CN110154539A - 一种喷嘴和打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷嘴和打印设备，其中喷嘴包括：挤出头和转动件，转动件的第一端面设置有螺旋槽，挤出头设置于中心孔内，且挤出头的第一端部伸出第一端面；第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部以转动件的中心轴线对称设置，第一连接部和第二连接部均与螺旋槽滑动连接；第一滑动部和第二滑动部，第一滑动部和第一连接部固定连接，第二滑动部和第二连接部固定连接，第一滑动部和第二滑动部在挤出头的第一端部内相对滑动，以改变挤出头的挤出端口的截面。本发明提供的喷嘴的截面可调节，灵敏度较高，可控性较强。还能够减少被加工零件的阶梯误差，增大层与层之间的粘结表面积，提高被加工零件厚度方向的结构强度。

Description

一种喷嘴和打印设备

技术领域

本发明涉及加工技术领域，尤其涉及一种喷嘴和打印设备。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，简称AM)是指采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，该技术融合了计算机辅助设计制造、材料加工与成型等学科，具有零件设计自由度高、生产经济性好、材料利用效率高、生产可预测性好等优点，该技术广泛应用于机械制造、生物医学、建筑设计等领域。

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)是增材制造中应用最为广泛的技术。FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性与粘结性，在单片机等控制设备的控制下逐层堆积成型。相比于其他的增材制造技术，其具有工艺与设备成熟、维护便捷，成型材料广泛，后处理过程简单、成本低等优点。然而，FDM工艺所采用的喷嘴为固定圆孔，由此导致被加工零件表面纹路明显，尺寸精度低且表面粗糙度高；厚度方向由于层层堆积粘结的缘故，导致其结构强度相对较低；并且其堆积速度缓慢，成型效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种喷嘴和打印设备，以解决现有固定圆孔的喷嘴存在导致被加工零件表面纹路明显，尺寸精度低且表面粗糙度高等的技术问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供的具体方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种喷嘴，包括：

挤出头，所述挤出头具有第一端部和第二端部；

转动件，所述转动件具有第一端面和第二端面，所述第一端面设置有螺旋槽，所述螺旋轴的螺旋中心与所述转动件的中心轴线重合，所述转动件开设有从所述第一端面至所述第二端面的中心孔，所述挤出头设置于所述中心孔内，且所述挤出头的第一端部伸出所述第一端面；

第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部以所述转动件的中心轴线对称设置，所述第一连接部和所述第二连接部均与所述螺旋槽滑动连接；

第一滑动部和第二滑动部，所述第一滑动部和所述第一连接部固定连接，所述第二滑动部和所述第二连接部固定连接，所述第一滑动部和所述第二滑动部在所述挤出头的第一端部内相对滑动，以改变所述挤出头的挤出端口的截面。

可选的，所述喷嘴还包括驱动机构，所述驱动机构与所述转动件传动连接，以驱动所述转动件绕其中心轴线旋转。

可选的，所述转动件为第一齿轮；

所述驱动结构包括第二齿轮和电机；

所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合，所述电机的驱动轴与所述第二齿轮连接，以驱动所述第二齿轮绕其中心轴线旋转。

可选的，所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动比为预设值。

可选的，所述挤出头的第一端部包括两个相对的固定平面，两个所述固定平面之间形成直线型挤出通道，所述第一滑动部和所述第二滑动部伸入所述挤出通道内，所述第一滑动部、所述第二滑动部以及两个所述固定平面围合形成所述挤出端口。

可选的，所述第一滑动部和所述第二滑动部的均为半圆形凹槽，两个所述凹槽开口相对。

可选的，所述喷嘴还包括：

滚动轴承，所述滚动轴承的外圆周与所述第一齿轮的内壁连接，所述滚动轴承的外圆周与所述挤出头的外壁连接。

可选的，所述第一滑动部和所述第二滑动部上均开设有密封凹槽。

可选的，所述螺旋槽包括两条螺旋线，两条螺旋线以所述转动件的中心轴线为螺旋中心。

第二方面，本发明实施例还提供了一种打印设备，包括加热装置、以及如第一方面中任一项所述的喷嘴；

所述挤出头的第二端口与所述加热装置的流体腔体连通。

本发明实施例提供一种喷嘴及其所应用的打印设备，喷嘴包括挤出头和转动件，挤出头设置于转动件的中心孔内，通过第一连接部和第二连接部沿转动件的第一端面的螺旋槽滑动，带动第一滑动部和第二滑动部在所述挤出头的第一端部相对滑动，进而改变挤出头的挤出端口的截面。本发明提供的喷嘴的截面可调节，灵敏度较高，可控性较强。减少被加工零件的阶梯误差，增大层与层之间的粘结表面积，提高被加工零件厚度方向的结构强度。此外，还可以根据实际所被加工零件的结构，随时调整喷嘴截面积的大小，不用另外更换喷嘴，能够在满足基本加工成型的基础上，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种喷嘴的部分结构示意图；

图2为本发明实施例提供的喷嘴的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例提供的喷嘴的部分结构的仰视图；

图4为本发明实施例提供的喷嘴的剖切视图；

图5为本发明实施例提供的喷嘴的立体图。

附图标记汇总：

挤出头10，第一端部11，第二端部12，固定平面13，挤出端口14；

转动件20，螺旋槽21，中心孔22，

第一连接部31，第二连接部32，

第一滑动部41，第二滑动部42

驱动机构50，电机51，第二齿轮52；

滚动轴承60；

壳体70，盖体71；

加热装置80。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种喷嘴的结构示意图。如图1至图4所示，所述喷嘴包括：

挤出头10，所述挤出头10具有第一端部11和第二端部12；

转动件20，所述转动件20具有第一端面和第二端面，所述第一端面设置有螺旋槽21，所述螺旋轴21的螺旋中心与所述转动件20的中心轴线重合，所述转动件20开设有从所述第一端面至所述第二端面的中心孔22，所述挤出头10设置于所述中心孔22内，且所述挤出头10的第一端部11伸出所述第一端面；

第一连接部31和第二连接部32，所述第一连接部31和所述第二连接部32以所述转动件20的中心轴线对称设置，所述第一连接部31和所述第二连接部32均与所述螺旋槽21滑动连接；

第一滑动部41和第二滑动部42，所述第一滑动部41和所述第一连接部31固定连接，所述第二滑动部42和所述第二连接部32固定连接，所述第一滑动部41和所述第二滑动部42在所述挤出头10的第一端部11内相对滑动，以改变所述挤出头10的挤出端口14的截面。

本实施例提供的喷嘴，可以应用于打印设备中。喷嘴包括挤出头10和转动件20，挤出头10具有第一端部11和第二端部12，挤出头10的第二端部12连接打印设备中的加热装置80。加热装置80内的熔融材料经过挤出头10的第一端部11挤出到打印平台上，完成打印作业。

具体的，如图1至图4所示，所述转动件20包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面上开设有螺旋槽21，螺旋槽21的螺旋中心与转动件20的中心轴线重合。可选的，所述螺旋槽21包括两条螺旋线，两条螺旋线以所述转动件20的中心轴线为螺旋中心。可以将这两条螺旋槽21分别定义为第一螺旋线和第二螺旋线，第一螺旋线和第二螺旋线的旋绕方向相同。具体排布时，优选将第一螺旋线和第二螺旋线对称设置，第一螺旋线绕螺旋中心旋转180°即可得到第二螺旋线，反之亦然。可选的，所述转动件20可以为齿轮、转盘等可转动结构。

此外，喷嘴还包括第一连接部31和第二连接部32，以及第一滑动部41和第二滑动部42。第一连接部31和第二连接部32以所述转动件20的中心轴线对称设置，第一连接部31的一端伸入第一螺旋线对应的螺旋槽21内，第一连接部31的另一端连接所述第一滑动部41，第二连接部32的一端伸入第二螺旋线对应的螺旋槽21内，第二连接部32的另一端连接所述第二滑动部42。转动件20转动时，第一连接部31和第二连接部32在螺旋槽21内相对转动，第一滑动部41和第二滑动部42也相对运动。第一滑动部41和第二滑动部42在挤出头10的第一端部11内相对运动即可改变挤出头10的挤出端口14的截面。第一滑动部41和第二滑动部42相对运动的情况可以有多种，例如，第一滑动部41和第二滑动部42均沿螺旋槽21做螺旋运动，或者，第一滑动部41和第二滑动部42受到螺旋槽21周向方向的力的限制，仅有径向方向的力做功，使其只作径向运动。

可选的，所述喷嘴还可以包括驱动机构50，所述驱动机构50与所述转动件20传动连接，以驱动所述转动件20绕其中心轴线旋转。

具体使用时，通过驱动机构50驱动转动件20转动，这样，第一连接部31和第二连接部32即可沿转动件20第一端面的螺旋槽21相对滑动，与第一连接部31固定连接的第一滑动部41，以及与第二连接部32固定连接的第二滑动部42即可相互靠拢或者远离。

增设驱动机构50，驱动机构50的驱动轴与转动件20传动连接，且驱动机构50的控制端与可编程的单片机或者其他控制器等控制设备实现有线或者无线远程连接。转动件20即可在驱动机构50及控制设备的控制下自动转动，实现喷嘴的自动化控制。

上述本发明实施例提供的喷嘴，包括挤出头和转动件，挤出头设置于转动件的中心孔内，通过第一连接部和第二连接部沿转动件的第一端面的螺旋槽滑动，带动第一滑动部和第二滑动部在所述挤出头的第一端部相对滑动，进而改变挤出头的挤出端口的截面。本发明提供的喷嘴的截面可调节，灵敏度较高，可控性较强。此外，本发明实施例提供的喷嘴应用于打印作业时还能够减少被加工零件的阶梯误差，增大层与层之间的粘结表面积，提高被加工零件厚度方向的结构强度。此外，还可以根据实际所被加工零件的结构，随时调整喷嘴截面积的大小，不用另外更换喷嘴，能够在满足基本加工成型的基础上，提高生产效率。

在一种具体实施方式中，所述转动件20可以为第一齿轮；

所述驱动结构可以包括第二齿轮52和电机51；

所述第一齿轮与所述第二齿轮52相啮合，所述电机51的驱动轴与所述第二齿轮52连接，以驱动所述第二齿轮52绕其中心轴线旋转。

本实施方式中，转动件20选为第一齿轮，增设的驱动机构50包括电机51和第二齿轮52，将电机51的驱动轴与第二齿轮52传动连接，第二齿轮52与第一齿轮啮合，这样，即可实现电机51通过第二齿轮52带动第一齿轮绕其中心轴转动，进而带动第一连接部31和第二连接部32相对运动。

具体实施时，电机51可以为步进电机51，步进电机51的驱动轴通过联轴器与第二齿轮52的中心轴传动连接。第一齿轮和第二齿轮52的齿轮副没有特别限制，满足打印作业中的尺寸需求，能够顺利传递转矩即可。为便于加工制造，可选采用标准模数的直齿圆柱齿轮，且齿数不宜过小。

考虑到所采用的电机51的转动类型，以及与喷嘴匹配的第一齿轮和第二齿轮52的尺寸大小不同，可以通过调整第一齿轮和第二齿轮52的传动比来实现不同的传动方案。可选的，所述第一齿轮和所述第二齿轮52的传动比为预设值。

例如，设置第一齿轮和第二齿轮52的传动比为大于1的预设值，电机51带动第二齿轮52转动一定角度，齿数较多的第一齿轮即会转动相对较小的角度，第一齿轮上的第一连接部31和第二连接部32也会发生较小程度的相对运动，即可实现对喷嘴的接触端口截面的精准控制。

具体装配时，可以将电机51固定到控制喷嘴移动的桁架上，通过有线或者无线连接方式实现电机51控制端与整套打印系统的控制设备之间的连接，以实现控制设备控制电机51驱动轴的任意角度转动改变喷嘴的挤出端口14的截面的方案。具体的，控制电机51的程序可以在计算机上进行编写，并烧录到单片机等控制设备上。

可选的，如图1至图4所示，所述喷嘴还可以包括：

滚动轴承60，所述滚动轴承60的外圆周与所述第一齿轮的内壁连接，所述滚动轴承60的外圆周与所述挤出头10的外壁连接。

本实施方式在第一齿轮内增设滚动轴承60，将滚动轴承60的外圆周与第一齿轮的内壁连接，且滚动轴承60的内圆周与挤出头10的外壁连接，其连接方式可以为过渡配合。增设滚动轴承60可以提高第一齿轮的稳定性和转动灵敏度，延长第一齿轮及喷嘴整体的使用寿命。

在另一种具体实施方式中，如图1至图4所示，所述挤出头10的第一端部11包括两个相对的固定平面13，两个所述固定平面13之间形成直线型挤出通道，所述第一滑动部41和所述第二滑动部42伸入所述挤出通道内，所述第一滑动部41、所述第二滑动部42以及两个所述固定平面13围合形成所述挤出端口14。

本实施方式中，对挤出头10的挤出端口14的形成方式作了进一步限定。挤出头10的第一端部11内包括两个固有的平面，定义为固定平面13，该两个固定平面13相对设置，两个固定平面13之间围合形成直线型的通道，定义为挤出通道。第一滑动部41和第二滑动部42位于挤出通道内，在挤出通道内相对滑动，这样，第一滑动部41和第二滑动部42，以及基础通道侧壁围合成的端口即为挤出端口14。通过改变第一滑动部41和第二滑动部42之间的距离，即可改变挤出端口14的截面。

需要说明的是，第一滑动部41和第二滑动部42被限制在挤出通道内相对运动，即第一滑动部41和第二滑动部42仅能在挤出通道所在直线上作直线运动，而不能沿其他方向运动。

第一连接部31与第一滑动部42固定连接，第二连接部32与第二滑动部42固定连接。第一连接部31和第二连接部32沿螺旋槽21的滑动可以分解为周向滑动和径向滑动，与之固定连接的第一滑动部41和第二滑动部42也会受到周向力和径向力。由于第一滑动部41和第二滑动部42所受到的周向力被挤出通道的侧壁的反作用力抵消，第一滑动部41和第二滑动部42也无法进行周向滑动，仅能沿所在直径作径向滑动。即转动件20转动时，第一连接部31和第二连接部32沿螺旋槽21相互靠近或者远离，所述第一滑动部41和所述第二滑动部42在挤出通道内相互靠拢或者远离，形成不同截面的挤出端口14。

在其他实施方式中，所述第一滑动部41和所述第二滑动部42均为半圆形凹槽，两个所述凹槽开口相对。

本实施方式根据实际打印作业中对喷嘴的截面要求，对第一滑动部41和第二滑动部42作了进一步限定。将第一滑动部41和第二滑动部42相对的表面限定为内凹的弧面，即第一滑动部41和第二滑动部42均为半圆形凹槽，且这两个半圆形凹槽的开口相对。在使用过程中，挤出通道的侧壁，以及两个半圆形凹槽共同围合成挤出端口14。因此，半圆形凹槽之间的距离决定了挤出端口最终的截面。

两半圆形凹槽靠近贴合时，挤出端口14的截面为圆形；两半圆形凹槽远离时，挤出端口的截面为扁平的长条形，两端呈半圆形。滑动部从最远距离相互靠拢的过程中，扁平长条形的长度逐渐减小。

上述对第一滑动部和第二滑动部的表面限定的方案，既能满足普通打印作业中对圆形截面的挤出端口的需求，又能提供其他截面的挤出端口方案，满足不同打印工艺的需求。

可选的，如图1、图2和图5所示，所述喷嘴还可以包括壳体70和盖体71，壳体70包裹住挤出头10、转动件20等结构，盖体71盖住所述壳体70的开口，仅露出喷嘴的挤出端口10，保护喷嘴内部的结构。

可选的，所述第一滑动部41和所述第二滑动部42上均开设有密封凹槽，以提高喷嘴整体的密封性。

此外，本发明实施例还提供了一种打印设备，包括加热装置以及喷嘴；

所述挤出头的第二端口与所述加热装置的流体腔体连通。

所述喷嘴可以为上述图1至图5所示的实施例提供的喷嘴。

本发明实施例提供的打印设备，其喷嘴内增设一转动件，挤出头设置于转动件的中心孔内，通过第一连接部和第二连接部沿转动件的第一端面的螺旋槽滑动，带动第一滑动部和第二滑动部在所述挤出头的第一端部相对滑动，进而改变挤出头的挤出端口的截面。本发明提供的喷嘴的截面可调节，灵敏度较高，可控性较强。减少被加工零件的阶梯误差，增大层与层之间的粘结表面积，提高被加工零件厚度方向的结构强度。此外，还可以根据实际所被加工零件的结构，随时调整喷嘴截面积的大小，不用另外更换喷嘴，能够在满足基本加工成型的基础上，提高生产效率。本发明实施例提供的打印设备的具体实施过程，可以参见上述图1至图5所示的实施例提供的喷嘴的具体实施过程，在此不再一一赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种喷嘴，其特征在于，包括：

挤出头，所述挤出头具有第一端部和第二端部；

转动件，所述转动件具有第一端面和第二端面，所述第一端面设置有螺旋槽，所述螺旋轴的螺旋中心与所述转动件的中心轴线重合，所述转动件开设有从所述第一端面至所述第二端面的中心孔，所述挤出头设置于所述中心孔内，且所述挤出头的第一端部伸出所述第一端面；

第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部以所述转动件的中心轴线对称设置，所述第一连接部和所述第二连接部均与所述螺旋槽滑动连接；

第一滑动部和第二滑动部，所述第一滑动部和所述第一连接部固定连接，所述第二滑动部和所述第二连接部固定连接，所述第一滑动部和所述第二滑动部在所述挤出头的第一端部内相对滑动，以改变所述挤出头的挤出端口的截面。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括驱动机构，所述驱动机构与所述转动件传动连接，以驱动所述转动件绕其中心轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述转动件为第一齿轮；

所述驱动结构包括第二齿轮和电机；

所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合，所述电机的驱动轴与所述第二齿轮连接，以驱动所述第二齿轮绕其中心轴线旋转。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动比为预设值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的喷嘴，其特征在于，所述挤出头的第一端部包括两个相对的固定平面，两个所述固定平面之间形成直线型挤出通道，所述第一滑动部和所述第二滑动部伸入所述挤出通道内，所述第一滑动部、所述第二滑动部以及两个所述固定平面围合形成所述挤出端口。

6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述第一滑动部和所述第二滑动部的均为半圆形凹槽，两个所述凹槽开口相对。

7.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括：

滚动轴承，所述滚动轴承的外圆周与所述第一齿轮的内壁连接，所述滚动轴承的外圆周与所述挤出头的外壁连接。

8.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述第一滑动部和所述第二滑动部上均开设有密封凹槽。

9.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述螺旋槽包括两条螺旋线，两条螺旋线以所述转动件的中心轴线为螺旋中心。

10.一种打印设备，其特征在于，包括加热装置、以及如权利要求1至9中任一项所述的喷嘴；

所述挤出头的第二端口与所述加热装置的流体腔体连通。