CN114986887A - 定量挤出给料头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种给料头、给料头的控制方法、增材制造设备及产品，增材制造设备可以是4D打印设备，可采用多材料打印，可采用粉状、粒状、块状材料，可应用在医药行业，可用于打印药物制剂。增材制造设备包括一个或多个给料头，给料头包括活塞式供料模块和压力检测模块，所述活塞式供料模块包括料筒和在所述料筒中移动的活塞，所述压力检测模块包括压力传感器和传压杆，所述活塞设有通孔，所述传压杆穿插在所述活塞的通孔中。利用所述压力检测模块实时检测所述料筒中物料压力。该给料头适用的材料范围广，能实现精准给料，克服了活塞式供料模块有死体积，压力检测结构体积大、不易拆洗等弊端。

Description

定量挤出给料头

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，特别是一种给料头、采用该给料头的增材制造设备、该增材制造设备的控制方法、该增材制造设备制备的药品。

背景技术

近年来，增材制造技术的应用越来越广泛，3D(3Dimension)打印技术、4D(4Dimension)打印技术均属于增材制造技术，应用领域涉及药物制剂，组织工程，生物医疗，机器人等。例如，专利CN108582765B公开了一种精密的药物三维打印装置，专利WO2021031824A1公开了一种High-throughput and high-preciscion pharmaceuticaladditive manufacturing system。

4D打印技术是在3D打印技术的基础上发展起来的，在空间三维结构打印的基础上增加了对时间维度的设计，使打印的产品具有时变功能，能使打印出的三维形状的产品，在环境作用下(如PH值，溶液，水，声，光，热，电，磁场，振动等)按设定的时间发生预定的形状或特性的变化从而达到特定的功能，比如，可以使打印出的药物在设定的时间和位置打开并按预定的速率释放，再比如，可以使打印出的三维植入药械能够长效释放并在设定的时间内降解。

4D打印技术的时变功能可采用智能材料打印或多材料打印实现，其中采用多材料打印技术，降低了对材料的要求，更容易获得广泛的应用。多材料打印要求打印设备配置多个给料头，通过多个给料头的交替给料实现多材料的成型。

给料头包括供料模块和出料模块，物料由供料模块输送至出料模块，之后从出料模块的喷嘴孔挤出。供料模块的类型有很多种，其中一种为活塞式供料模块，活塞式供料模块的优势是能适用于温度和粘度范围更广的物料，可实现高精度的定量给料。

但是，活塞头会粘物料，无法实现物料先进先出，在高温条件下，活塞头附近的物料容易变质，这限制了活塞挤出技术在一些行业的应用。此外，精确打印需要采用压力传感器，将压力传感器置于挤出喷嘴附近，并通过保持压力恒定的方式使挤出稳定，现有技术中，高温融体压力传感器体积大，不容易进行拆卸清洗，不便于使用。而且，采用活塞式供料模块，不容易及时地进行开关和挤出速度的调整。这些弊端都限制了活塞式供料模块的应用。

发明内容

一方面，本申请提供一种给料头，所述给料头包括活塞式供料模块和压力检测模块，所述活塞式供料模块包括料筒和在所述料筒中移动的活塞，所述压力检测模块包括压力传感器和传压杆，所述活塞设有通孔，所述传压杆穿插在所述活塞的通孔中。

给料头的一种实施方式，所述料筒底端设有出料口，所述通孔贯通至所述料筒的底端面，所述传压杆的底端面位于所述活塞的底端面附近；所述传压杆的顶端面与所述压力传感器的感应元件直接接触，或者，所述压力传感器设有导压部，所述传压杆的顶端面通过所述导压部与所述感应元件间接接触。

给料头的一种实施方式，所述活塞的顶端面局部内凹形成活塞凹槽，所述活塞的通孔贯通所述活塞凹槽的底壁和所述活塞的底端面，所述传压杆的顶端设有导压头，所述导压头的顶面与所述感应元件直接或间接接触，所述导压头的底面与所述活塞凹槽的底壁接触限位。

给料头的一种实施方式，所述传压杆与所述感应元件或所述导压部的接触面是截面呈弧形的圆弧面。

给料头的一种实施方式，所述活塞式供料模块包括连接座，所述连接座与所述活塞式供料模块的活塞驱动机构连接，所述活塞可拆卸地连于所述连接座，所述压力传感器的感应元件也连于所述连接座，所述压力传感器设有所述导压部时，所述导压部可拆卸地连于所述感应元件。

给料头的一种实施方式，所述活塞与所述连接座通过活塞卡块连接，所述活塞卡块的侧面内凹形成内凹卡口，所述活塞的顶端设有活塞缩颈部和位于所述活塞缩颈部顶侧和底侧的活塞限位部，所述连接座设有第一插槽和第二插槽，所述活塞的顶端沿轴向插装入所述第一插槽，所述活塞卡块沿侧向插装入所述第二插槽，所述活塞缩颈部位于所述活塞卡块的内凹卡口中，所述活塞卡块的顶面和底面分别能与所述第二插槽的顶壁和底壁接触限位，顶侧和底侧的所述活塞限位部分别能与所述活塞卡块的顶面和底面接触限位。

给料头的一种实施方式，所述给料头包括热管理模块，所述热管理模块包括加热部件和/或冷却部件和/或隔热部件。

给料头的一种实施方式，所述给料头包括自清洁模块，所述自清洁模块包括旋转刮料件，所述旋转刮料件能与所述活塞的底端面接触，从而能旋转刮除所述活塞的底端面上的物料。

给料头的一种实施方式，所述旋转刮料件与所述料筒平行布置或者同轴布置。

给料头的一种实施方式，所述旋转刮料件是不随所述活塞的移动而伸缩的固定型旋转刮料件或者是随所述活塞的移动而伸缩的伸缩型旋转刮料件。

给料头的一种实施方式，所述旋转刮料件还能与所述传压杆的底端面接触，所述固定型旋转刮料件与所述传压杆的底端面接触时能使所述压力检测模块检测到触碰压力信号。

给料头的一种实施方式，所述固定型旋转刮料件与所述活塞的底端面相接触的面上设有正对所述传压杆的凸起，利用所述凸起接触所述传压杆的底端面。

给料头的一种实施方式，所述给料头还包括出料模块，所述活塞式供料模块的出料口与所述出料模块的进口密闭连通，以向所述出料模块供料。

给料头的一种实施方式，所述旋转刮料件安装在所述出料模块内部；所述固定型旋转刮料件能与所述活塞在所述出料模块的进口处接触。

给料头的一种实施方式，所述出料模块包括喷嘴，物料由所述喷嘴的喷嘴孔挤出，所述出料模块还包括用于启闭所述喷嘴孔的开关部件。

给料头的一种实施方式，所述出料模块还包括设置在所述喷嘴上游的螺旋出料结构。

给料头的一种实施方式，所述开关部件采用转阀或者针阀，所述针阀的阀芯通过移动来启闭所述喷嘴孔，所述转阀的阀芯通过旋转来启闭所述喷嘴孔。

给料头的一种实施方式，所述开关部件的阀芯与所述旋转刮料件平行布置或同轴布置。

给料头的一种实施方式，所述旋转刮料件与所述转阀的阀芯由同一驱转机构驱转。

另一方面，本申请提供一种给料头的控制方法，所述控制方法为：接收到所述压力传感模块检测到的触碰压力信号时，控制所述旋转刮料件开始旋转或者改变转速。

另一方面，本申请提供一种增材制造设备，包括增材制造平台以及一个或多个给料头，所述给料头向所述增材制造平台给料，所述给料头为上述任一项所述的给料头。

另一方面，本申请提供一种产品，所述产品由上述增材制造设备制造而成。

本申请提供的给料头采用活塞式供料模块，活塞式供料模块适用的材料范围广，且易于实现精准给料，并且该给料头克服了活塞式供料模块不容易及时地进行开关和挤出速度的调整的弊端。

附图说明

图1为本申请提供的增材制造设备的一种实施例的示意图；

图2为增材制造设备的给料头一种实施例的剖视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图2中A部分的放大图；

图5为图3中A部分的放大图；

图6为图2中B部分的放大图；

图7为图3中B部分的放大图；

图8为图2中的转阀以及安装在该转阀内部的旋转刮料件的立体图；

图9为图8的主视图；

图10为图8的俯视图；

图11为图9的A-A向视图；

图12为图9的B-B向视图；

图13为图10的C-C向视图；

图14为图8中转阀的承载件、阀芯及喷嘴的透视图；

图15为图8中转阀的阀芯的透视图；

图16为图8中转阀的喷嘴的透视图；

图17为图8中转阀的承载件、阀芯及喷嘴的半剖视图，图中喷嘴孔和主流道的出口开启；

图18为图8中转阀的承载件、阀芯及喷嘴的半剖视图，图中喷嘴孔和主流道的出口均关闭；

图19为转阀另一种实施例的局部视图；

图20为转阀另一种实施例的局部视图；

图21为图4中M圈内部分的放大图；

图22为转阀另一种实施例的局部视图。

附图标记说明如下：

1A给料头，1B增材制造平台；

出料模块；

101阀芯，1011侧面，1012底端面，1012a锥形面，1012b水平面，1013斜切面，101a传动部件；

102主流道；

103喷嘴，1031喷嘴孔，1032锥形壁，1033水平壁；

104弹性件；

105承装件，1051承装孔，1052限位止挡部；

106密封圈；

107连通流道；

108阀体，1081第一阀体分部，1082第二阀体分部，1083流道槽，1084第一安装腔，1085第二安装腔，1086插孔，1087内凹腔；

109密封条；

110零点感应器；

111驱转机构；

供料模块

201料筒，2011凸缘部；

202活塞，2021活塞凹槽；

203活塞驱动机构，

204料筒卡块；

205活塞卡块；

206连接座，2061第一插槽，2062第二插槽；

压力检测模块

301压力传感器，3011感应元件，3012导压部；

302传压杆，3021导压头；

自清洁模块

401旋转刮料件，4011凸起；

402轴承；

热管理模块

501加热板，502加热套，503隔热盖板，504第一隔热套，505第二隔热套；

600基座。

具体实施方式

如图1，该增材制造设备包括给料头1A和增材制造平台1B。给料头的数量可以是一个，也可以是多个(图中设置了四个给料头)。进行多材料制造时，需要配置多个给料头，由多个给料头交替给料。

如图2和图3，该给料头主要包括供料模块、出料模块、压力检测模块、自清洁模块、热管理模块以及基座600等。其中，压力检测模块、热管理模块、自清洁模块为选设部件(即一些实施例中，可不设这些部件)。

供料模块将物料输送至出料模块。出料模块具有喷嘴孔。物料自出料模块的喷嘴孔定时定量地挤出到增材制造平台的预定位置处。压力检测模块用于检测给料头中的物料压力。自清洁模块用于刮除供料模块的动作部件上的物料和搅拌物料。热管理模块用于调控物料温度，保障物料的顺畅传输。基座600用于承装上述模块。图示实施例中，基座600为竖向布置的板状结构，这样比较节省空间，当然，也可设置为其他形状。

供料模块采用活塞式供料模块，活塞式供料模块优势是能适用于温度和粘度范围更广的物料，更容易使给料头实现高精度的定量给料。但是，活塞式供料模块由于活塞与物料接触的端面上会粘物料，无法实现物料的先进先出，导致物料长时间受热产生降解。这些弊端限制了活塞式供料模块的应用，本申请的一个目的是克服该弊端。

本申请中给料头配置压力检测模块，该压力传感模块能实时动态检测活塞与物料接触的端面处的物料压力，根据该压力实时调整活塞速度即能及时地调整喷嘴孔的挤出速度。另外本申请还进一步配置了旋转刮料模块，旋转刮料模块能刮除粘附在活塞与物料接触的端面上的物料，这样更利于活塞式供料模块实现物料先进先出以及给料头实现精准给料。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图所示的具体实施例对上述各模块的结构作进一步的详细说明。

供料模块

如图6和图7，供料模块采用活塞式供料模块，活塞式供料模块的优势是能适用于温度和粘度范围更广的物料，更容易使给料头实现高精度的定量给料。活塞式供料模块包括料筒201、活塞202、活塞驱动机构203、料筒卡块204、连接座206、活塞卡块205等。

料筒201设进料口。若配置自动进料机构，则可将料筒201的进料口设于料筒201侧面，当活塞202上升到进料口上方时，物料(可以是片状物料、粒状物料、粉状物料、液态状状物料等)自动加入料筒201。若手动进料，则可将料筒201的进料口设于料筒201顶端。料筒201的进料口处可采用导热率低的材质(如PTFE材质、PEEK材质)制成，另外，进料口处可设置成料斗形状并可加设强制进料结构(比如螺旋结构)。

料筒201底端设出料口。如图4，料筒201的底端支撑在出料模块上(图中转阀的阀体108上)并对准出料模块的进口(图中转阀的主流道102进口)。具体的，料筒201的底端设有沿径向向外凸伸的凸缘部2011，凸缘部2011由后文提到的热管理模块的一个隔热套(图中第二隔热套505)抵压在阀体108的顶端端面上，第二隔热套505通过螺纹紧固件或者其他形式的紧固件与阀体108固定连接，从而使料筒201的轴向位置固定。凸缘部2011的底端与阀体108的顶端通过凹凸结构嵌合，凹结构的内侧面与凸结构的外侧面相互配合定位料筒201的径向位置。

图示实施例中，如图6，料筒201的顶端卡装于料筒卡块204。料筒卡块204固定于基座600。料筒201的顶端设有料筒缩颈部和位于料筒缩颈部顶侧和底侧的料筒限位部。料筒卡块204的侧面内凹形成内凹卡口，料筒缩颈部装入料筒卡块204的内凹卡口中，顶侧的料筒限位部和底侧的料筒限位部分别能与料筒卡块204的顶面和底面接触限位。设置料筒卡块能使料筒201更稳固。

活塞202插装在料筒201中。活塞202能在活塞驱动机构203的驱动下沿料筒201的轴向移动。活塞202的外侧面与料筒201的内侧面紧密接触，因而活塞202在料筒201中移动时，能向料筒201中的物料加压，从而能推动物料前进。

具体的，活塞202可采用刚性材质或者弹性材质或者内部采用刚性材质外侧采用弹性材质，在此对弹性材质和刚性材质的类型不限制。适用于制造药品的增材制造设备的活塞202的外径范围以3mm-30mm为宜。

具体的，如图6，活塞202可通过活塞卡块205及连接座206与活塞驱动机构203连接。连接座206与活塞驱动机构203固定连接。活塞202的顶端设有活塞缩颈部和位于活塞缩颈部顶侧和底侧的活塞限位部。活塞卡块205的侧面内凹形成内凹卡口。连接座206设有第一插槽2061和第二插槽2062。活塞202的顶端沿轴向插装入连接座206的第一插槽2061，活塞202的顶端面与第一插槽2061的顶壁接触。活塞卡块205沿侧向插装入连接座206的第二插槽2062，活塞缩颈部位于活塞卡块205的内凹卡口中。活塞卡块205的顶面和底面分别能与第二插槽2062的顶壁和底壁接触限位，顶侧的活塞限位部和底侧的活塞限位部分别能与活塞卡块205的顶面和底面接触限位。采用这种连接结构，活塞202比较容易拆卸下来进行清洗，当然实际实施中活塞202也可采用其他连接结构与活塞驱动机构203连接，只要保证塞202易于拆卸即可。

具体的，如图6，活塞202的顶端面可局部内凹形成活塞凹槽2021，活塞202的顶端面围绕在活塞凹槽2021周围的部分可设置成截面呈弧形的弧形面，利用该弧形面与连接座206的第一插槽2061的顶壁接触。另外，活塞202还可沿其轴向(也是其动作方向)设置通孔，该通孔贯通活塞凹槽2021的底壁和活塞202的底端面，该通孔用以承装后文提到的压力检测模块的传压杆302。

具体的，活塞驱动机构203可以用直线电机作为动力元件，并配以直线导向模组辅助导向，这样能保障活塞202的动作精度。

压力检测模块

压力检测模块能检测给料头中的物料压力，检测到的压力可作为调整供料模块的供料速度的参考依据以及作为评判生产质量的参考依据。

如图6，该压力传感模块活动设置，能与活塞202同步移动。该压力传感模块包括压力传感器301和传压杆302。活塞202设有通孔，传压杆302穿插在该通孔中，负责将料筒201中的物料压力传递给压力传感器301，使压力传感器301能实时地检测到料筒201中的物料压力。

活塞202移动过程中，压力传感器301实时动态地检测料筒201中的物料压力，根据实时动态检测到的料筒201中的物料压力来调整活塞202的动作速度，这样就能够及时地调整出料模块的喷嘴孔1031的挤出速度。

具体的，如图6，压力传感器301包括感应元件3011和导压部3012，导压部3012的顶端可与感应元件3011可拆卸连接，具体可以螺纹连接。导压部3012的底端可伸到活塞202顶端的活塞凹槽2021中。压力传感器301的感应元件3011与上述连接座206连接，活塞202也与该连接座206连接，因而压力传感器301能与活塞202同步动作。

具体的，活塞201的通孔可以贯通至活塞201的底端面，传压杆302的底端面可以位于活塞202的底端面附近，具体可以与活塞202的底端面平齐或者间隔较小距离。传压杆302的顶端设有导压头3021，导压头3021位于活塞凹槽2021中，导压头3021的顶面与导压部3012的底面接触，导压头3021的底面与活塞凹槽2021的底壁接触。

具体的，导压头3021的顶面与导压部3012的底面的接触面可以是截面呈弧形的弧形面。这样设计，即便传压杆302有轻微倾斜或变形也能保持与导压部3012接触。

具体的，传压杆302的侧面的底部可与活塞通孔的孔壁接触或者小间隙配合(小间隙配合的间隙范围以1μm-10μm为宜)，这样能避免物料进入活塞202的通孔，虽然这样会导致检测到的压力与实际压力有一定的偏差，但是可以通过预先测定出该偏差并将该偏差加减到检测到的压力值上来解决偏差问题。传压杆302的侧面的其余位置可与活塞202的通孔大间隙配合(大间隙配合的间隙范围以10μm-300μm为宜)。传压杆302的直径范围以1mm-10mm为宜。传压杆302可采用刚性材质或者弹性材质或者刚性材质和弹性材质的组合，在此对刚性材质和弹性材质的类型不限制。

自清洁模块

如图4，自清洁模块包括旋转刮料件401和用于驱动旋转刮料件401旋转的驱转机构(图中111)。驱转机构可以电机作为动力元件，以齿轮组作为传动和减速元件，也可以液压缸作为动力元件，在此对驱转机构的类型不限制。多个给料头的旋转刮料件401可由同一驱转机构驱转，具体可以通过将多个给料头的旋转刮料件401用一个联动件(比如齿条、同步带)传动连接起来实现。

活塞式供料模块的活塞202比较容易粘附物料，尤其是活塞202与物料接触的端面上(图中活塞202的底端面)，可让旋转刮料件401与活塞202的底端面接触，旋转刮除掉粘附在活塞202的底端面上的物料，这样利于物料先进先出和精准给料。

具体的，旋转刮料件401可以是不随活塞的移动而伸缩的固定型旋转刮料件，也可以是随活塞的移动而伸缩的伸缩型旋转刮料件。

若采用伸缩型旋转刮料件401的话，可让伸缩型旋转刮料件401随着活塞202的移动同步伸缩，使活塞202全行程一直与旋转刮料件401接触。若采用固定型旋转刮料件401，则可将固定型旋转刮料件401布置在活塞202的行程终点处(即出料模块的进口处)，使活塞202移动到出料模块的进口处时与旋转刮料件401接触。

具体的，可以将旋转刮料件401的一部分或者全部安装在出料模块内，图示实施例中，旋转刮料件401全部安装在转阀的阀体108的第二安装腔1085中(参见图11)，并且外侧装有轴承402。

具体的，旋转刮料件401可与料筒201同轴布置或者平行布置。当旋转刮料件401与料筒201同轴布置或者平行布置时，其顶端面与活塞202的底端面接触。

具体的，在旋转刮料件401与活塞202的底端面接触时，可控制旋转刮料件401旋转，进行刮料。在旋转刮料件401与活塞202的底端面未接触时，也可控制旋转刮料件401旋转，这时，旋转刮料件401主要起搅拌作用。这两种情形下，旋转刮料件401的速度可以不同。

具体的，可让旋转刮料件401与活塞202的底端面接触的同时也与压力检测模块的传压杆302的底端面接触，这样，当旋转刮料件401与活塞202的底端面接触时，压力传感器301能检测到一个触碰压力信号，根据该触碰压力信号可判断出旋转刮料件401与活塞202的底端面接触了，并且根据该触碰压力信号也可知晓供料模块已经完成物料输送。基于这种结构的一种控制方法是：接收到压力传感模块检测到的触碰压力信号时，控制旋转刮料件401开始旋转或者改变转速。

具体的，如图21，可以在旋转刮料件401与动作部件的相接触的面(图中旋转刮料件401的顶端面)设凸起4011，该凸起4011正对传压杆302，以此保障在活塞202底端面粘附物料的情况下旋转刮料件401也能接触到传压杆302。

出料模块

如图3，出料模块包括喷嘴103，喷嘴103设有喷嘴孔1031(参见图16)，物料由喷嘴孔1031挤出。出料模块的喷嘴103上游可设置螺旋出料结构(比如螺杆)。

当给料头完成一个周期的作业时以及给料头空走等待作业的过程中需要关闭出料模块的喷嘴孔，若喷嘴孔关闭不及时或者关闭后漏料，则会出现拉丝、拖尾、局部堆料等问题，影响产品质量。因此本申请中，出料模块还设置了用于启闭喷嘴孔的开关部件。

开关部件可以是转阀，转阀的阀芯通过旋转来启闭喷嘴孔，也可以是针阀，针阀的阀芯通过移动来启闭喷嘴孔，在此不限制开关部件的类型。

图示实施例中展示了一种转阀，常规的转阀无法保障喷嘴孔关闭后不漏料，而该转阀能保障喷嘴孔关闭后不漏料。

如图3、图4以及图8-图18，该转阀包括阀芯101、主流道102、喷嘴103、连通流道107(参见图17)等。物料自主流道102的进口进入，然后自主流道102的出口流到连通流道107中，然后自喷嘴的喷嘴孔1031挤出。主流道102为弯曲流道。连通流道107负责连通主流道102的出口和喷嘴孔1031。

阀芯101由驱转机构(图中111)驱转，该驱转机构可与上述驱动旋转刮料件401旋转的驱转机构为同一机构，换言之，旋转刮料件401与阀芯101可由同一机构驱转。

转阀可设置传动部件101a(参见图14)，传动部件101a可以采用齿轮、齿圈、齿板、同步带等带齿部件，在此对传动部件101a的结构不限制。传动部件101a可与阀芯101为一体设置，也可与阀芯101分体设置而通过过盈配合、紧固件连接、焊接等方式固定于阀芯101。

阀芯101通过传动部件101a与驱转机构111传动连接，可参考图11理解，图11中，阀芯101通过传动部件101a与驱转机构111的一个齿轮111a传动连接，传动部件101a和驱转机构111之间设有传动齿轮组。

阀芯101可与旋转刮料件401同轴布置或者平行布置，这样，更方便两者由同一驱转机构驱转而且也更方便驱转机构的布置。

如图17和图18，阀芯101具有第一截流面和第二截流面。阀芯101旋转到预定位置时，第二截流面关闭主流道102的出口，第一截流面关闭喷嘴103的喷嘴孔1031，这时，主流道102的出口和喷嘴孔1031同处关闭状态。当然，在一些实施例中，也可仅设置一个截流面。

一些实施例中，可以是：当阀芯101自开启位置向关闭位置旋转时，主流道102的出口先于喷嘴孔1031关闭。具体可以通过合理配置第二截流面、第一截流面、主流道102的出口、喷嘴孔1031的相对位置实现。举例来说，当阀芯101自第一位置沿第一方向旋转到第二位置时，第二截流面关闭主流道102的出口，第一截流面尚未关闭喷嘴孔1031，这时即为主流道102的出口先于喷嘴孔1031关闭，然后阀芯101自第二位置继续沿第一方向旋转到第三位置时，第一截流面关闭喷嘴孔1031，第二截流面仍关闭着主流道102的出口，这时即为主流道102的出口与喷嘴孔1031同处关闭状态。

基于该实施例的一种控制方法是：当需要关闭喷嘴孔1031时，先控制驱转机构111驱动阀芯101关闭主流道102的出口，这时喷嘴孔1031尚未关闭，之后再控制驱转机构111驱动阀芯101关闭喷嘴孔1031，达到主流道102的出口和喷嘴孔1031均关闭的状态。

一些实施例中，也可以是：当阀芯101自开启位置向关闭位置旋转时，喷嘴孔1031先于主流道102的出口关闭，或者，喷嘴孔1031与主流道102的出口同时关闭。

具体的，可对驱动阀芯101旋转的驱转机构111、驱动增材制造平台的驱动机构、驱动供料模块的动作部件的驱动机构进行联控，这样，容易保障喷嘴孔1031的启闭时机和启闭速度与增材制造平台的位置和移动速度以及供料模块的供料速度相适应。

进一步的设计，阀芯101在改变主流道102的出口开度的行程内旋转时，喷嘴孔1031一直处于开启状态且开度不变。具体可以通过合理配置第二截流面、第一截流面、主流道102的出口、喷嘴孔1031的相对位置实现。举例来说，若阀芯101旋转到第一位置时，第二截流面刚好使主流道102的出口处于最大开度状态，若阀芯101旋转到第二位置时，第二截流面刚好关闭主流道102的出口，则阀芯101自第一位置沿第一方向旋转到第二位置的行程以及阀芯101自第二位置沿第一方向的反向旋转到第一位置的行程，即为阀芯101改变主流道102的出口开度的行程。这样设计，在利用第二截流面改变主流道102的出口开度以进行物料流量调节时，喷嘴孔1031的开度不变，所以不影响物料的挤出形状，因而能保障物料的均匀挤出，换言之，这样设计在不影响物料均匀挤出的前提下，能实现物料的流量调节。

进一步的设计，如图14和图15，阀芯101具有环绕其转轴设置的侧面1011，还具有设置在侧面1011底端的底端面1012。转阀设有承装件105，承装件105具有承装孔1051，阀芯101安装于承装孔1051，阀芯101的侧面1011与承装孔1051的孔壁配合，上述第二截流面形成于阀芯101的侧面1011，上述主流道102的出口设于承装孔1051的孔壁。喷嘴103密闭连接在承装件105底部，上述第一截流面形成于阀芯101的底端面1012。

具体的，第二截流面可以与阀芯101的底端面相接(如图19)，。或者，第二截流面还可以与阀芯101的底端面在沿阀芯101的转轴方向上间隔一段距离L(如图18和图20)，该距离L的范围为：0≤L≤10mm。

具体的，阀芯101的侧面1011与承装孔1051的孔壁可以均为刚性材质(比如钢材、陶瓷、玻璃等)，出于阀芯101的旋转阻力不宜过大的考虑，阀芯101的侧面1011与承装孔1051的孔壁采用间隙配合，配合间隙以不超过20μm为宜，优选小于7μm，这样，可保障形成于阀芯101侧面1011的第二截流面能更紧密地关闭住主流道102的出口。或者，阀芯101的侧面1011与承装孔1051的孔壁可以一者为弹性材质(比如PEEK、PTFE等)，一者为刚性材质(比如钢材、陶瓷、玻璃等)，还可以均为弹性材质，这两种情况下，两者可相互接触，紧密配合。另外，可设置密封圈106(参见图4)，承装件105可设置密封圈安装槽，密封圈106套装在阀芯101的侧面1011和密封圈安装槽的侧壁之间。密封圈106靠近承装孔1051的顶端口布置，起到防止物料自承装孔1051的顶端口逸出的作用。

具体的，阀芯101可大致呈圆柱形。适用于制造药品的增材制造设备的转阀阀芯101的外径范围以1mm-10mm为宜。

具体的，如图4，喷嘴103可设内腔，喷嘴孔的进口设于喷嘴103的内腔壁。阀芯101的底端自承装1051的底端口伸出，伸到喷嘴103的内腔中，形成于阀芯101的底端面的第一截流面与喷嘴103的内腔壁贴合接触。这样设计，当阀芯101旋转时，可将粘附在喷嘴的内腔壁上的物料刮下，促使物料从喷嘴孔1031挤出，而且，可使第一截流面与喷嘴孔1031的出口离得很近，从而减少了死体积，因此能实现物料先进先出和精准给料。第一截流面与喷嘴孔1031的出口的距离范围以0.1-10mm为宜，优选地，小于1mm，优选地为0.6mm。

另外，可设置预压缩的弹性件104，弹性件104的弹性力作用下阀芯101上，使阀芯101的第一截流面与喷嘴的内腔壁紧密地接触，弹性件104可以是压簧、蝶片等。另外，喷嘴孔1031的进口处可设倒角，使物料更容易被挤出。

图示实施例中，如图16，喷嘴103的内腔壁具有锥形壁1032和水平壁1033，如图15，阀芯101的底端面1012具有锥形面1012a和水平面1012b。如图14，锥形壁与锥形面均相对阀芯101的转轴倾斜设置且两者的斜度相同，锥形壁与锥形面贴合接触。具体的，锥形面与锥形壁与阀芯101的转轴的夹角以0-60°为宜。水平壁与水平面均垂直于阀芯101的转轴，水平壁与水平面贴合接触。第一截流面的一部分形成于阀芯101的锥形面、一部分形成于水平面。这样设计，粘附在喷嘴的内腔壁上的物料能顺着锥形壁尽快地从喷嘴孔1031挤出，从而更利于物料先进先出和精准给料。并且，喷嘴孔1031由锥形面和水平面一起关闭，这样喷嘴孔1031关闭后更不容易漏料。

具体的，如图16，喷嘴103的外形大致呈顶大底小的锥形，喷嘴孔1031设在喷嘴103的底端，锥形喷嘴更便于精准地确定给料位置。适用于制造药品的增材制造设备的喷嘴孔1031的孔径范围以0.03mm-1mm为宜。

具体的，如图18，连通流道107负责连通主流道102的出口和喷嘴孔1031。如图18，连通流道107可以设置在阀芯101与喷嘴及承装件105之间，具体可以在阀芯101外侧设置斜切面1013，连通流道107形成在斜切面与喷嘴及承装件105之间。或者，连通流道107也可以设置在阀芯101内部，具体可以通过在阀芯101内部开设孔道实现。

具体的，如图8，转阀还设置阀体108，阀体108包括相互对合的第一阀体分部1081和第二阀体分部1082。

如图13，第一阀体分部1081和第二阀体分部1082可以左右对合，即两者的对合面平行于阀芯101的中心轴线。如图22，第一阀体分部1081和第二阀体分部1082也可以上下对合，即两者的对合面垂直于阀芯101的中心轴线。

图13中，第一阀体分部1081的对合面和第二阀体分部1082的对合面均设有流道槽1083，两者的流道槽1083对合形成主流道102的一段。这种结构的阀体108，便于主流道102的加工，能保障加工出的主流道102的流道壁光滑不挂料，从而利于物料先进先出和精准给料。

图13中，第一阀体分部1081和第二阀体分部1082的流道槽1083的槽口两侧均设有台阶结构。台阶结构的凹面上设有密封条109。两者的台阶结构相互嵌合，一者的台阶结构的凸面抵压另一者的台阶结构的凹面上的密封条109，以防止流道槽1083的对合位置漏料。

图22中，第一阀体分部1081设有用于承装旋转刮料件401的孔部，第二阀体分部1082设有用于承装阀芯的孔部。

具体的，第一阀体分部1081和第二阀体分部1082对合后可以通过螺纹紧固件锁紧，也可以通过卡扣锁紧，当然不局限于此，只要是便于解锁的锁紧机构即可。当需要清洗转阀时，可解锁第一阀体分部1081和第二阀体分部1082，从而能很容易地清洗到阀内流道和安装在阀内的阀芯101、旋转刮料件401等部件。

具体的，上述承装件105可以是转阀的阀体108的一部分(如图19、图20、图22)，也可以是与转阀的阀体108组装在一起的组装体(如图13)。上述喷嘴103可以与承装件105一体设置(如图13、图19)，也可以与承装件105分体设置并可拆卸地连接在一起(如图20)，分体设置能通过单独更换不同孔径的喷嘴来满足不同的使用需求。

详细的，图13中，第一阀体分部1081的对合面和第二阀体分部1082的对合面上加工出第一安装槽，两者的第一安装槽对合形成第一安装腔1084(参见图11)，承装件105安装于第一安装腔1084，承装件105的顶端和底端均设有限位止挡部1052，与阀体108止挡限位。主流道102的一部分形成在阀体108内部，另一部分形成在承装件105内部。

图19中，第一阀体分部1081的对合面和第二阀体分部1082的对合面上加工出承装槽、内腔槽和孔槽，两者的承装槽对合形成承装孔1051，两者的内腔槽对合形成喷嘴103的内腔，两者的孔槽对合形成喷嘴孔1031。

图20中，第一阀体分部1081的对合面和第二阀体分部1082的对合面上加工出承装槽，两者的承装槽对合形成承装孔1051，在第一阀体分部1081和第二阀体分部1082对合锁紧后，将喷嘴103通过螺纹或者其他可拆卸结构连在阀体108底部。图中喷嘴103与阀体108的连接位置通过凹部和凸部嵌合，凹部与凸部之间可设密封圈，这样喷嘴103与阀体108的连接位置的密封性较好。

另外，图19中，第一阀体分部1081的对合面和第二阀体分部1082的对合面上还加工出第二安装槽，两者的第二安装槽对合形成第二安装腔1085(参见图11)，第二安装腔1085位于上述第一安装腔1084顶侧。后文介绍的自清洁模块的旋转刮料件401安装于第二安装腔1085。转阀的主流道102进口与第二安装腔1085贯通，自清洁模块的旋转刮料件401能在主流道102的进口处与供料模块的动作部件接触。

具体的，如图8，阀体108可大致呈侧卧的“凹”字形，阀体108的一侧设有内凹腔1087，内凹腔1087位于上述第一安装腔1084和第二安装腔1085之间。如图4，驱转机构111布置在阀体108的该侧(设有内凹腔的一侧)，驱转机构111的一部分伸到阀体108的内凹腔1087中，驱转机构111的一个齿轮111a与阀芯101上的传动部件101a传动连接。

另外，转阀还可设置零点感应器110(比如可以是光电传感器或者红外传感器等)，同时阀芯101表面或者与阀芯101同步旋转的部件表面设有标示部，感标示部的颜色可以不同于其他位置。零点感应器通过感知标示部的位置确定阀芯101的零点位置(即阀芯101的初始位置)。零点感应器110可安装于阀体108，图示实施例中，阀体108的一个阀体分部设有插孔1086(参见图11)，零点感应器插装在该插孔1086中。

综上，本申请提供的转阀能保障喷嘴孔1031关闭后不漏料，实现了物料先进先出和精准给料，尤其适用于对给料精度要求较高的设备，比如制造药品的增材制造设备。

热管理模块

热管理模块可包括加热部件、冷却部件、隔热部件其中之一或全部。

具体的，冷却部件可安装在料筒201的进料口处。

图示实施例中，如图4和图5，设有加热部件。具体包括加热板501和加热套502。加热板501盖装在转阀的阀体108表面。加热套502套装在料筒201外侧。

图示实施例中，如图4和图5，设有隔热部件。具体包括隔热盖板503和隔热套。隔热盖板503盖装在转阀的阀体108底部，一个隔热套(图中第一隔热套504)套装在阀体108外侧的加热板501外，另一个隔热套(图中第二隔热套505)套装在料筒201外侧的加热套502外。

实际实施时，加热部件、冷却部件、隔热部件的形状和位置可根据需要灵活调整。

综上，本申请提供的增材制造设备具有：实现了物料先进先出和精准均匀给料，易于拆卸清洗等优势。

此外，本申请还提供一种产品，该产品由上述增材制造设备制造而成，该产品具有较好的成型质量。具体的，该产品可以是药品或者其他对物料剂量精度要求较高的产品。

以上应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，在不冲突的情况下，上述各实施例可以结合，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (22)

1.一种给料头，其特征在于，包括活塞式供料模块和压力检测模块，所述活塞式供料模块包括料筒(201)和在所述料筒(201)中移动的活塞(202)，所述压力检测模块包括压力传感器(301)和传压杆(302)，所述活塞(202)设有通孔，所述传压杆(302)穿插在所述活塞(202)的通孔中。

2.根据权利要求1所述的给料头，其特征在于，所述料筒(201)底端设有出料口，所述通孔贯通至所述料筒(201)的底端面，所述传压杆(302)的底端面位于所述活塞(202)的底端面附近；所述传压杆(302)的顶端面与所述压力传感器(301)的感应元件(3011)直接接触，或者，所述压力传感器(301)设有导压部(3012)，所述传压杆(302)的顶端面通过所述导压部(3012)与所述感应元件(3011)间接接触。

3.根据权利要求2所述的给料头，其特征在于，所述活塞(202)的顶端面局部内凹形成活塞凹槽(2021)，所述活塞(202)的通孔贯通所述活塞凹槽(2021)的底壁和所述活塞(202)的底端面，所述传压杆(302)的顶端设有导压头(3021)，所述导压头(3021)的顶面与所述感应元件(3011)直接或间接接触，所述导压头(3021)的底面与所述活塞凹槽(2021)的底壁接触限位。

4.根据权利要求2所述的给料头，其特征在于，所述传压杆(302)与所述感应元件(3011)或所述导压部(3012)的接触面是截面呈弧形的圆弧面。

5.根据权利要求2所述的给料头，其特征在于，所述活塞式供料模块包括连接座(206)，所述连接座(206)与所述活塞式供料模块的活塞驱动机构(203)连接，所述活塞(202)可拆卸地连于所述连接座(206)，所述压力传感器(301)的感应元件(3011)也连于所述连接座(206)；所述压力传感器(301)设有所述导压部(3012)时，所述导压部(3012)可拆卸地连于所述感应元件(3011)。

6.根据权利要求5所述的给料头，其特征在于，所述活塞(202)与所述连接座(206)通过活塞卡块(205)连接，所述活塞卡块(205)的侧面内凹形成内凹卡口，所述活塞(202)的顶端设有活塞缩颈部和位于所述活塞缩颈部顶侧和底侧的活塞限位部，所述连接座(206)设有第一插槽(2061)和第二插槽(2062)，所述活塞(202)的顶端沿轴向插装入所述第一插槽(2061)，所述活塞卡块沿侧向插装入所述第二插槽(2062)，所述活塞缩颈部位于所述活塞卡块(205)的内凹卡口中，所述活塞卡块(205)的顶面和底面分别能与所述第二插槽(2062)的顶壁和底壁接触限位，顶侧和底侧的所述活塞限位部分别能与所述活塞卡块(205)的顶面和底面接触限位。

7.根据权利要求1所述的给料头，其特征在于，所述给料头包括热管理模块，所述热管理模块包括加热部件和/或冷却部件和/或隔热部件。

8.根据权利要求2-7任一项所述的给料头，其特征在于，所述给料头包括自清洁模块，所述自清洁模块包括旋转刮料件(401)，所述旋转刮料件(401)能与所述活塞(202)的底端面接触，从而能旋转刮除所述活塞(202)的底端面上的物料。

9.根据权利要求8所述的给料头，其特征在于，所述旋转刮料件(401)与所述料筒(201)平行布置或者同轴布置。

10.根据权利要求8所述的给料头，其特征在于，所述旋转刮料件(401)是不随所述活塞的移动而伸缩的固定型旋转刮料件或者是随所述活塞的移动而伸缩的伸缩型旋转刮料件。

11.根据权利要求10所述的给料头，其特征在于，所述旋转刮料件(401)还能与所述传压杆(302)的底端面接触，所述固定型旋转刮料件与所述传压杆的底端面接触时能使所述压力检测模块检测到触碰压力信号。

12.根据权利要求11所述的给料头，其特征在于，所述固定型旋转刮料件与所述活塞(202)的底端面相接触的面上设有正对所述传压杆(302)的凸起(4011)，利用所述凸起(4011)接触所述传压杆(302)的底端面。

13.根据权利要求11所述的给料头，其特征在于，所述给料头还包括出料模块，所述活塞式供料模块的出料口与所述出料模块的进口密闭连通，以向所述出料模块供料。

14.根据权利要求13所述的给料头，其特征在于，所述旋转刮料件(401)安装在所述出料模块内部；所述固定型旋转刮料件能与所述活塞(202)在所述出料模块的进口处接触。

15.根据权利要求13所述的给料头，其特征在于，所述出料模块包括喷嘴(103)，物料由所述喷嘴(103)的喷嘴孔(1031)挤出，所述出料模块还包括用于启闭所述喷嘴孔(1031)的开关部件。

16.根据权利要求15所述的给料头，其特征在于，所述出料模块还包括设置在所述喷嘴(103)上游的螺旋出料结构。

17.根据权利要求15所述的给料头，其特征在于，所述开关部件采用转阀或者针阀，所述针阀的阀芯通过移动来启闭所述喷嘴孔(1031)，所述转阀的阀芯通过旋转来启闭所述喷嘴孔(1031)。

18.根据权利要求17所述的给料头，其特征在于，所述开关部件的阀芯与所述旋转刮料件(401)平行布置或同轴布置。

19.根据权利要求17所述的给料头，其特征在于，所述旋转刮料件(401)与所述转阀的阀芯由同一驱转机构驱转。

20.给料头的控制方法，其特征在于，所述给料头为权利要求11-19任一项所述的给料头，所述控制方法为：接收到所述压力传感模块检测到的触碰压力信号时，控制所述旋转刮料件(401)开始旋转或者改变转速。

21.增材制造设备，包括增材制造平台(1B)以及一个或多个给料头(1A)，所述给料头(1A)向所述增材制造平台给料，其特征在于，所述给料头(1A)为权利要求1-19任一项所述的给料头。

22.一种产品，其特征在于，所述产品由权利要求21所述的增材制造设备制造而成。

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