CN113334766B - 多通道3d打印喷头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多通道3D打印喷头，属于打印喷头技术领域。多通道3D打印喷头包括：第一流道板，设置有多个第一腔，每个第一腔的进料端被配置为连接一个料筒；第二流道板，设置有多个第二腔，第二流道板被配置为与第一流道板扣合形成第一流道，第一流道用于连通多个第一腔和多个第二腔，每个第二腔的出料端被配置为连接一个打印针头；多个阀组件，一个阀组件被配置为与一个第二腔配合，阀组件用于打开或关闭对应的第二腔的出料端。多通道3D打印喷头，能够实现单一材料或多材料的多通道同步打印或通道的可控打印便于实现不同材料之间的切换，保证材料切换的衔接，避免出现开丝、断丝或明显的拼接缺陷等情况，保证产品质量。

Description

多通道3D打印喷头

技术领域

本申请涉及打印喷头技术领域，具体而言，涉及一种多通道3D打印喷头。

背景技术

在3D打印行业，由于单一材料的单一打印已经不能满足对于复杂模型的设计和构建需求，单一材料的批量打印或多材料的批量打印，已成为目前3D打印发展的趋势。

在生物3D打印领域中，多采用挤出式打印，其中对于单一材料的批量打印，目前的技术多采用1台打印机与传送带的结合实现批量打印，或几台3D打印机进行并联实现批量打印，或3D打印喷头的矩阵设计实现批量打印。对于多材料打印，目前的技术主要通过切换打印喷头来实现，然而装载了不同材料的喷头切换打印存在的问题是材料切换时，存在开丝和断丝的环节，此会产生明显的拼接疤痕。在传统的PLA/ABS等材料下，上述问题不是很明显，但是在生物3D打印使用的软性材料中会有明显的缺陷，容易造成材料拉丝，新旧材料拼接缺陷，切换材料有延时等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种多通道3D打印喷头。该多通道3D打印喷头，不仅能够实现单材料多通道的同步打印或通道的可控打印，还能够实现多材料、多通道的同步打印或通道的可控打印，便于实现不同材料之间的切换，保证材料切换的衔接，避免出现开丝、断丝或明显的拼接缺陷等情况，保证产品质量。

本申请是通过下述技术方案实现的：

一方面，本申请实施例提供了一种多通道3D打印喷头，包括：

第一流道板，第一流道板设置有多个第一腔，每个第一腔的进料端被配置为连接一个料筒；

第二流道板，第二流道板设置有多个第二腔，第二流道板被配置为与第一流道板扣合形成第一流道，第一流道用于连通多个第一腔和多个第二腔，每个第二腔的出料端被配置为连接一个打印针头；

多个阀组件，一个阀组件被配置为与一个第二腔配合，阀组件用于打开或关闭对应的第二腔的出料端。

根据本申请实施例的多通道3D打印喷头，通过多个第一腔连接多个料筒，多个阀组件分别与多个第二腔配合，每个第二腔构成一个用于打印的通道，通过每个阀组件控制对应的第二腔的出料端的打开或关闭，多个阀组件可以控制单个或数个第二腔的开启或关闭，进而实现各个通道的同步打印或单个通道的可控打印，并配合多个料筒，进而实现单材料或多材料的多通道的同步打印或单个通道的可控打印，保证不同材料之间的衔接切换，避免出现开丝、断丝或明显的拼接缺陷等情况，保证产品质量。

根据本申请的一些实施例，第一流道板包括沿第一方向相对设置的第一面和第二面，多个第一腔沿第一方向贯穿第一流道板，第二面设有朝向第一面凹陷的第一凹槽，第一凹槽连通多个第一腔；

第二流道板包括沿第一方向相对设置的第三面和第四面，多个第二腔沿第一方向贯穿第二流道板，第三面设有朝向第四面凹陷的第二凹槽，第二凹槽与多个第二腔连通，第三面被配置为与第二面贴合且第一凹槽与第二凹槽配合形成第一流道。

在上述实施方案中，通过第一凹槽和第二凹槽的配合，便于在第一流道板和第二流道板之间形成第一流道，合理利用结构空间，结构紧凑。

根据本申请的一些实施例，每个阀组件包括阀体、活塞阀针，阀体被配置为嵌设于对应的第二腔内且阀体的周壁与第二腔的腔壁密封配合，阀体包括相对设置的第一端和第二端，第一端被配置为抵接于第一流道板，第二端被配置为与第二腔的出料端腔壁之间具有间隙，阀体的周壁设置有至少一个第三凹槽，每个第三凹槽从第一端延伸至第二端，第三凹槽与第一流道连通，阀体开设有沿第一方向贯穿阀体的通孔，活塞阀针可活动地插设于通孔内；

其中，活塞阀针具有第一位置和第二位置，当活塞阀针处于第一位置时，活塞阀针位于通孔内，第二腔的出料端打开，当活塞阀针处于第二位置时，活塞阀针从第二端伸出通孔且关闭第二腔的出料端。

在上述实施方案中，通过活塞阀针相对于阀体的伸出或缩回，实现对第二腔的出料端的打开或关闭，调节简单，操作便捷。

根据本申请的一些实施例，活塞阀针被配置为受压后相对于阀体伸出以关闭第二腔的出料端，且泄压后缩回以打开第二腔的出料端。

在上述实施方案中，活塞阀针受压后伸出，泄压后复位，操作灵活，无需额外的复位操作。

根据本申请的一些实施例，第一流道板设置有多个第三腔，多个第三腔与多个第二腔一一对应，每个第三腔与对应的第二腔连通，每个活塞阀针依次插设于对应的第三腔和第二腔，第三腔为密封腔，多通道3D打印喷头还包括：

连接管，连接管的一端与第三腔连通，连接管的另一端用于连接气压源，当第三腔内通入压缩空气后，活塞阀针能够相对于阀体伸出以关闭第二腔的出料端。

在上述实施方案中，活塞阀针插设于第三腔和第二腔，在第三腔内通入压缩空气后，活塞阀针能够动作以关闭第二腔的出料端，通过气压控制活塞阀针的开启或关闭，调节灵活。

根据本申请的一些实施例，第二流道板的背离第一流道板的一面设置有多个凸出部，多个凸出部与多个第二腔一一对应，每个第二腔的出料端开设于凸出部。

在上述实施方案中，在第二流道板上设置凸出部，便于实现与打印针头的连接。

根据本申请的一些实施例，打印针头包括同轴设置的第一针筒和第二针筒，第一针筒位于第二针筒的外部，第二针筒包括连接部和导流部，连接部为一端开口的筒状结构，连接部连接于第二腔的出料端，导流部为杆状结构，导流部的一端连接于连接部的封闭端的背离第二腔的一侧，第一针筒的一端连接于连接部，第一针筒套设于导流部的外部，第一针筒与第二针筒之间形成第二流道，连接部的封闭端开设有与第二流道连通的导流孔。

在上述方案中，通过第一针筒和第二针筒配合形成第二流道，以便于材料在第二流道内形成管状丝材，保证打印质量。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例提供的多通道3D打印喷头的分解图；

图2为本申请一实施例提供的第一流道板的俯视图；

图3为本申请一实施例提供的第一流道板的仰视图；

图4为本申请一实施例提供的第二流道板的俯视图；

图5为本申请一实施例提供的第二流道板的仰视图；

图6为本申请一实施例提供的打印针头的剖视图。

图标：100-多通道3D打印喷头；10-第一流道板；11-第一腔；12-第一面；13-第二面；15-阶梯孔；20-第二流道板；21-第二腔；22-第三面；23-第四面；30-阀组件；31-阀体；311-第一端；312-第二端；313-第三凹槽；314-通孔；32-活塞阀针；321-第一部分；322-第二部分；40-料筒；51-第一凹槽；52-第二凹槽；60-打印针头；61-第一针筒；62-第二针筒；621-连接部；622-导流部；623-导流孔；63-第二流道；71-连接管；72-压板；73-接头；Z-第一方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

下面参考图描述根据本申请第一方面实施例的多通道3D打印喷头。

如图1-图6所示，根据本申请实施例的多通道3D打印喷头100，包括：第一流道板10、第二流道板20及多个阀组件30。

具体而言，如图1所示，第一流道板10设置有多个第一腔11，每个第一腔11的进料端被配置为连接一个料筒40，料筒40用于收容材料。第二流道板20设置有多个第二腔21，第二流道板20被配置为与第一流道板10扣合形成第一流道，第一流道用于连通多个第一腔11和多个第二腔21，每个第二腔21的出料端被配置为连接一个打印针头60(如图6所示)。每个第二腔21构成一个用于打印的通道。一个阀组件30被配置为与一个第二腔21配合，阀组件30用于打开或关闭对应的第二腔的出料端，以便于材料从第二腔21流出或阻隔在第二腔21内，通过每个阀组件控制对应的第二腔的出料端的打开或关闭，实现单个或数个通道的可控打印。

根据本申请实施例的多通道3D打印喷头100，通过多个第一腔11连接多个料筒40，多个阀组件30分别与多个第二腔21配合，通过每个阀组件30控制对应的第二腔的出料端的打开或关闭，可以控制单个或数个第二腔的开启或关闭，进而实现各个通道的同步打印或单个通道的可控打印，并配合多个料筒40，进而实现单材料或多材料的多通道的同步打印或单个通道的可控打印，保证不同材料之间的衔接切换，避免出现开丝、断丝或明显的拼接缺陷等情况，保证产品质量。

根据本申请的一些实施例，第一流道板10和第二流道板20可以为金属材质制成，具有较好的强度。在本申请的其他实施例中，第一流道板10和第二流道板20还可以为塑料材质制成，减低加工成本。

根据本申请的一些实施例，如图1、图2和图3所示，第一流道板10包括沿第一方向Z相对设置的第一面12和第二面13，多个第一腔11沿第一方向Z贯穿第一流道板10，第二面13设有朝向第一面12凹陷的第一凹槽51，第一凹槽51连通多个第一腔11，第一腔11的位于第一面12的开口为第一腔11的进料端，第一腔11的位于第二面13的开口为第一腔11的出料端。也即，料筒40安装于第一流道板10的第一面12。如图1、图4和图5所示，第二流道板20包括沿第一方向Z相对设置的第三面22和第四面23，多个第二腔21沿第一方向Z贯穿第二流道板20，第三面22设有朝向第四面23凹陷的第二凹槽52，第二凹槽52与多个第二腔21连通，第三面22被配置为与第二面13贴合且第一凹槽51与第二凹槽52配合形成第一流道。通过第一凹槽51和第二凹槽52的配合，便于在第一流道板10和第二流道板20之间形成第一流道，合理利用结构空间，结构紧凑。

需要指出的是，第一方向Z可以为第一流道板10的厚度方向，图1中，Z指示的方向为第一方向。

根据本申请的一些实施例，如图3所示，第一凹槽51的数量为多个，多个第一凹槽51对应多个第一腔11，也即，每个第一腔11对应一个第一凹槽51，可以实现多个第一腔11分别对应一种材料，以便于多材料之间的衔接切换。对应地，如图4所示，第二凹槽52的数量也可以为多个，每个第二凹槽52对应一个第一凹槽51；或者，第二凹槽52为一个，其对应多个第一凹槽51，此种情况下，第二凹槽52包括多个部分，每个部分对应一个第一凹槽51，多个部分在第二腔21处交汇。

根据本申请的一些实施例，如图1所示，每个阀组件30包括阀体31及活塞阀针32。阀体31被配置为嵌设于对应的第二腔21内且阀体31的周壁与第二腔21的腔壁密封配合，阀体31包括沿第一方向Z相对设置的第一端311和第二端312，第一端311被配置为抵接于第一流道板10，第二端312被配置为与第二腔21的出料端腔壁之间具有间隙，阀体31的周壁设置有至少一个第三凹槽313，每个第三凹槽313从第一端311延伸至第二端312，第三凹槽313与第一流道连通，阀体31开设有沿第一方向Z贯穿阀体31的通孔314，活塞阀针32可活动地插设于通孔314内；其中，活塞阀针32具有第一位置和第二位置，当活塞阀针32处于第一位置时，活塞阀针32位于通孔314内，第二腔21的出料端打开；当活塞阀针32处于第二位置时，活塞阀针32从第二端312伸出通孔314且关闭第二腔21的出料端。通过活塞阀针32相对于阀体31的伸出或缩回，实现对第二腔21的出料端的打开或关闭，调节简单，操作便捷。

根据本申请的一些实施例，阀体31为弹性材料制成，具有密封性，便于与第二腔21的腔壁密封配合。

如图1所示，当第一腔11设置有两个时，每个阀体31的周壁可以设置两个第三凹槽313，也即，第三凹槽313的数量可以与第一凹槽51的数量匹配，以便于材料及时流入第二腔21。

根据本申请的一些实施例，活塞阀针32被配置为受压后相对于阀体31伸出以关闭第二腔21的出料端，且泄压后缩回以打开第二腔21的出料端。活塞阀针32受压后伸出，泄压后复位，操作灵活，无需额外的复位操作。

根据本申请的一些实施例，第一流道板10设置有多个第三腔，多个第三腔与多个第二腔21一一对应，每个第三腔与对应的第二腔21连通，每个活塞阀针32依次插设于对应的第三腔和第二腔21，第三腔为密封腔。如图1所示，多通道3D打印喷头100还包括连接管71，连接管71的一端与第三腔连通，连接管71的另一端用于连接气压源。通过连接管71连接气压源和第三腔，以便于将气压源提供的压缩空气通入第三腔内。当第三腔内通入压缩空气后，活塞阀针32能够相对于阀体31伸出以关闭第二腔21的出料端。活塞阀针32插设于第三腔和第二腔21，在第三腔内通入压缩空气后，活塞阀针32能够动作以关闭第二腔21的出料端，通过气压控制活塞阀针32的开启或关闭，调节灵活。

根据本申请的一些实施例，如图2和图3所示，第一流道板10开设有沿第一方向Z贯穿第一流道板10的多个阶梯孔15，每个阶梯孔15与一个第二腔21对应，每个阶梯孔15的小孔段相对于阶梯孔15的大孔段靠近第二流道板20。如图1所示，多通道3D打印头还包括压板72，压板72盖设于第一流道板10的背离第二流道板20的一面，压板72用于遮挡多个阶梯孔15，压板72与第一流道板10密封配合，压板72与第一流道板10共同围成第三腔，也即，压板72、阶梯孔15的大孔段构成第三腔。压板72开设有与第三腔连通的连接孔，连接管71通过接头73连接于连接孔，以便于将压缩空气经由连接孔导入第三腔内。

为了避免材料进入通孔314而影响活塞阀针32的移动，阀体31的第一端311与第一流道板10密封贴合。

根据本申请的一些实施例，活塞阀针32包括第一部分321和第二部分322，第一部分321可以与第二部分322一体成型，便于加工。在本申请的其他实施例中，第一部分321与第二部分322可以分体设置，第一部分321为弹性件，第二部分322与第一部分321粘接。

根据本申请的一些实施例，如图1所示，阀体31为锥形结构，阀体31的靠近第一流道板10的一端为大径端，阀体31的背离第一流道板10的一端为小径端，即，阀体31的截面沿第一方向Z由第一端311到第二端312逐渐减小。第二腔21的轮廓与阀体31的轮廓匹配，使得第二腔21的出料端具有较小的开口，以便于活塞阀针32关闭第二腔21的出料端。

根据本申请的一些实施例，通孔314与第二腔21同轴设置。活塞阀针32相对于阀体31的运动为直线运动，将通孔314和第二腔21同轴设置，以保证活塞阀针32移动稳定，调节灵活。

根据本申请的一些实施例，第二流道板20的背离第一流道板10的一面设置有多个凸出部，多个凸出部与多个第二腔21一一对应，每个第二腔21的出料端开设于凸出部。凸出部相对于第二流道板20凸出，以便于在凸出部处形成连接部位，供打印针头60的装配。在第二流道板20上设置凸出部，便于实现与打印针头60的连接。

根据本申请的一些实施例，打印针头60可以为单口打印针头60，也可以为同轴打印针头60。

可选地，打印针头60为同轴打印针头或者同轴式打印针头，如图6所示，打印针头60包括同轴设置的第一针筒61和第二针筒62，第一针筒61位于第二针筒62的外部。第二针筒62包括连接部621和导流部622，连接部621为一端开口的筒状结构，连接部621连接于第二腔的出料端，也即，连接部621连接于凸出部；导流部622为杆状结构，导流部622的一端连接于连接部621的封闭端的背离第二腔21的一侧，第一针筒61的一端连接于连接部621，第一针筒61套设于导流部622的外部，第一针筒61与第二针筒62之间形成第二流道63，连接部621的封闭端开设有与第二流道63连通的导流孔623，以便于将第二腔流出的材料经由导流孔623流入第二流道63，从而实现管状丝材打印。同轴打印针头的进料口和出料口为同一轴线。

根据本申请的一些实施例，本申请的多通道3D打印喷头100在实际应用时，可独立控制每个料筒40内材料的挤出流动和每个活塞阀针32的开断。例如，该多通道3D打印喷头100可以连接外部控制设备，外部控制设备可以控制料筒40的出料，同时，外部控制设备与每个连接管71连接的气压源控制连接，在程序控制下，打印中可实时根据打印位置和区域，不断丝切换填充材料，从而实现复杂结构模型的高质量打印。对于打印材料和支撑材料切换打印的情况，可在活塞阀针32的控制下切断出丝(材料丝)，形成打印材料和支撑材料的间隙部分，方便后处理剥离。对于实现同轴丝材打印或实心丝材打印，只需在第二流道板20的第二腔的出料端安装或拆卸同轴式打印针头60即可。

根据本申请实施例的多通道3D打印喷头100的工作原理为：

初始状态时，活塞阀针32的第一部分321位于第三腔内，第二部分322穿过第一流道板10伸入位于第二腔21内的阀体31的通孔314内，并且第二腔21的出料端打开。

连接管71连接气压源，向第三腔内通入压缩空气，通过压缩空气驱动活塞阀针32的第一部分321变形膨胀，驱动第二部分322沿第一方向Z相对于阀体31朝向第二腔的出料端移动，关闭第二腔21的出料端，可阻止材料从第二腔21流出。

在打印时，卸去第三腔内压缩空气，弹性材料制成的活塞阀针32恢复至初始状态，活塞阀针32的第二部分322的末端离开第二腔21的出料端，材料能够经由第一腔11、第一流道流入第二腔21并从第二腔21的出料端流出，以进行打印。

使用时，可以根据需求，控制不同的阀组件30动作，以实现不同第二腔21的出料端的打开或关闭，控制灵活。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种多通道3D打印喷头，其特征在于，包括：

第一流道板，所述第一流道板设置有多个第一腔，每个所述第一腔的进料端被配置为连接一个料筒；

第二流道板，所述第二流道板设置有多个第二腔，所述第二流道板被配置为与所述第一流道板扣合形成第一流道，所述第一流道用于连通所述多个第一腔和所述多个第二腔，每个所述第二腔的出料端被配置为连接一个打印针头；

多个阀组件，一个所述阀组件被配置为与一个所述第二腔配合，所述阀组件用于打开或关闭对应的所述第二腔的出料端；

所述第一流道板包括沿第一方向相对设置的第一面和第二面，所述多个第一腔沿所述第一方向贯穿所述第一流道板，所述第二面设有朝向所述第一面凹陷的第一凹槽，所述第一凹槽连通所述多个第一腔；

所述第二流道板包括沿所述第一方向相对设置的第三面和第四面，所述多个第二腔沿所述第一方向贯穿所述第二流道板，所述第三面设有朝向所述第四面凹陷的第二凹槽，所述第二凹槽与所述多个第二腔连通，所述第三面被配置为与所述第二面贴合且所述第一凹槽与所述第二凹槽配合形成所述第一流道；

每个所述阀组件包括阀体、活塞阀针，所述阀体被配置为嵌设于对应的第二腔内且所述阀体的周壁与所述第二腔的腔壁密封配合，所述阀体包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端被配置为抵接于所述第一流道板，所述第二端被配置为与所述第二腔的出料端的腔壁之间具有间隙，所述阀体的周壁设置有至少一个第三凹槽，每个所述第三凹槽从所述第一端延伸至所述第二端，所述第三凹槽与所述第一流道连通，所述阀体开设有沿所述第一方向贯穿所述阀体的通孔，所述活塞阀针可活动地插设于所述通孔内；

其中，所述活塞阀针具有第一位置和第二位置，当所述活塞阀针处于所述第一位置时，所述活塞阀针位于所述通孔内，所述第二腔的出料端打开，当所述活塞阀针处于所述第二位置时，所述活塞阀针从所述第二端伸出所述通孔且关闭所述第二腔的出料端。

2.根据权利要求1所述的多通道3D打印喷头，其特征在于，所述活塞阀针被配置为受压后相对于所述阀体伸出以关闭所述第二腔的出料端，且泄压后缩回以打开所述第二腔的出料端。

3.根据权利要求2所述的多通道3D打印喷头，其特征在于，所述第一流道板设置有多个第三腔，所述多个第三腔与所述多个第二腔一一对应，每个所述第三腔与对应的所述第二腔连通，每个所述活塞阀针依次插设于对应的所述第三腔和所述第二腔，所述第三腔为密封腔，所述多通道3D打印喷头还包括：

连接管，所述连接管的一端与所述第三腔连通，所述连接管的另一端用于连接气压源，当所述第三腔内通入压缩空气后，所述活塞阀针能够相对于所述阀体伸出以关闭所述第二腔的出料端。

4.根据权利要求1所述的多通道3D打印喷头，其特征在于，所述第二流道板的背离所述第一流道板的一面设置有多个凸出部，所述多个凸出部与所述多个第二腔一一对应，每个所述第二腔的出料端开设于所述凸出部。

5.根据权利要求1所述的多通道3D打印喷头，其特征在于，所述打印针头包括同轴设置的第一针筒和第二针筒，所述第一针筒位于所述第二针筒的外部，所述第二针筒包括连接部和导流部，所述连接部为一端开口的筒状结构，所述连接部连接于所述第二腔的出料端，所述导流部为杆状结构，所述导流部的一端连接于所述连接部的封闭端的背离所述第二腔的一侧，所述第一针筒的一端连接于所述连接部，所述第一针筒套设于所述导流部的外部，所述第一针筒与所述第二针筒之间形成第二流道，所述连接部的封闭端开设有与所述第二流道连通的导流孔。

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