实施例，图9A是第九实施例的前视立体图，如图9A所示，该可调狭缝式挤出头包括：可操作地沿轴线900相对于彼此滑动的本体901和芯体902，被设置在芯体902上的对外连接所述增材制造系统的材料供给装置（图中未示出）用于接受构建材料的一个入口939，被本体901和芯体902共同限定形成的用于容纳入口939接受的所述构建材料的流道903，以及位于所述流道903底端的用于挤出片状或膜状的所述构建材料的一个狭缝式出口930。
图9B、图9C分别是图9A中截得的截面9B-9B、截面9C-9C的剖视图，图9D是图9B中截得的截面9D-9D的剖视图，结合图9B至图9D所示，本体901还具有：滑动平面910，设置在滑动平面910上的沿轴线900延伸且径向下端贯穿本体901的底面而对外开放的调节滑槽913，设置在滑动平面910上的沿轴线900延伸且与本体901的底面相离设置的平衡滑动部916，以及设置在滑动平面910上的置于平衡滑动部916和调节滑槽913之间并与二者相贯的本体间隔凹部915；芯体902具有：与滑动平面910形状配合并液密地滑动结合的滑动适配平面920，与调节滑槽913形状配合并液密地滑动结合的调节滑块923，以及与平衡滑动部916形状配合并液密地滑动结合的平衡适配部926。
本体间隔凹部915被置以环形凹槽构造与芯体902之间形成径向缝隙间隔，该径向缝隙间隔构成流道903的一部分并在流道903的中央区域形成一环形流道，该环形流道的环绕轴线与轴线900正交，该环形流道构造的有益效果是避免形成流道短路或形成明显的局部流动滞止区。
狭缝式出口930的轴向边界被调节滑槽913与调节滑块923共同限定，本体901和芯体902被所述增材制造系统的台架机构（图中未示出）所保持并可操作地沿轴线900相对于彼此滑动，进而动态调节狭缝式出口930的狭缝长度W（图9A所示），其中，调节滑块923和平衡适配部926其中一个移入并挤占压缩流道903的容积空间，另一个移出并释放扩张流道903的容积空间，调节滑块923和平衡适配部926被构造成具有相等的沿轴线900的轴向投影面积，使得单位时间内所述压缩量和所述扩张量恰好相等，流道903具有恒定容积。
上述实施例中的所述本体和所述芯体的适宜的制造材料为耐磨、耐高温和具有自润滑特性的材料，包括金属材料、无机非金属材料、复合材料以及它们的组合；所述金属材料包括铝合金、铜合金、铁碳合金、钨合金、钽合金、钼合金、铌合金、铪合金、铬合金、钒合金、锆合金和钛合金；所述无机非金属材料包括陶瓷、石墨和碳纤维，所述陶瓷包括氧化铝基陶瓷、氧化镁基陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷；所述复合材料包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、石墨基复合材料、纤维增强复合材料、弥散强化合金、金属陶瓷。
上述实施例中的所述狭缝式出口的外端面具有涂层，所述涂层的材质与所述构建材料浸润性较差，适当的涂层材料包括氟化聚合物 ( 例如，聚四氟乙烯、氟化乙丙烯、和全氟烷氧 基聚合物 )、菱形状碳材料及其组合。
本公开所述的可调狭缝式挤出头，其中，所述构建材料包括金属材料、有机合成材料、无机非金属材料或他们的组合；所述金属材料包括金属及其合金；所述有机合成材料包括热塑性树脂和蜡；所述无机非金属材料包括陶瓷、水泥、玻璃和石墨。
Claims (17)
1.一种可调狭缝式挤出头，在基于挤出的增材制造系统中使用,所述可调狭缝式挤出头包括：本体，所述本体具有沿轴向延伸且径向下端贯穿所述本体的底面而对外开放的调节滑槽，所述径向与所述轴向正交，所述底面与所述轴向平行；芯体，所述芯体具有与所述调节滑槽形状配合并与所述调节滑槽液密地滑动结合的调节滑块；至少一个入口，所述至少一个入口被构造在所述本体或/和所述芯体上，用于接受构建材料；流道，所述流道被所述本体和所述芯体共同限定的容积空间而构造形成，用于容纳所述至少一个入口接受的所述构建材料；以及形成于所述流道的底端的被所述调节滑槽与所述调节滑块共同限定边界的一个狭缝式出口，用于挤出所述构建材料；
所述可调狭缝式挤出头的特征在于：
所述本体还具有：沿所述轴向延伸的连通所述流道的与所述本体的底面相离设置的平衡滑动部；
所述芯体还具有：与所述平衡滑动部形状配合并与所述平衡滑动部液密地滑动结合的平衡适配部；
所述本体和所述芯体被所述增材制造系统的台架机构所保持并可操作地相对于彼此沿所述轴向滑动，进而调节所述狭缝式出口的沿所述轴向的狭缝长度，其中，所述调节滑块和所述平衡适配部的其中一个移入并挤占压缩所述流道的容积空间，另一个移出并释放扩张所述流道的容积空间，单位时间内所述挤占压缩的值和所述释放扩张的值被构造成恰好相等，使得所述流道具有恒定容积。
2.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述平衡适配部的所述轴向投影面积等于所述调节滑块的所述轴向投影面积。
3.根据权利要求2所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述本体还具有置于所述调节滑槽和所述平衡滑动部之间并与二者相贯的本体间隔凹部，所述本体间隔凹部与所述芯体之间具有径向缝隙间隔，所述径向缝隙间隔形成所述流道的一部分。
4.根据权利要求2所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述芯体还具有置于所述调节滑块和所述平衡适配部之间并与二者相贯的芯体间隔凹部，所述芯体间隔凹部与所述本体之间具有径向缝隙间隔，所述径向缝隙间隔形成所述流道的一部分。
5.根据权利要求3或4所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述径向缝隙间隔至少部分地被构造形成一环形流道，所述环形流道的环绕轴线与所述轴向正交。
6.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述调节滑槽包括：自所述本体的底面向上延伸的狭缝部，和
自所述狭缝部的上端沿所述径向延伸的辅助部；
所述调节滑块包括：与所述狭缝部形状配合并与所述狭缝部液密地滑动结合的狭缝适配部，和
与所述辅助部形状配合并与所述辅助部液密地滑动结合的辅助适配部；
所述狭缝适配部的所述轴向投影呈矩形或上宽下窄的喇叭口形状，所述辅助适配部的所述轴向投影呈现的几何形状包括多边形、圆形、椭圆形、弓形以及它们的组合；
所述平衡适配部的所述轴向投影呈现的几何形状包括多边形、圆形、椭圆形、弓形以及它们的组合。
7.根据权利要求6所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述平衡适配部的所述轴向投影完全覆盖所述辅助适配部的所述轴向投影,所述平衡适配部的所述轴向投影与所述辅助适配部的所述轴向投影的差集呈现的几何形状包括多边形、圆环形、弓形、月牙形。
8.根据权利要求3所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述调节滑块和所述平衡适配部被构造成一体化薄片体，所述调节滑块和所述平衡适配部的所述轴向投影被构造成在竖直方向上偏移设定的距离的全等矩形，所述竖直方向与所述轴向正交。
9.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
可操作地作用于所述芯体的所述轴向外端部的轴向拉力，驱动所述芯体与所述本体相对于彼此沿所述轴向双向滑动。
10.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述本体由2个半模合为一体而构造形成。
11.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
限定所述狭缝式出口的轴向边界的所述调节滑槽与所述调节滑块的轴向侧端面具有向内扩张的促流斜面，所述促流斜面与竖直方向的夹角构成促流角α，促流角α适宜的范围是3°至10°。
12.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：
所述可调狭缝式挤出头还包括加热单元，所述加热单元邻近所述流道设置，以使容纳在所述流道中的所述构建材料熔化为熔融流或维持熔融流到至少可挤出状态，所述加热单元的加热方式包括电阻加热和感应加热。
13.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述本体和所述芯体的制造材料为耐磨、耐高温、自润滑材料，包括金属材料、无机非金属材料、复合材料以及它们的组合；
所述金属材料包括铝合金、铜合金、铁碳合金、钨合金、钽合金、钼合金、铌合金、铪合金、铬合金、钒合金、锆合金和钛合金；
所述无机非金属材料包括陶瓷、石墨和碳纤维，所述陶瓷包括氧化铝基陶瓷、氧化镁基陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷；
所述复合材料包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、石墨基复合材料、纤维增强复合材料、弥散强化合金、金属陶瓷。
14.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述本体和所述芯体的底面具有涂层，所述涂层的材质与所述构建材料浸润性较差。
15.根据权利要求1所述的可调狭缝式挤出头，其特征在于：其中，
所述构建材料包括金属材料、有机合成材料、无机非金属材料或它们的组合；
所述金属材料包括金属及其合金；
所述有机合成材料包括热塑性树脂和蜡；
所述无机非金属材料包括陶瓷、水泥、玻璃和石墨。
16.一种具有可调狭缝式挤出头的增材制造系统装置，其特征在于，使用至少一个根据权利要求1至15任意一项所述的可调狭缝式挤出头。
17.根据权利要求16所述的一种具有可调狭缝式挤出头的增材制造系统装置，还包括如下的单元：
至少一个构建材料供给单元，所述构建材料供给单元包括滚轮式构建材料供给单元、螺杆挤压送料式构建材料供给单元和计量给料泵式构建材料供给单元；和
一个基础构建平台单元，其靠近所述可调狭缝式挤出头的所述狭缝式出口下方工作，用于承载三维制件；和
台架机构单元，用于保持和驱动所述可调狭缝式挤出头，以使所述可调狭缝式挤出头和所述基础构建平台根据指令沿直角坐标系中的X，Y和Z轴三维相对于彼此移动，以及使所述可调狭缝式挤出头的所述本体和所述芯体根据指令相对于彼此沿所述X轴向滑动，所述可调狭缝式挤出头和所述基础构建平台根据指令以所述Z轴为轴心相对于彼此水平旋转，所述增材制造系统装置自身整体根据指令以所述Y轴为轴心旋转；
所述台架机构单元包括驱动装置、传动装置和导向装置，所述驱动装置包括步进电机、伺服电机和直线电机，所述传动装置包括同步带传动装置、绳传动装置、螺旋传动装置、齿轮传动装置和直线电机传动装置，所述导向装置包括直线滑轨。
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