CN114761201A - 用于3d打印机打印头的具有蛇形路径的喷嘴组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于3D打印机打印头(10)的喷嘴组件(12，112)，包括至少两个导管部分(28，30，128，130)，每个导管部分包括具有非线性的隐埋通道(42，44)的接口表面(38，40)。响应于相关的导管部分(28，30，128，130)的接口表面(38，40)彼此接合，隐埋通道(42，44)相互配合以限定蛇形路径(32)。蛇形路径(32)从进料口(34，134)延伸至排料口(36，136)，以移动细丝(18)通过其中。喷嘴组件(12，112)还包括加热元件(14)，其与导管部分(28，30，128，130)连接，用于将热量传递至设置于蛇形路径(32)中的细丝(18)，以完全熔化细丝(18)，而不会使其焦糖化或燃烧。

Description

用于3D打印机打印头的具有蛇形路径的喷嘴组件
技术领域
本公开大致涉及一种用于三维打印机打印头的喷嘴组件，更具体地，涉及一种具有蛇形路径的喷嘴组件，蛇形路径被配置为在熔融细丝制造(Fused FilamentFabrication,FFF)中完全熔化细丝，而不会使其焦糖化或燃烧。
背景技术
本节中的声明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能构成也可能不构成现有技术。
三维(3D)打印机通过计算机生成的模型形成3D对象。在某些情况下，打印机包括具有用于熔化圆柱形细丝的FFF液化器的喷嘴组件。FFF液化器通常通过旋转切割工具制成，并且可以包括圆柱形导管和相关的加热元件，这些加热元件由缠绕成圆柱形的电阻丝制成。在任何形状的导管中，圆柱形导管具有最低的表面体积比。与具有其他横截面形状的导管相比，这可以提供最低的细丝熔化速率。换句话说，与导管的其他横截面形状相比，导管的圆柱形形状可能需要更多的时间使热量从圆柱形加热元件的表面渗透到细丝的中心并且完全熔化细丝。增加导管和圆柱形加热元件的长度可以提供额外的时间使细丝暴露并接收低温热量以熔化细丝的中心，而不会使细丝焦糖化。然而，较长的导管可能超过导管的包装要求，并且增加打印头的惯性力，这又会反过来降低打印头的响应度和寿命周期。
因此，尽管当前用于3D打印机打印头的喷嘴组件实现了它们的预期目的，但仍需要一种新型改进的用于打印头的喷嘴组件来解决这些问题。
发明内容
根据本公开的若干方面，用于3D打印机打印头的喷嘴组件包括两个或以上导管部分。
每个导管部分包括具有非线性的隐埋通道的接口表面。响应于互相接合的相关的导管部分的接口表面彼此接合，隐埋通道彼此配合以限定蛇形路径。蛇形路径从进料口延伸至排料口，用于移动细丝通过其中。喷嘴组件还包括加热元件，该加热元件与导管部分中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于蛇形路径中的细丝，以完全熔化细丝，而不会使其焦糖化或燃烧。
根据本公开的若干方面，用于3D打印机打印头的喷嘴组件包括两个或以上导管部分。每个导管部分包括具有非线性的隐埋通道的接口表面。响应于互相接合的相关的导管部分的接口表面彼此接合，隐埋通道彼此配合以限定蛇形路径。蛇形路径从进料口延伸至排料口，用于移动细丝通过其中。导管部分被配置为限定蛇形路径，该蛇形路径沿其自身具有多个横截面宽度。喷嘴组件还包括加热元件，该加热元件与导管部分中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于蛇形路径中的细丝，以完全熔化细丝，而不会使其焦糖化或燃烧。
根据本公开的若干方面，用于3D打印机的打印头包括具有至少两个导管部分的喷嘴组件。每个导管部分包括具有非线性的隐埋通道的接口表面。响应于相关的导管部分的接口表面彼此接合，隐埋通道彼此配合以限定蛇形路径。蛇形路径从进料口延伸到排料口，用于移动细丝通过其中。导管部分被配置为限定蛇形路径，蛇形路径沿其自身具有多个横截面宽度。喷嘴组件还包括加热元件，该加热元件与导管部分中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于蛇形路径中的细丝，以便完全熔化细丝，而不会使其焦糖化或燃烧。喷嘴组件还包括热电偶，该热电偶与导管部分中的至少一个连接，用于检测设置在与热电偶相邻的蛇形路径中的细丝的温度。该打印头还包括用于将细丝供给到喷嘴组件中的供给系统。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是与支撑台一起使用的用于三维打印机(“3D打印机”)的打印头示例的透视图，示出了具有喷嘴组件的打印头；
图2是根据本发明一个方面的图1的喷嘴组件的放大分解图，示出了具有限定蛇形路径的两个导管部分的喷嘴组件；
图3是图2的导管部分之一的外侧透视图，示出了导管部分的外侧具有用于安装传感器和多个加热元件的平坦表面；
图4是喷嘴组件另一示例的剖视图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或使用。
参考图1，用于三维打印机(3D打印机)的打印头10具有喷嘴组件12，喷嘴组件12包括加热元件14(图3)和蛇形路径32(图2)，蛇形路径32具有多个横截面宽度，用于增加细丝18的熔化路径并且完全熔化细丝18，而不会使其焦糖化或燃烧。喷嘴组件12还包括一个或多个传感器16(图3)，用于检测细丝的一个或多个相关参数，诸如体积流速和压力。
喷嘴组件12被配置为接收、加热和分配3D细丝18以逐步构建3D结构。3D细丝18通常是由各种聚合物或非聚合物材料制成的细长管状构件。细丝材料的非限制性示例包括聚酯、聚醚醚酮、聚乙烯和热塑性弹性体。此外，该材料可以包括各种可以改变其机械、化学或粘弹性的改性剂。喷嘴组件12从一个或多个线轴(未示出)接收3D细丝18，将3D细丝加热至预定温度，并且将3D细丝分配到支撑台26上。通过从喷嘴分配连续的3D细丝材料层来形成3D结构。多种不同的3D细丝材料可以用于构建具有不同结构特性和外观的不同3D结构。在此示例中，打印头10还包括供给系统20，用于从线轴(未示出)抽出细丝18并且将细丝18供给到喷嘴组件12中。然而，在其他示例中，打印头10可以不包括供给系统，因为喷嘴组件12可以包括单独的驱动机构(未示出)，用于通过喷嘴组件供给细丝。
打印头10包括z轴板组件24，用于在相对于支撑台26的向上和向下方向沿着z轴承载喷嘴组件12，支撑台26独立于进给系统20支撑3D打印物品。此外，提供传感器组件28，其检测喷嘴组件12相对于支撑台26的位置。可以设想，喷嘴组件可以包括用于检测喷嘴组件或其中细丝的任何合适参数或状态的传感器。
现在参考图2，喷嘴组件12包括两个或以上导管部分28、30，它们彼此配合以限定从进料口34延伸到排料口36的蛇形路径32，用于移动细丝18(图1)通过其中。与常规喷嘴组件(未示出)的直线路径相比，对于相同的流速和相同的喷嘴温度，蛇形路径32提供了使细丝穿过喷嘴组件的更长的距离和细丝从喷嘴组件12接收热量的更长的时间。在蛇形路径中传递至细丝的额外的热量可以完全熔化细丝，而不会使其燃烧或焦糖化。
在此示例中，导管部分28、30是独立的部件，它们相对于彼此并排定位，使得每个导管部分与其他导管部分配合，以限定从进料口34到排料口36的蛇形路径32的整个长度。然而，如下面在图4中详细描述的，喷嘴部件的其他实施例可以包括导管部分，其是端对端连续定位的独立部件，使得单个导管部分可以在没有其他导管部分的情况下限定蛇形路径的长度。
两个或以上导管部分28、30包括相关的接口表面38、40，并且每个接口表面具有隐埋通道42、44。隐埋通道42、44是非线性的并且响应于相关的导管部分28、30的接口表面38、40彼此接合而彼此配合以限定蛇形路径32。继续前面的示例，导管部分28、30包括两块单独的板46、48。每块板具有第一侧50和第二侧52，第一侧50形成平面接口表面38。此外，喷嘴组件12还包括附着到导管部分的固定机构54，用于将导管部分彼此附接并且限定蛇形路径。在此示例中，固定机构54包括第一支架56和第二支架58，其具有相关的第一座60和第二座62，用于保持导管部分28、30中对应的一个。第一支架56和第二支架58通过一个或多个紧固件彼此接合，以相对于彼此定位通道42、44，从而限定蛇形路径32。支架可以包括多个孔，其被配置为接收相关的螺栓紧固件，用于将支架彼此保持在一起并且将导管部分彼此夹紧。然而，可以设想，固定机构可以包括任何支架和其他合适的紧固机构。
导管部分28、30可以彼此配合以限定具有多个弓形截面64的蛇形路径32。每个弓形截面64包括相关表面66，其被配置为改变细丝18(图1)的方向，从而增加细丝对相关表面66的局部压力并增加相关热传递。
导管部分28、30被配置为限定具有多个横截面宽度的蛇形路径，以增加或减少细丝设置在导管部分区段内的时间长度。继续前面的示例，导管部分28、30被配置为限定蛇形路径32的具有第一直径70的第一段68和定位在第一段68下游的蛇形路径32的第二段72。第二段72可以定位为邻近加热元件14(如下所描述)，并且具有大于第一直径的第二直径74，使得第二段的流速低于通过第一段的流速。第二段72的相对较大的直径可以降低通过邻近加热元件14的第二段72的流速，并且与流速更高的情况相比，细丝从加热元件14接收到的热量更多。此外，导管部分28、30被配置为限定定位在第二段72下游的蛇形路径32的第三段76，并且第三段76具有小于第二直径的第三直径78，使得其中的流速可以高于通过第二段的流速。仅作为一个示例，通过第三段76的较高的流速可用于以预定的速率从喷嘴组件12排出熔融细丝。
继续前面的示例，导管部分28、30可以彼此配合以限定蛇形路径32，中央贮存器80与进料口34和排料口36流体连接。中央贮存器80为立方形，其中心与进料口34和排料口36等距。如下所描述，中央贮存器80可以定位为邻近加热元件14或传感器。然而，可以设想，中央贮存器80可以具有其他合适的形状，并且可以定位在进料口34和排料口36之间的任何位置。
一个或多个导管部分包括平坦表面82。加热元件14、传感器16、厚膜元件或其任意组合与平坦表面连接。加热元件14与导管部分中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于蛇形路径中的细丝。在此示例中，加热元件14附接到平坦表面82的加热筒84，电阻丝86将加热筒电耦合到电源。响应于加热元件14接收来自电源的电流，加热元件14可以被电阻地激励以及热激励，从而使得加热筒84通过对流、传导和/或辐射热传递加热导管部分、蛇形路径32的相邻段和其中的细丝18。可以设想的是该加热元件可以是其他合适的加热元件。
传感器16与至少一个导管部分连接，用于检测设置在蛇形路径中的细丝的至少一个特性。在此示例中，传感器16是热电偶，其被配置为检测设置在邻近传感器16的蛇形路径的区段中的细丝的温度。可以设想的是，喷嘴组件可以包括其他合适的传感器。
喷嘴部件12还包括挤压端口部件88，其附接到导管部分28、30的排料口36，并且与蛇形路径32流体连通。导管部分28、30具有第一硬度并且挤压端口部件具有高于第一硬度的第二硬度，使得磨蚀熔化材料不会侵蚀排料口的相关部分。
喷嘴部件还包括输入口部件90，其附接到导管部分28、30的进料口34，并且与蛇形路径32流体连通。导管部分28、30具有第一硬度，并且输入口部件90具有高于第一硬度的第二硬度，使得细丝材料不会侵蚀进料口的相关部分。
现在参考图4，喷嘴组件112的另一个实施例与图2的喷嘴组件12类似。图2的喷嘴组件12包括并排定位的导管部分28、30，而图4的喷嘴组件112包括端对端连续定位的导管部分128、130，使得每个导管部分定位在另一个导管部分的上游或下游。导管部分128、130限定蛇形路径，使得进料口134和排料口136沿着彼此间隔开的相关轴线135、137设置。此外，在此实施例中，喷嘴部件112还包括绝缘部件192，其将输入口部件190与导管部分128热间隔开。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开主旨的变型旨在落入本公开的范围内。此类变化不应被视为背离了本公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于3D打印机打印头(10)的喷嘴组件(12，112)，所述喷嘴组件(12，112)包括：
至少两个导管部分(28，30，128，130)，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的每一个都包括具有非线性的隐埋通道(42，44)的接口表面(38，40)，所述隐埋通道(42，44)彼此配合以响应于互相接合的相关的至少两个导管部分(28，30，128，130)的接口表面(38，40)而限定蛇形路径(32)，所述蛇形路径(32)从进料口(34，134)延伸至排料口(36，136)，以移动细丝(18)通过其中；
加热元件(14)，与两个导管部分(28，30，128，130)中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于所述蛇形路径(32)中的所述细丝(18)，以完全熔化所述细丝(18)，而不会使其焦糖化或燃烧。
2.根据权利要求1所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)相对于彼此并排定位并且彼此配合，使得所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的每一个限定从所述进料口(34，134)到所述排料口(36，136)的所述蛇形路径(32)的整个长度。
3.根据权利要求2所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)包括两块单独的板(46，48)，两块板(46，48)中的每一块都具有第一侧(50)和第二侧(52)，所述第一侧(50)形成一个相关的接口表面(38，40)，并且每一个所述接口表面(38，40)都是平面的。
4.根据权利要求3所述的喷嘴组件(12，112)，还包括固定机构(54)，所述固定机构(54)与所述导管部分(28，30，128，130)连接，用于使所述导管部分(28，30，128，130)彼此附接并限定所述蛇形路径(32)。
5.根据权利要求4所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述固定机构(54)包括第一和第二支架(56，58)，所述第一和第二支架(56，58)具有相关的第一和第二座(60，62)，用于保持所述导管部分(28，30，128，130)中相对应的一个，所述第一和第二支架(56，58)通过一个或多个紧固件彼此接合以相对于彼此定位所述隐埋通道(42，44)，从而限定所述蛇形路径(32)。
6.根据权利要求5所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述第一和第二支架(56，58)包括多个孔，所述孔被配置为容纳所述紧固件中相关的一个，以将支架(56，58)彼此保持在一起并将所述导管部分(28，30，128，130)彼此夹紧。
7.根据权利要求6所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述加热元件(14)包括加热筒(84)和用于将所述加热筒(84)电耦合到电源的电阻丝(86)，所述加热元件(14)被电阻地激励以及热激励，从而响应于所述加热元件(14)从所述电源接收电流，使得所述加热筒(84)通过对流、传导和辐射热传递中的至少一者来加热所述至少两个导管部分(28，30，128，130)和所述蛇形路径(32)中的细丝(18)。
8.一种用于3D打印机打印头(10)的喷嘴组件(12，112)，所述喷嘴组件(12，112)包括：
至少两个导管部分(28，30，128，130)，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的每一个都包括具有非线性的隐埋通道(42，44)的接口表面(38，40)，所述隐埋通道(42，44)彼此配合以响应于互相接合的相关的至少两个导管部分(28，30，128，130)的接口表面(38，40)而限定蛇形路径(32)，所述蛇形路径(32)从进料口(34，134)延伸至排料口(36，136)，以移动细丝(18)通过其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)被配置为限定所述蛇形路径(32)，所述蛇形路径(32)沿其自身具有多个横截面宽度；以及
加热元件(14)，与两个导管部分(28，30，128，130)中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于所述蛇形路径(32)中的细丝(18)，以完全熔化所述细丝(18)，而不会使其焦糖化或燃烧。
9.根据权利要求8所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)被配置为限定具有第一直径(70)的所述蛇形路径(32)的第一段(68)和定位于所述第一段(68)下游的所述蛇形路径(32)的第二段(72)，所述第二段(72)定位为邻近所述加热元件(14)并具有大于所述第一直径(70)的第二直径(74)，使得通过所述第二段(72)的流速低于通过所述第一段(68)的流速，并且设置在所述第二段(72)中的细丝(18)从所述加热元件(14)接收的热量比设置在所述第一段(68)中的细丝(18)更多。
10.根据权利要求9所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)被配置为限定定位于所述第二段(72)下游的所述蛇形路径(32)的第三段(76)，所述第三段(76)具有小于所述第二直径(74)的第三直径(78)，使得通过所述第三段(76)的流速高于通过所述第二段(72)的流速。
11.根据权利要求10所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)彼此配合以限定所述蛇形路径(32)，中央贮存器(80)与所述进料口(34，134)和所述排料口(36，136)流体连接，所述中央贮存器(80)定位为邻近所述加热元件(14)。
12.根据权利要求10所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述导管部分(28，30，128，130)彼此配合以限定具有多个弓形截面(64)的所述蛇形路径(32)，每个所述弓形截面(64)包括相关表面(66)，所述相关表面(66)被配置为改变所述细丝(18)的方向，从而增加所述细丝(18)对所述相关表面(66)的局部压力并增加相关热传递。
13.根据权利要求12所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)相对于彼此并排定位并彼此配合，使得所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的每一个限定从所述进料口(34，134)到所述排料口(36，136)的所述蛇形路径(32)的整个长度。
14.根据权利要求13所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)包括两块单独的板(46，48)，两块板(46，48)中的每一块都具有第一侧(50)和第二侧(52)，所述第一侧(50)形成一个相关的接口表面(38，40)，并且每一个所述接口表面(38，40)都是平面的。
15.根据权利要求14所述的喷嘴部件(12，112)，还包括挤压端口部件(88)，所述挤压端口部件(88)附着到所述至少两个导管部分(28，30，128，130)的排料口(36，136)并与所述蛇形路径(32)流体连通，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)具有第一硬度，所述挤压端口部件(88)具有高于所述第一硬度的第二硬度，使得所述细丝(18)的研磨熔料不会侵蚀位于所述排料口(36，136)的所述至少两个导管部分(28，30，128，130)。
16.根据权利要求14所述的喷嘴部件(12，112)，还包括输入端口部件(90)，所述输入端口部件(90)附接到所述至少两个导管部分(28，30，128，130)的进料口(34，134)并与所述蛇形路径(32)流体连通，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)具有第一硬度，所述输入端口部件(90)具有高于所述第一硬度的第二硬度，使得所述细丝(18)材料不会侵蚀所述进料口(34，134)的相关部分。
17.根据权利要求14所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述加热元件(14)包括加热筒(84)和用于将所述加热筒(84)电耦合到电源的电阻丝(86)，所述加热元件(14)被电阻地激励以及热激励，从而响应于所述加热元件(14)从所述电源接收电流，使得所述加热筒(84)通过对流、传导和辐射热传递中的至少一者来加热所述至少两个导管部分(28，30，128，130)和加热所述蛇形路径(32)中的细丝(18)。
18.根据权利要求17所述的喷嘴组件(12，112)，还包括热电偶，所述热电偶与所述两个导管部分(28，30，128，130)中的至少一个连接，用于检测设置在与所述热电偶相邻的所述蛇形路径(32)中的细丝(18)的温度。
19.根据权利要求12所述的喷嘴组件(12，112)，其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)端对端地连续定位，使得所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的每一个定位在所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的另一个的上游和下游之一。
20.一种用于3D打印机的打印头(10)，包括：
喷嘴组件(12，112)，包括：
至少两个导管部分(28，30，128，130)，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)中的每一个都包括具有非线性的隐埋通道(42，44)的接口表面(38，40)，所述隐埋通道(42，44)彼此配合以响应于互相接合的相关的至少两个导管部分(28，30，128，130)的接口表面(38，40)而限定蛇形路径(32)，所述蛇形路径(32)从进料口(34，134)延伸至排料口(36，136)，以移动细丝(18)通过其中，所述至少两个导管部分(28，30，128，130)被配置为限定所述蛇形路径(32)，所述蛇形路径(32)沿其自身具有多个横截面宽度；
加热元件(14)，与两个导管部分(28，30，128，130)中的至少一个连接，用于将热量传递至设置于所述蛇形路径(32)中的所述细丝(18)，以完全熔化所述细丝(18)，而不会使其焦糖化或燃烧；
热电偶(16)，与所述两个导管部分(28，30，128，130)中的至少一个连接，用于检测设置在与所述热电偶相邻的所述蛇形路径(32)中的所述细丝(18)的温度；
供给系统，用于将所述细丝(18)供给到所述喷嘴组件(12，112)中。
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