CN109703021A - 一种多材料混合喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，提出了一种多材料混合喷头，包括驱动装置、运输针、储液室、混合室、喷嘴和多个材料添加装置；所述驱动装置包括一驱动轴，所述驱动轴驱动连接所述运输针，以控制所述运输针的转动，所述储液室的下方依次固定设置混合室和喷嘴，所述储液室内部设置材料混合通道，包括多个进液口和一个出液口，所述混合室包括第一通道，所述喷嘴包括第二通道，所述出液口、第一通道和第二通道三者相互连通，且所述运输针设置于所述出液口、第一通管道和第二通道内，所述材料添加装置分别连接于所述储液室的进液口。本发明实现多材料混合喷印的目的，并且可以提高喷印溶液粘度的适用范围。

Description

一种多材料混合喷头

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种多材料混合喷头。

背景技术

当前电子产业的发展越来越迅速，一些柔性电子产品的制造技术也受到越来越多的关注。因为柔性电子产品大多数由微小型功能器件构成，所以其制造技术主要涉及微纳制造技术，目前主要有喷印、直写和3D打印技术等。例如Chen等人提出的一种可拉伸应变微纳结构，该结构可通过3D打印技术制备，在可穿戴设备、软机器人技术和物联网等领域发挥着关键作用(Ying J,Liu Z,Matsuhisa N,et al.Auxetic Mechanical Metamaterials toEnhance Sensitivity of Stretchable Strain Sensors[J].Advanced Materials,2018,30(12):1706589)。微纳结构的制造技术还广泛应用于组织工程和超材料等领域，因此微纳制造技术与现代技术的发展息息相关。

基于单一材料的微纳制造技术已经十分成熟，但具有多功能的微纳结构通常不只是由一种材料构成，需要在一种材料中添加另一种材料以扩展或增强性能。目前也有相关学者研究基于多材料的喷印头，例如Lewis等人提出一种多材料微流控3D打印头，能够从同一个喷嘴以可编程的方式打印多种材料，在制备过程中可实现两种粘弹性材料之间的无缝切换，但是该方法只是实现了两种材料的切换，两种材料并未得到充分的混合，因此打印材料性能并不是很稳定(Hardin J O,Ober T J,Valentine A D,et al.MicrofluidicPrintheads for Multimaterial 3D Printing of Viscoelastic Inks.[J].AdvancedMaterials,2015,27(21):3279-3284.)。

发明内容

本发明针对现有多材料混合喷印难、高粘度溶液不易输运等问题，提供了一种多材料混合喷头，实现多材料混合喷印的目的，并且可以提高喷印溶液粘度的适用范围。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多材料混合喷头，包括驱动装置、运输针、储液室、混合室、喷嘴和多个材料添加装置；所述驱动装置包括一驱动轴，所述驱动轴驱动连接所述运输针，以控制所述运输针的转动，所述储液室的下方依次固定设置混合室和喷嘴，所述储液室内部设置材料混合通道，包括多个进液口和一个出液口，所述混合室包括第一通道，所述喷嘴包括第二通道，所述出液口、第一通道和第二通道三者相互连通，且所述运输针设置于所述出液口、第一通管道和第二通道内，所述材料添加装置分别连接于所述储液室的进液口。

进一步的，所述第一通道的形状为圆柱形，其靠近储液室的一端的内径大于远离储液室的一端的内径。

进一步的，所述混合室与喷嘴的连接处设置一加热装置。

进一步的，所述加热装置包括基座和加热棒，所述基座套设于所述混合室上，所述基座上包括一安装孔，所述加热棒设置于所述安装孔内。

进一步的，所述材料添加装置包括材料放置槽和连接管路，所述材料放置槽固定设置于所述储液室的上方，所述材料放置槽的下端通过连接管路连接于所述储液室的进液口。

进一步的，所述材料添加装置还包括流量控制装置，用于控制流入储液室中的材料的数量。

进一步的，所述流量控制装置为蠕动泵，所述蠕动泵的两端分别连接于所述材料添加装置和所述储液室的进液口。

进一步的，所述驱动装置为电机。

进一步的，所述材料添加装置和所述进液口的个数均为两个，所述两个进液口对称设置于所述出液口的轴向的两端。

本发明采用如上技术方案，通过材料添加装置添加各种材料，通过储液室对各种材料进行初步混合，通过混合室利用韦森堡效应中转轴旋转时的剪切效应实现充分混合以及利用爬杆效应实现混合后溶液的输运，能够实现多种材料的混合和输运，最终运输至喷嘴实现多材料混合喷印的目的，并且可以提高喷印溶液粘度的适用范围。

附图说明

图1所示为本发明实施例的整体结构的示意图。

图2所示为该实施例中混合运输部分的剖视图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和2所示，本实施例公开了一种多材料混合喷头，包括驱动装置、运输针2、储液室3、混合室4、喷嘴5和多个材料添加装置6。

所述驱动装置包括一驱动轴，所述驱动轴固定连接所述运输针2，以控制所述运输针2的转动

所述驱动装置的作用为控制所述运输针2的转动，因此使用常用的驱动结构即可，如液压驱动，电机驱动等，该实施例中，所述驱动装置为了结够的简单优选选用电机1，其固定设置于所述储液室3的上方，带动所述运输针2的上端进行转动。

所述驱动装置和所述储液室3均需要被固定设置于一相对的高度上，当与地面进行固定时，两者可以均通过一支撑装置进行固定，且所述驱动装置设置于所述储液室3的上方，该实施例中所述驱动装置通过精密电动滑台9进行固定。

所述运输针2为外径较小的圆柱形针状结构，其外径为微米级，材料为不锈钢材料。

所述储液室3的下方依次固定设置混合室4和喷嘴5，所述储液室3内部设置材料混合通道，包括多个进液口31和一个出液口32，所述混合室4包括第一通道41，所述喷嘴5包括第二通道42，所述出液口32、第一通道41和第二通道42三者相互连通，且所述运输针2设置于所述出液口32、第一通道41和第二通道42内，所述材料添加装置6分别连接于所述储液室3的进液口31。所述进液口31的数量与所述材料添加装置6的数量相对应，所述材料从各个进液口31进入通道后进行初步混合，之后从同一个出液口32流出，进而进入第一通道41和第二通道42内。由于第一通道41和第二通道42内的运输针2始终在旋转，根据韦森堡效应中转轴旋转时的剪切效应实现混合以及爬杆效应实现混合后溶液的输运，混合后的材料被充分混合后运输至喷嘴5的出口，在外加电场力或其它挤压力的作用下喷印到收集板7上。

该实施例中为两种材料混合，因此，所述材料添加装置6和所述进液口31均包括两个，所述两个进液口31对称设置于所述出液口32的轴向的两端，且所述两个进液口31的液体流向均为水平方向。通过两个进液口31相对设置，可以使两种液体混合的更加均匀。

为了能够使混合的过程更加的充分，该实施例中，优选设置所述第一通道41的形状为圆柱形，其靠近储液室3的一端的内径大于远离储液室3的一端的内径。通过外部压缩和韦森堡效应能够加速混合的进行。

进一步的，该实施例中在所述混合室4与喷嘴5的连接处设置一加热装置8。通过加热装置8对混合室4中的材料进行加热也能加速混合的进行。

所述加热装置8的结构本领域技术人员可以根据需求设置，该实施例中为了结构的简单和安装的方便，设置所述加热装置8包括基座81和加热棒，所述基座81套设于所述混合室4上，所述基座81上包括一安装孔82，所述加热棒设置于所述安装孔82内。

所述材料添加装置6用于将不同的材料添加至储液室3内，因此，使用常用的结构即可，该实施例中设置所述材料添加装置6包括材料放置槽61和连接管路，所述材料放置槽61固定设置于所述储液室3的上方，所述材料放置槽61的下端通过连接管路连接于所述储液室3的进液口31。所述材料放置槽61可以为多种外形，如长方体、圆锥体和三角锥体等等。

为了控制流入储液室3中的材料的数量，该实施例中，优选在材料添加装置6中设置流量控制装置，具体采用蠕动泵62，所述蠕动泵62的两端分别连接于所述材料添加装置6和所述储液室3的进液口31。通过蠕动泵62能够精确控制流入储液室3中的各种材料的数量，达到精确混合。

该实施例中，通过材料添加装置6添加各种材料，通过储液室3对各种材料进行初步混合，通过混合室4利用韦森堡效应中转轴旋转时的剪切效应实现充分混合以及利用爬杆效应实现混合后溶液的输运，能够实现多种材料的混合和输运，最终运输至喷嘴5，实现多材料混合喷印的目的，并且可以提高喷印溶液粘度的适用范围。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多材料混合喷头，其特征在于：包括驱动装置、运输针、储液室、混合室、喷嘴和多个材料添加装置；所述驱动装置包括一驱动轴，所述驱动轴驱动连接所述运输针，以控制所述运输针的转动，所述储液室的下方依次固定设置混合室和喷嘴，所述储液室内部设置材料混合通道，包括多个进液口和一个出液口，所述混合室包括第一通道，所述喷嘴包括第二通道，所述出液口、第一通道和第二通道三者相互连通，且所述运输针设置于所述出液口、第一通管道和第二通道内，所述材料添加装置分别连接于所述储液室的进液口。

2.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述第一通道的形状为圆柱形，其靠近储液室的一端的内径大于远离储液室的一端的内径。

3.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述混合室与喷嘴的连接处设置一加热装置。

4.根据权利要求3所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述加热装置包括基座和加热棒，所述基座套设于所述混合室上，所述基座上包括一安装孔，所述加热棒设置于所述安装孔内。

5.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述材料添加装置包括材料放置槽和连接管路，所述材料放置槽固定设置于所述储液室的上方，所述材料放置槽的下端通过连接管路连接于所述储液室的进液口。

6.根据权利要求5所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述材料添加装置还包括流量控制装置，用于控制流入储液室中的材料的数量。

7.根据权利要求6所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述流量控制装置为蠕动泵，所述蠕动泵的两端分别连接于所述材料添加装置和所述储液室的进液口。

8.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述驱动装置为电机。

9.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于：所述材料添加装置和所述进液口的个数均为两个，所述两个进液口对称设置于所述出液口的轴向的两端。