CN112721160B - 一种可清洗的多材料式3d打印机喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可清洗的多材料式3D打印机喷头，包括喷头外壳以及安装于喷头外壳内腔中的料管组件、旋转组件以及加热装置；喷头外壳包括上端盖和与上端盖相适配的下壳体，上端盖上设置有进料管和液气管，下壳体的底部于进料管和液气管相对位置上分别开设有出料口和排液口，出料口向下延伸形成喷嘴，排液口向外延伸形成排液管；料管组件包括若干个导料管，导料管沿周向均匀布置并与旋转组件相连接；加热装置套设在导料管的下部并与旋转组件相连接。该喷头通过设置旋转组件带动加热块和导料管旋转，让导料管分别位于打印位和清洗位，对打印材料进行更替的同时，完成对导料管的清洗，有效解决了喷头堵塞的问题，保证了打印精度，打印效率高。

Description

一种可清洗的多材料式3D打印机喷头

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种可清洗的多材料式3D打印机喷头。

背景技术

3D打印技术是以数字模型文件为基础通过逐层打印的方式来加工成型工件的技术，该技术的诞生缩短了新型产品的设计开发周期，为设计制造领域带来了极大的方便。目前现有的3D打印技术众多，包括挤出成型(熔融沉积式FDM和液体直写式LDW)、光固化成型(激光扫描式SLA、投影固化式DLP或聚合物喷射式PolyJet)和铺粉成型(激光烧结式SLS/SLM或喷墨粘结式3DP)等，其中挤出式3D打印是发展最早、应用最广泛的一种。

在传统的挤出式3D打印技术中，多以单喷头设计为主，且技术较为成熟。随着多颜色和多材质3D打印技术的发展，越来越多的3D打印设备开始采用双喷头或多喷头设计。然而，无论是单喷头、双喷头还是多喷头设计，现有的挤出式3D打印机大多数只打印单一品类材料，譬如使用FDM打印机打印热塑性材料类制品或使用LDW打印机液体材料类物品，无法在同一喷头中打印包含热塑性固体材料和液体材料的复合材质物品，如含塑料支撑结构的液体硅胶物品或含弹性体骨架结构的生物材料物品等。

此外，由于打印材料很容易由于冷却或其它原因附着在导料管下端，造成导料管堵塞；若要进行多材料打印则很容易造成多种材料混合，影响打印质量。导料管堵塞后通常只能将其拆卸下来进行清洗后再安装进行打印，这样的清洗方式需要不断的拆卸设备，降低打印效率，同时人工清洗容易损坏组件，增加打印成本。

虽然现有技术涉及3D打印的方案较多，但现有技术中尚未有一种可使用多种打印材料(包括固体材料和液体材料)且可在不拆卸设备的情况下清洗导料管的3D打印喷头，这在一定程度上制约了3D打印技术的发展。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种可清洗的多材料式3D打印机喷头，该喷头通过设置旋转组件带动加热装置和料管组件旋转，让导料管分别位于打印位和清洗位，在对打印材料进行更替的同时，完成对导料管的清洗，有效解决了喷头堵塞的问题，既保证了打印精度和打印质量，又提高了打印效率。

为达到上述目的，本发明提供的一种可清洗的多材料式3D打印机喷头，包括喷头外壳以及安装于喷头外壳内腔中的料管组件、旋转组件以及加热装置；

所述喷头外壳包括上端盖和与上端盖相适配的下壳体，上端盖上设置有进料管和液气管，下壳体的底部于进料管和液气管相对位置上分别开设有出料口和排液口，出料口向下延伸形成喷嘴，排液口向外延伸形成排液管；所述料管组件包括若干个导料管，所述导料管沿周向均匀布置并与旋转组件相连接；所述加热装置套设在导料管的下部并与旋转组件相连接；

所述旋转组件带动导料管和加热装置旋转，以使导料管的上端端部与进料管或液气管的末端端口相对，导料管的下端端部与出料口或排液口相对。

上述可清洗的多材料式3D打印机喷头，上端盖和下壳体共同组成喷头外壳，为料管组件、旋转组件以及加热装置提供安装空间。下壳体优选为一端未封闭的圆筒型结构；上端盖呈与下壳体未封闭端尺寸结构相适配的具有台阶结构的圆板结构。上端盖上安装进料管和液气管，进料管和液气管的上端端部凸出于上端盖的上端面，进料管和液气管的下端端部与上端盖的下端面齐平。可通过现有进料机构经进料管输送打印材料(打印线材或液体材料)到导料管中；通过外接水泵/气泵经液气管向导料管注入清洗液(如水等液体)/空气。进料管和液气管的上端端部凸出于上端盖的上端面便于与现有的送料机构或外接水泵相连接。进料管和液气管可与上端盖可拆卸连接，也可以与上端盖一体成型。

上述可清洗的多材料式3D打印机喷头，以出料口(喷嘴)所在位置为打印位，以排液口所在位置为清洗位。所述旋转组件主要用于带动导料管和加热装置一起旋转，以将不同导料管切换到清洗位或打印位，实现导料管的清洗和不同打印材料的切换，同时进行清洗和打印工作。旋转组件可以采用本领域常规的可带动物体旋转的结构设计。在本发明中，所述旋转组件优选包括旋转轴和轴承，所述轴承固定套设在旋转轴上，旋转轴的上端穿过上端盖并与外置电机相连接，旋转轴的下部与加热装置固定连接，加热装置位于轴承的下方；所述导料管穿设在轴承和加热装置上。该旋转组件仅由旋转轴和轴承组成，旋转轴与外接电机即可驱动旋转轴转动，结构简单易于实现。

上述可清洗的多材料式3D打印机喷头，所述导料管的下端端部优选呈倒圆锥结构。对应于该导料管端部结构，所述下壳体的底部优选开设有倒圆锥式环槽，对应于环槽所在位置于下壳体底部的下端面形成倒圆锥式环形凸起，所述出料口和排液口均开设在环槽的底部，出料口向下延伸形成喷嘴，排液口向环形凸起外侧面延伸形成排液管。导料管在旋转组件的带动下沿环槽旋转，进一步固定其旋转轨迹。所述喷嘴的开口方向向下，而用于排除清洗液的排料管其开口方向为侧边，便于回收处理，不会对喷嘴的打印形成任何干扰。

上述可清洗的多材料式3D打印机喷头，所述加热装置主要用于加热导料管以使打印材料加热(融化)，同时当导料管清洗完成后，加热装置也可以增加导料管中清洗液的蒸发速度，加速干燥完成清洗。所述加热装置优选为加热块，进一步优选为加热铝块。

上述可清洗的多材料式3D打印机喷头，为避免清洗液溢出，同时保证在清洗时导料管中具有一定的压力以将导料管中的残余打印材料从排液口中推出，优选地，所述上端盖下端面液气管安装孔下方设置有密封圈。密封圈使液气管与转动至液气管处的导料管密封形成一个暂时的整体结构，从而达到避免清洗液溢出同时导料管中具有一定压力的目的。

上述可清洗的多材料式3D打印机喷头，导料管的数量可以根据实际情况进行相应的设置，一般设置2～4个导料管，优选导料管的数量为两个。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明提供的可清洗的多材料式3D打印机喷头，包括喷头外壳以及设置于喷头外壳内腔中的料管组件、旋转组件以及加热装置，通过在喷头外壳上设置出料口和与其位置对应的进料管形成打印位、设置排液口和与其位置对应的液气管形成清洗位，再由旋转组件带动不同导料管进行打印位和清洗位的切换，同时进行打印和清洗，有效提高了打印效率，且及时清洗可避免导料管堵塞以及打印材料混合的问题。

(2)本发明提供的可清洗的多材料式3D打印机喷头，适用于多种打印材料，除了常见的ABS和PLA等线材，液体材料也可以通过该喷头进行打印，在进行打印位和清洗位切换时，即可更替新的打印材料，多种材料之间并不会相互干涉影响，保证了打印质量和多材料打印的连续性。

(3)本发明提供的可清洗的多材料式3D打印机喷头，通过同一个喷嘴进行打印，可确保打印精度不会因材料更换而造成误差；整体而言，该喷头结构简单，打印效率高，实用性强，便于制造安装，值得进行推广应用。

附图说明

图1是本发明可清洗的多材料式3D打印机喷头的立体结构示意图；

图2是本发明可清洗的多材料式3D打印机喷头(无下壳体)结构示意图；

图3是本发明可清洗的多材料式3D打印机喷头剖视图。

附图标记说明：1、喷头外壳；11、进料管；12、液气管；13、喷嘴；14、排液管；2、导料管；3、旋转组件；31、旋转轴；32、轴承；4、加热装置；5、密封圈。

具体实施方式

以将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。

本实施例中，可清洗的多材料式3D打印机喷头如图1-3所示，包括喷头外壳1、料管组件、旋转组件3以及加热装置4；料管组件、旋转组件3以及加热装置4均安装于喷头外壳1内腔中。

如图2-3所示，喷头外壳1包括上端盖和下壳体。下壳体为一端未封闭的圆筒型结构。上端盖由一体成型的上端部和下端部组成，上端部的直径与下壳体外径相等，下端部的直径与下壳体内径相等，上端部与下端部的连接处形成台阶面，所述台阶面卡置于下壳体的上端面上。上端盖上设置有进料管11和液气管12，进料管11和液气管12的上端端部凸出于上端盖的上端面，进料管11和液气管12的下端端部与上端盖的下端面齐平，进料管11和液气管12对称设置在上端盖的直径线上。下壳体的底部开设有倒圆锥式环槽，对应于环槽所在位置于下壳体底部的下端面形成倒圆锥式环形凸起，环槽的底部于进料管11和液气管12相对应位置上分别开设有出料口和排液口。出料口向下延伸形成喷嘴13，排液口向环形凸起外侧面延伸形成排液管14。

如图2所示，料管组件包括两个导料管2，导料管2的下端端部呈与环槽尺寸相适应的倒圆锥结构；导料管2的内径大于进料管11及液气管12内径。

如图2-3所示，旋转组件3包括旋转轴31和轴承32。轴承32的中心固定套设在旋转轴31上。旋转轴31的顶端穿过上端盖并与外置电机相连接。轴承32上对应出料口和出液口所在位置开设有两个用于安装导料管2的通孔。

如图2-3所示，加热装置4为加热块。旋转轴31的下部与加热块的中心位置固定连接，加热块位于轴承32的下方；加热块通过导线与外部供电电源连接(图中未示出)。加热块上对应出料口和出液口所在位置也开设有两个用于安装导料管2的通孔。两个导料管2竖直穿设在轴承32和加热块的通孔中。导料管2的下端面与环槽底部相接触。

旋转组件3带动导料管2沿环槽旋转，以使导料管2的上端端部与进料管11或液气管12的末端端口相对，导料管2的下端端部与出料口或排液口相对。上端盖下端面液气管12安装孔下方还固定设置密封圈5。密封圈5使液气管12与转动至液气管12处的导料管2之间形成密封结构。

以下对本实施例提供的可清洗的多材料式3D打印机喷头的工作过程进行说明：

以出料口所在位置为打印位，以排液口所在位置为清洗位。外置电机(图中未示出)带动旋转轴31旋转，进而带动轴承32、加热块以及导料管2一起旋转，使两个导料管2分别位于打印位和清洗位。经进料管11向位于打印位的导料管2中输送打印材料(打印线材或液体材料)。通过加热块加热(融化)打印材料，再由喷嘴13挤出打印材料实现3D打印。同时，外接水泵经液气管12向位于清洗位的导料管2注入清水。由于密封圈5的存在，将会保证导料管2中具有一定压力，将导料管2中的残余材料从排液管14中推出并清洗干净，然后外接气泵经液气管12向导料管2中注入空气，同时加热块进行加热，加速导料管2中水的蒸发，完成清洗。旋转轴31带动导料管2旋转，以将不同导料管2切换到清洗位或打印位，实现导料管2的清洗和不同打印材质的切换，同时进行清洗和打印工作。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：包括喷头外壳(1)以及安装于喷头外壳(1)内腔中的料管组件、旋转组件(3)以及加热装置(4)；

所述喷头外壳(1)包括上端盖和与上端盖相适配的下壳体，上端盖上设置有进料管(11)和液气管(12)，下壳体的底部于进料管(11)和液气管(12)相对位置上分别开设有出料口和排液口，出料口向下延伸形成喷嘴(13)，排液口向外延伸形成排液管(14)；所述料管组件包括若干个导料管(2)，所述导料管(2)沿周向均匀布置并与旋转组件(3)相连接；所述加热装置(4)套设在导料管(2)的下部并与旋转组件(3)相连接；

所述旋转组件(3)带动导料管(2)和加热装置(4)旋转，以使导料管(2)的上端端部与进料管(11)或液气管(12)的末端端口相对，导料管(2)的下端端部与出料口或排液口相对。

2.根据权利要求1所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述旋转组件(3)包括旋转轴(31)和轴承(32)，所述轴承(32)固定套设在旋转轴(31)上，旋转轴(31)的上端穿过上端盖并与外置电机相连接，旋转轴(31)的下部与加热装置(4)固定连接，加热装置(4)位于轴承(32)的下方；所述导料管(2)穿设在轴承(32)和加热装置(4)上。

3.根据权利要求1所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述导料管(2)的下端端部呈倒圆锥结构。

4.根据权利要求3所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述下壳体的底部开设有倒圆锥式环槽，对应于环槽所在位置于下壳体底部的下端面形成倒圆锥式环形凸起，所述出料口和排液口均开设在环槽的底部，出料口向下延伸形成喷嘴(13)，排液口向环形凸起外侧面延伸形成排液管(14)。

5.根据权利要求1所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述加热装置(4)为加热块。

6.根据权利要求1所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述上端盖下端面液气管安装孔下方固定设置有密封圈(5)。

7.根据权利要求1-6任一所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述进料管(11)和液气管(12)的上端端部凸出于上端盖的上端面，进料管(11)和液气管(12)的下端端部与上端盖的下端面齐平。

8.根据权利要求1-6任一所述的可清洗的多材料式3D打印机喷头，其特征在于：所述导料管(2)的数量为两个。

Images