CN110076988A - 一种叠层取向的3d打印机喷头机构 - Google Patents

一种叠层取向的3d打印机喷头机构 Download PDF

Info

Publication number
CN110076988A
CN110076988A CN201910372159.9A CN201910372159A CN110076988A CN 110076988 A CN110076988 A CN 110076988A CN 201910372159 A CN201910372159 A CN 201910372159A CN 110076988 A CN110076988 A CN 110076988A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fixed block
shaped fixed
section
head
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910372159.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110076988B (zh
Inventor
于旻
葛正浩
孙立新
衡冲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201910372159.9A priority Critical patent/CN110076988B/zh
Publication of CN110076988A publication Critical patent/CN110076988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110076988B publication Critical patent/CN110076988B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种叠层取向的3D打印机喷头机构，包括上机头和下机头，上机头与下机头通过定位凸台定位，上机头和下机头内部沿径向依次设置有第一内螺纹段、凹槽和第二内螺纹段，位于上机头与下机头端部的第二内螺纹段连接喷嘴的外螺纹，上机头和下机头的凹槽相接后形成的空腔内依次沿径向设置有第一分层段、第一扭转段、第二分层段、第二扭转段和汇合段。熔融的打印丝材流入叠层取向的3D打印机喷头，经过分层‑扭转‑再分层‑再扭转‑汇合的过程，从而使熔体通过不断受到强烈的剪切作用使材料更均匀的混合，同时使高聚物的取向状态更加明显，从而增加材料的机械性能。

Description

一种叠层取向的3D打印机喷头机构
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种叠层取向的3D打印机喷头机构。
背景技术
3D打印是通过材料逐层堆积的方式成型所需零件，是以数字三维CAD模型文件为基础，将丝状、片状等特定的材料进行逐层堆积叠加成型，该成型方式具有制造成本低、生产周期短等优势。而目前3D打印机的制品在强度和刚度等力学性能差，无法很好的在工程领域使用，需要采用增强改性后的复合材料。但是，在塑料基体中使用短纤维增强或碳纳米管等一维/二维无机纳米粒子增强时，这些填料的取向分布具有较大的随机性，导致其微观结构存在缺陷而造成力学性能远没有达到所期望的性能指标要求，因此亟需一种能够使短纤维或纳米填料在基体组分中均匀分散且取向可控的设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叠层取向的3D打印机喷头机构，能够使填料在基体组分中均匀分散，并且取向可控。
本发明所采用的技术方案是，一种叠层取向的3D打印机喷头机构，包括上机头和下机头，上机头内表面上设置有两个定位凸台，下机头内表面上设置有两个定位凹槽，上机头与下机头通过定位凸台定位，并通过多个均匀分布的螺栓连接；上机头和下机头内部沿径向依次设置有第一内螺纹段、凹槽和第二内螺纹段，所述上机头与下机头端部的第二内螺纹段连接喷嘴的外螺纹，喷嘴中心处开设有圆柱流道，上机头和下机头的凹槽相接后形成的空腔内依次沿径向设置有第一分层段、第一扭转段、第二分层段、第二扭转段和汇合段，汇合段靠近喷嘴；且每个凹槽中心处沿径向开设有喇叭形的流道，流道的小口径端与第一扭转段相连接，流道的大口径端与第二分层段相连接。
本发明的特点还在于，
第一分层段包括第一U型固定块，第一U型固定块闭口端底部内竖直设置有第一梭形分流块，第一梭形分流块的高度与第一U型固定块的高度一致；第一U型固定块一侧外壁与上机头上的凹槽内壁相接，第一U型固定块另一侧外壁与下机头上的凹槽内壁相接。
第一扭转段包括第二U型固定块，第二U型固定块闭口端底部内表面上设有向内凹进的第一螺旋曲面凹槽，第一螺旋曲面凹槽的螺旋升角为10°～65°。
第二分层段包括第三U型固定块，第三U型固定块闭口端底部内竖直且均匀设置有两个第二梭形分流块，两个第二梭形分流块的高度与第三U型固定块的高度一致。
第二扭转段包括三个并排相连的第四U型固定块，每个第四U型固定块闭口端底部内表面上设有向内凹进的第二螺旋曲面凹槽，第二螺旋曲面凹槽的螺旋升角为10°～65°。
汇合段包括第五U型固定块，第五U型固定块闭口端底部内竖直且均匀设置有两个第三梭形分流块，两个第三梭形分流块的高度与第五U型固定块的高度一致。
本发明的有益效果是，
本发明的3D打印机喷头机构，可操作性高，可直接与通用3D打印机相连；打印丝材可以是纯塑料丝材，也可以是短纤维增强改性丝材、或是一维/二维无机填料增强改性丝材，丝材熔体通过打印喷头后，可打印出6层结构的熔体，当打印丝材为短纤维或纳米填料改性时，能够使填料在塑料基体组分中均匀分散，并且取向可控，从而方便快速实现3D打印制品的功能化，提高打印制件综合力学性能。
附图说明
图1是本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构的A-A向视图；
图2是本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构中第一分层段的结构示意图；
图3是本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构中第一扭转段的结构示意图；
图4是本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构中第二分层段的结构示意图；
图5是本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构中第二扭转段的结构示意图；
图6是本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构中汇合段的结构示意图。
图中，1.上机头，2.下机头，3.第一分层段，4.第一扭转段，5.第二分层段，6.第二扭转段，7.汇合段，8.喷嘴，9.定位凸台，10.第一U型固定块，11.第一梭形分流块，12.第二U型固定块，13.第一螺旋曲面凹槽，14.第三U型固定块，15.第二梭形分流块，16.第四U型固定块，17.第二螺旋曲面凹槽，18.第五U型固定块，19.第三梭形分流块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构，如图1所示，包括上机头1和下机头2，上机头1内表面上设置有两个定位凸台9，下机头2内表面上设置有两个定位凹槽，定位凹槽与定位凸台9相配合，上机头1与下机头2通过定位凸台9定位，并通过多个均匀分布的螺栓连接；
上机头1和下机头2内部沿径向依次设置有第一内螺纹段、凹槽和第二内螺纹段，凹槽两端均分别与第一内螺纹段端部、第二内螺纹段端部相接；位于上机头1与下机头2端部的第二内螺纹段连接喷嘴8的外螺纹，喷嘴8中心处开设有圆柱流道，用于挤出汇合后的熔体；
上机头1和下机头2连接后，由两个凹槽相接后形成的空腔内依次沿径向设置有第一分层段3、第一扭转段4、第二分层段5、第二扭转段6和汇合段7，汇合段7靠近喷嘴8；
每个凹槽中心处沿径向开设有喇叭形的流道，流道的小口径端与第一扭转段4相连接，流道的大口径端与第二分层段5相连接；
第一分层段3包括第一U型固定块10，如图2所示，第一U型固定块10闭口端底部内竖直设置有第一梭形分流块11，第一梭形分流块11的高度与第一U型固定块10的高度一致；第一U型固定块10沿径向设置在空腔内，且第一U型固定块10一侧外壁与上机头1上的凹槽内壁相接，第一U型固定块10另一侧外壁与下机头2上的凹槽内壁相接；
第一扭转段4包括第二U型固定块12，如图3所示，第二U型固定块12沿径向设置在空腔内，第二U型固定块12的开口端与第一U型固定块10闭口端相接，第二U型固定块12闭口端底部内表面上设有向内凹进的第一螺旋曲面凹槽13，第一螺旋曲面凹槽13的螺旋升角为10°～65°，用于对塑料熔体进行第一次扭转，使经过第一次分层的熔体汇合并由竖向排列扭转为横向排列；
第二分层段5包括第三U型固定块14，如图4所示，第三U型固定块14闭口端底部内竖直且均匀设置有两个第二梭形分流块15，两个第二梭形分流块15的高度与第三U型固定块14的高度一致，第三U型固定块14沿径向设置在空腔内，第三U型固定块14的开口端与第二U型固定块12闭口端相接，且第三U型固定块14一侧外壁与上机头1上的凹槽内壁相接，第三U型固定块14另一侧外壁与下机头2上的凹槽内壁相接；
第二扭转段6包括三个并排相连的第四U型固定块16，如图5所示，每个第四U型固定块16闭口端底部内表面上设有向内凹进的第二螺旋曲面凹槽17，第二螺旋曲面凹槽17的螺旋升角为10°～65°，第四U型固定块16的开口端与第三U型固定块14闭口端相接，且位于一侧端部的第四U型固定块16一侧外壁与上机头1上的凹槽内壁相接，位于另一侧端部的第四U型固定块16一侧外壁与下机头2上的凹槽内壁相接；用于对塑料熔体进行第二次扭转，使经过第二次分层的熔体汇合并由竖向排列扭转为横向排列；
汇合段7包括第五U型固定块18，如图6所示，第五U型固定块18闭口端底部内竖直且均匀设置有两个第三梭形分流块19，两个第三梭形分流块19的高度与第五U型固定块18的高度一致；第五U型固定块18的开口端与第四U型固定块16闭口端相接，且第五U型固定块19一侧外壁与上机头1上的凹槽内壁相接，第五U型固定块19另一侧外壁与下机头2上的凹槽内壁相接；汇合段7使经过第二次扭转的三股熔体通过后汇合在一起，得到竖直排列的多层熔体；
本发明一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其具体工作原理是：
熔融的打印丝材流入叠层取向的3D打印机喷头，经过分层-扭转-再分层-再扭转-汇合的过程，从而使熔体通过不断受到强烈的剪切作用使材料更均匀的混合，同时使高聚物的取向状态更加明显，从而增加材料的机械性能。具体过程为：
打印丝材由送丝机构送入3D打印机喷头的入口，丝材受热熔融后进入第一分层段3内，第一U型固定块10使熔体塑料通过第一分层段3后一分为二，将熔体分开成竖向排列的2层；然后熔体进入第一扭转段4，在该阶段将熔体由竖向的两层变为横向的两层；接着熔体进入到喇叭形的流道，将熔体的径向长度变长；随后熔体进入到第二分层段5，将拉伸后的熔体继续分为3层；紧接着熔体进入到第二扭转段6，将熔体由横向的两层变为竖向的两层；之后熔体进入到汇合段7，将扭转后的熔体在此处汇合，得到了6层熔体流料，最后熔体经由喷嘴8挤出。

Claims (6)

1.一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其特征在于，包括上机头(1)和下机头(2)，所述上机头(1)内表面上设置有两个定位凸台(9)，所述下机头(2)内表面上设置有两个定位凹槽，所述上机头(1)与下机头(2)通过定位凸台(9)定位，并通过多个均匀分布的螺栓连接；所述上机头(1)和下机头(2)内部沿径向依次设置有第一内螺纹段、凹槽和第二内螺纹段，位于所述上机头(1)与下机头(2)端部的第二内螺纹段连接喷嘴(8)的外螺纹，所述喷嘴(8)中心处开设有圆柱流道，所述上机头(1)和下机头(2)的凹槽相接后形成的空腔内依次沿径向设置有第一分层段(3)、第一扭转段(4)、第二分层段(5)、第二扭转段(6)和汇合段(7)，所述汇合段(7)靠近喷嘴(8)；且每个所述凹槽中心处沿径向开设有喇叭形的流道，所述流道的小口径端与第一扭转段(4)相连接，所述流道的大口径端与第二分层段(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其特征在于，所述第一分层段(3)包括第一U型固定块(10)，所述第一U型固定块(10)闭口端底部内竖直设置有第一梭形分流块(11)，所述第一梭形分流块(11)的高度与第一U型固定块(10)的高度一致；所述第一U型固定块(10)一侧外壁与上机头(1)上的凹槽内壁相接，所述第一U型固定块(10)另一侧外壁与下机头(2)上的凹槽内壁相接。
3.根据权利要求1所述的一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其特征在于，所述第一扭转段(4)包括第二U型固定块(12)，所述第二U型固定块(12)闭口端底部内表面上设有向内凹进的第一螺旋曲面凹槽(13)，所述第一螺旋曲面凹槽(13)的螺旋升角为10°～65°。
4.根据权利要求1所述的一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其特征在于，所述第二分层段(5)包括第三U型固定块(14)，所述第三U型固定块(14)闭口端底部内竖直且均匀设置有两个第二梭形分流块(15)，两个所述第二梭形分流块(15)的高度与第三U型固定块(14)的高度一致。
5.根据权利要求1所述的一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其特征在于，所述第二扭转段(6)包括三个并排相连的第四U型固定块(16)，每个所述第四U型固定块(16)闭口端底部内表面上设有向内凹进的第二螺旋曲面凹槽(17)，所述第二螺旋曲面凹槽(17)的螺旋升角为10°～65°。
6.根据权利要求1所述的一种叠层取向的3D打印机喷头机构，其特征在于，所述汇合段(7)包括第五U型固定块(18)，所述第五U型固定块(18)闭口端底部内竖直且均匀设置有两个第三梭形分流块(19)，两个所述第三梭形分流块(19)的高度与第五U型固定块(18)的高度一致。
CN201910372159.9A 2019-05-06 2019-05-06 一种叠层取向的3d打印机喷头机构 Active CN110076988B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910372159.9A CN110076988B (zh) 2019-05-06 2019-05-06 一种叠层取向的3d打印机喷头机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910372159.9A CN110076988B (zh) 2019-05-06 2019-05-06 一种叠层取向的3d打印机喷头机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110076988A true CN110076988A (zh) 2019-08-02
CN110076988B CN110076988B (zh) 2021-06-29

Family

ID=67418902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910372159.9A Active CN110076988B (zh) 2019-05-06 2019-05-06 一种叠层取向的3d打印机喷头机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110076988B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080315449A1 (en) * 2006-05-31 2008-12-25 Guill Tool & Engineering Co., Inc. Method and apparatus for forming high strength products
CN101768365A (zh) * 2008-12-29 2010-07-07 翁文桂 一种具有取向填料的聚合物复合材料及其制备方法
CN102470599A (zh) * 2009-06-30 2012-05-23 3M创新有限公司 用于由多层挤出物制备多条带挤出物的挤出模头元件、挤出模头和方法
CN202986041U (zh) * 2012-09-28 2013-06-12 青岛科技大学 橡胶短纤维层叠取向挤出装置
CN103214730A (zh) * 2013-03-21 2013-07-24 江苏金材科技股份有限公司 聚合物基碳纳米管取向增强功能材料及其制备方法、装置
EP2639038A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-18 BBS Corporation Layer sequence repeater module for a modular disk co-extrusion die and its usage
EP2653289A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-23 Nordson Extrusion Dies Industries, LLC System and method for making multilayer films and a layer multiplication device
CN104245309A (zh) * 2012-04-13 2014-12-24 卡斯西部储备大学 通过连续微米层的共挤出来制备微米和纳米纤维
CN205439260U (zh) * 2015-12-17 2016-08-10 北京清软海芯科技有限公司 快速打印喷头及具有该喷头的3d打印机
CN206598542U (zh) * 2017-03-08 2017-10-31 北京卫星制造厂 一种耐高温fdm打印头结构
US10071518B2 (en) * 2010-12-17 2018-09-11 Palo Alto Research Center Incorporated Method for interdigitated finger coextrusion

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080315449A1 (en) * 2006-05-31 2008-12-25 Guill Tool & Engineering Co., Inc. Method and apparatus for forming high strength products
CN101768365A (zh) * 2008-12-29 2010-07-07 翁文桂 一种具有取向填料的聚合物复合材料及其制备方法
CN102470599A (zh) * 2009-06-30 2012-05-23 3M创新有限公司 用于由多层挤出物制备多条带挤出物的挤出模头元件、挤出模头和方法
US10071518B2 (en) * 2010-12-17 2018-09-11 Palo Alto Research Center Incorporated Method for interdigitated finger coextrusion
EP2639038A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-18 BBS Corporation Layer sequence repeater module for a modular disk co-extrusion die and its usage
CN104245309A (zh) * 2012-04-13 2014-12-24 卡斯西部储备大学 通过连续微米层的共挤出来制备微米和纳米纤维
EP2653289A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-23 Nordson Extrusion Dies Industries, LLC System and method for making multilayer films and a layer multiplication device
CN202986041U (zh) * 2012-09-28 2013-06-12 青岛科技大学 橡胶短纤维层叠取向挤出装置
CN103214730A (zh) * 2013-03-21 2013-07-24 江苏金材科技股份有限公司 聚合物基碳纳米管取向增强功能材料及其制备方法、装置
CN205439260U (zh) * 2015-12-17 2016-08-10 北京清软海芯科技有限公司 快速打印喷头及具有该喷头的3d打印机
CN206598542U (zh) * 2017-03-08 2017-10-31 北京卫星制造厂 一种耐高温fdm打印头结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN110076988B (zh) 2021-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230278284A1 (en) 3d printing system nozzle assembly for printing of fiber reinforced parts
US20180214909A1 (en) Extrusion-based additive manufacturing
KR100278254B1 (ko) 장섬유 보강 수지 구조물의 제조방법 및 장치
CN100372885C (zh) 一种连续长纤维增强尼龙/聚烯烃复合材料及其制备方法
EP3150363B1 (de) Verfahren zur herstellung eines sandwichbauteils für eine windenergieanlage
CN107866985A (zh) 用可模制碳纤维模制的部件及其制造方法
US20180356118A1 (en) 3d printed continuous fiber reinforced part
CN113039051A (zh) 复合流动模制方法
US20020185770A1 (en) Method for aligning carbon nanotubes for composites
CA1315510C (en) Fibre reinforced polymer compositions and process and apparatus for production thereof
CN109353027A (zh) 碳纤维复合材料交叉类网格结构的成型方法
CN102177012A (zh) 通过使用两种或多种树脂制造聚合物复合材料元件的方法
CN104260364B (zh) 一种纤维增强热塑性制品的制备方法
CN106608036A (zh) 连续纤维布或纤维布套多层共挤出机头模具
CN103802296B (zh) 一种共挤生产土工格栅的方法
CN110076988A (zh) 一种叠层取向的3d打印机喷头机构
CN102596525B (zh) 长纤维增强的聚合物材料和方法及其制造装置
CN111823581B (zh) 一种具有增强骨架的异步3d打印方法及装置
CN205202092U (zh) 连续纤维布或纤维布套多层共挤出机头模具
CN106739347A (zh) 一种具有多层仿生形态的高分子材料及其制备方法
CN107856295B (zh) 一种3d打印机
JP6480497B2 (ja) 長繊維複合材の製造装置
CN106608034B (zh) 连续纤维束多层共挤出机头模具
CN210651900U (zh) 一种叠层复合的3d打印机喷头
US11691359B2 (en) Multiple layer article with interactive reinforcements linear ribbon fiber reinforcement for composite forms

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant