CN115384058B - 孔槽错位的通流截面可调打印头、打印方法及加工件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及孔槽错位的通流截面可调打印头、打印方法及加工件，属于3D打印领域，包括转动驱动、转动错位机构，或转动驱动、曲柄滑块移动错位机构，或移动驱动、移动错位机构；转动驱动是电机减速器一体机与齿轮传动，移动驱动是伺服的电缸或直线电机；转动错位包括动尖头、固定盘，转动驱动使动尖头相对固定盘转动；移动错位包括动尖头、直线导轨、滑块、固定盘，移动驱动使动尖头相对固定盘移动；根据打印材料流体特性，相对移动或转动的动尖头和固定盘配套设计，通过配套零件的孔/槽形状、孔/槽分布、孔/槽的锥/斜度的优化设计，并综合3D运动控制、材料流量或压力控制，实现孔槽之间错位调节，形成各种书画效果和打印产品的纹理与质构。

Description

孔槽错位的通流截面可调打印头、打印方法及加工件

技术领域

本发明涉及3D打印、增材加工或食品加工机械技术领域，尤其是一种孔槽错位的通流截面可调打印头、打印方法及加工件。

背景技术

3D打印存在不同的方式，它们的不同在于所用材料，以及材料的使用方式，其中直写打印就是将浆料通过针管挤出，层层堆叠来构型，但当有不同粗细线条需求时，要更换不同粗细的针管，或者使用多喷头切换。在3D打印中，通常平面分层打印是XY轴二联控的二维运动，从而形成封闭轮廓线以及封闭轮廓线中间填充，在Z轴方向调整，打印出形体；因此仅仅注重轮廓线的处理，在轮廓面上形成层叠纹路。

奶油裱花图案不是平面分层式堆积的，不能采用通常的平面分层3D打印。人工操作的奶油裱花，通常协调控制X轴、Y轴、Z轴方向运动和打印材料流量或挤出压力，即双手抓持、运动并同时挤压装奶油的锥尖剪开的锥形塑料袋；大面积图案、宽线条需要多次填充而效率低，并且也不能实现二种颜色一次成形的操作，更需要长时间训练才能做出通常的图案和文字；奶油裱花注重装饰效果和个性化，应用3D打印、增材加工，可大大减少技术劳动力。

用中国毛笔写字的十一种笔锋、绘画的十六种皴法，用排笔创作西洋油画的十五种技法，这些是3D打印难以实现的纹理效果；木纹纸、花纹板等装饰材料，难以仿真出自然材料上的纹理；生日蛋糕的裱花装饰、年轻人高价购买的“文创类”食品等3D打印产品，除轮廓形状之外还有纹理、质构，还会影响到口感、风味。

3D打印、增材加工不仅是完成成形加工，还需要实现装饰、美化效果，乃至个性化产品，打印头的结构设计与参数优化具有重要价值，同时点线面体的运动分析基础上的成形工艺也需要与打印头设计相结合。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的孔槽错位的通流截面可调打印头、打印方法及加工件，从而可以满足打印对象在纹理、质构的需求，借助于打印头结构和打印方法的创新设计，使3D打印具有更好的通用性与适应性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种孔槽错位的通流截面可调打印头，包括转动驱动、齿轮传动、转动错位机构；或转动驱动、曲柄滑块机构传动、移动错位机构；或移动驱动、移动错位机构；

所述转动驱动采用电机减速器一体机；

所述移动驱动采用直线驱动器；

转动错位机构包括转动尖头、滚针轴承、固定盘，转动驱动使转动尖头相对固定盘转动；

移动错位机构包括移动尖头、直线导轨、滑块、固定盘，移动驱动使移动尖头相对固定盘移动；

所述转动尖头至少包括：孔系转动尖头、双渐宽圆弧槽转动尖头，

所述移动尖头至少包括：孔系移动尖头、细长槽移动尖头、排孔移动尖头、双槽移动尖头、双槽转动尖头、双斜槽四棱锥台尖头，

所述定盘至少包括：弧形槽定盘、直槽定盘、渐宽槽定盘、平行四边形槽定盘、多扇形槽定盘、宽矩形槽定盘、二窄矩形槽定盘；

根据打印材料流体特性，错位机构中有相对运动关系的移动尖头或转动尖头和固定盘是配套设计的，通过配套零件的孔、槽的形状、分布、锥/斜度，并综合工作台3D方向运动控制、打印物体支撑盘转动、以及打印材料流量或挤出压力控制，实现孔槽、槽槽之间错位调节，形成各种书画效果和打印产品的纹理与质构。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述转动驱动中，支架圆锥流道管与3D打印机连接，电机减速器一体机固定在支架圆锥流道管上，主动齿轮通过紧定螺钉固定在电机减速器一体机的输出轴上，与主动齿轮啮合的从动齿轮靠内孔定位固定在转动座筒上，转动座筒靠二个滚针轴承支撑，二个滚针轴承之间安装有隔套，二个滚针轴承内圈均安装在支架圆锥流道管上；

所述转动错位机构中，设置有孔系转动尖头与弧形槽定盘，弧形槽定盘靠上部浅孔定位固定在支架圆锥流道管下端，弧形槽定盘的外圆柱上设置有密封圈，在弧形槽定盘的外圆柱与转动座筒内孔之间产生密封；孔系转动尖头靠凸台定位固定在转动座筒上，孔系转动尖头与转动座筒之间设置有调节垫片，修磨调节垫片的厚度来调节孔系转动尖头与弧形槽定盘之间的间隙以及滚针轴承的预紧力。

所述转动错位机构中，调节孔系转动尖头和弧形槽定盘配套设计，调节孔系转动尖头开有一组圆孔，弧形槽定盘开有一组圆弧槽和一个直槽，其中，孔系转动尖头的外圈圆孔中心与弧形槽定盘的圆弧槽中心相等，孔系转动尖头的内圈圆孔中心与弧形槽定盘的直槽中心相等，圆弧槽宽度大于圆孔直径；电机减速器一体机的输出端通过主动齿轮啮合从动齿轮，使转动座筒、孔系转动尖头相对于支架圆锥流道管、弧形槽定盘转动，从而转动调节通流截面；

或者所述转动错位机构中，双渐宽圆弧槽转动尖头与直槽定盘配套设计，直槽定盘中间对称处有一长直槽，直槽定盘固定后，长直槽平行或垂直于打印机X轴运动方向，双渐宽圆弧槽转动尖头有二个渐宽圆弧槽，双渐宽圆弧槽转动尖头的渐宽圆弧槽转动，与直槽定盘的长直槽重叠、形成二条逐渐变化的短直槽的通流截面。

所述转动驱动、曲柄滑块传动机构中，底座圆锥流道管安装在打印机上，电机减速器一体机固定在底座圆锥流道管上，曲柄通过紧定螺钉固定在电机减速器一体机输出轴上；曲柄与连杆的一端铰接，连杆的另一端与孔系移动尖头铰接；

所述移动错位机构中，孔系移动尖头和弧形槽定盘配套设计，孔系移动尖头的外圈圆孔中心与弧形槽定盘的圆弧槽中心相等，孔系移动尖头的内圈圆孔中心与弧形槽定盘的直槽中心相等，圆弧槽宽度大于圆孔直径；弧形槽定盘靠上部浅孔固定在底座圆锥流道管下端，直线导轨朝下被固定在底座圆锥流道管上，二个导轨滑块分别在二根直线导轨悬挂移动，孔系移动尖头固定在二个导轨滑块上，二根直线导轨保证孔系移动尖头和弧形槽定盘之间的间隙；电机减速器一体机驱动曲柄转动，牵引连杆，使孔系移动尖头相对于弧形槽定盘直线移动，从而移动调节通流截面；

另一种所述移动驱动中，底座圆锥流道管安装在打印机上，直线驱动器固定在底座圆锥流道管上，直线驱动器输出轴前端是带有销孔的板状，直线驱动器输出轴前端与细长槽移动尖头铰接；所述直线驱动器为伺服电缸或伺服直线电机；

所述移动错位机构中，配套零件设计的细长槽移动尖头与渐宽槽定盘，细长槽移动尖头左右对称面左侧有一长直槽，渐宽槽定盘左右对称面右侧有一渐宽槽，细长槽移动尖头的长直槽与渐宽槽定盘渐宽方向垂直；渐宽槽定盘上部浅孔固定在底座圆锥流道管下端，直线导轨朝下被固定在底座圆锥流道管上，二个导轨滑块分别在二根直线导轨悬挂移动，细长槽移动尖头固定在二个导轨滑块上，二根直线导轨保证细长槽移动尖头和渐宽槽定盘之间的间隙；直线驱动器驱动细长槽移动尖头相对于渐宽槽定盘直线移动，使细长槽移动尖头长直槽与渐宽槽定盘渐宽槽重叠下的直槽长度不断增加，从而移动调节通流截面；

或者所述移动错位机构中，排孔移动尖头与渐宽槽定盘配套设计，排孔移动尖头左右对称面左侧有二排小孔，渐宽槽定盘左右对称面右侧有一渐宽槽，排孔移动尖头二排小孔与渐宽槽定盘渐宽方向垂直，直线驱动器驱动排孔移动尖头相对于渐宽槽定盘移动，使排孔移动尖头的二排排孔与渐宽槽定盘渐宽槽重叠下的孔数量不断增加，从而移动调节通流截面，类似于排笔大小号变化；

或者所述移动错位机构中，双槽移动尖头与平行四边形槽定盘配套设计，随着双槽移动尖头移动，双槽移动尖头上部直槽与平行四边形槽定盘的平行四边形槽的重叠长度从槽长度减少、直至零，双槽移动尖头下部部直槽与平行四边形槽定盘的平行四边形槽的重叠长度从零增加、直至等于槽长度。

双组分打印头结构中，所述转动驱动为：支架圆锥流道管与3D打印机连接，电机减速器一体机固定在支架圆锥流道管上，主动齿轮靠紧定螺钉固定在电机减速器一体机的输出轴上，与主动齿轮啮合的从动齿轮靠内孔定位固定在转动座筒，转动座筒靠二个滚针轴承支撑，二个滚针轴承之间有隔套，二个滚针轴承内圈均安装在支架圆锥流道管上；在支架圆锥流道管孔内增加了一个流道，靠定位圆弧T型内流道管上端的菱形法兰的圆弧侧面，与支架圆锥流道管台阶圆弧面间隙配定位，支架圆锥流道管和定位圆弧T型内流道管共同安装在3D打印机上；一种组分流道是定位圆弧T型内流道管，另一种组分流道是定位圆弧T型内流道管外、支架圆锥流道管内的环形流道；

所述转动错位机构中，双槽转动尖头与多扇形槽定盘配套设计，双槽转动尖头在初始位置是二组分打印材料同时挤出，双槽转动尖头相对于多扇形槽定盘逆时针转动90度、180度、270度，对应于定位圆弧T型内流道管的第一组分挤出、所有流道封闭、定位圆弧T型内流道管外、支架圆锥流道管内的环形流道的第二组分挤出。

双组分打印结构中，所述移动驱动为：二根法兰圆锥流道管紧邻地安装在打印机上，安装大板靠圆柱面定位套进二根法兰圆锥流道管上、在削边的法兰上用螺钉固定；直线驱动器输出轴前端是带有销孔的板状，直线驱动器输出轴前端与双斜槽四棱锥台尖头铰接；所述直线驱动器为伺服电缸或伺服直线电机；

所述移动错位机构中，双斜槽四棱锥台尖头分别与宽矩形槽定盘、二窄矩形槽定盘配套设计、形成二种组合，宽矩形槽定盘、二窄矩形槽定盘分别定位安装在前后二根法兰圆锥流道管下端；直线导轨朝下被固定在安装大板上，二个导轨滑块分别在二根直线导轨悬挂移动，双斜槽四棱锥台尖头固定在二个导轨滑块上，二根直线导轨保证双斜槽四棱锥台尖头与宽矩形槽定盘、二窄矩形槽定盘之间的间隙；双斜槽四棱锥台尖头前后对称地设置二斜槽，宽矩形槽定盘上有一宽矩形槽、二窄矩形槽定盘上有二窄矩形槽，双斜槽四棱锥台尖头的二斜槽分别与宽矩形槽定盘上宽矩形槽、二窄矩形槽定盘上二窄矩形槽宽度方向上一致吻合；

左右打印移动时，直线驱动器驱动双斜槽四棱锥台尖头相对于宽矩形槽定盘、二窄矩形槽定盘直线移动，使双斜槽四棱锥台尖头长直槽与宽矩形槽定盘上宽矩形槽、二窄矩形槽定盘上二窄矩形槽重叠与左右方向错位，先后形成前后二根法兰圆锥流道管内的双组分同时打印、前面一根法兰圆锥流道管内的单组分打印、后面一根法兰圆锥流道管内的单组分打印三种状态；双斜槽四棱锥台尖头的二斜槽，将二组分的流道均导引到靠近前后对称面处。

一种孔槽错位的通流截面可调打印方法，包括孔槽旋转错位或孔槽移动错位，X、Y、Z三轴运动，位于工作台上的打印物体支撑转盘转动，打印材料流量或挤出压力共六个参数；孔槽旋转错位或孔槽移动错位的参数，与X、Y、Z三轴运动参数、打印物体支撑转盘转动、以及打印材料流量或挤出压力参数这五个参数中的任意一个、或者任意二个、或者任意三个、或者任意四个参数、或五个参数的协同控制方法，形成二联控、三联控、四联控、五联控、六联控下的打印方法；同时，根据打印材料特性和打印结构特点，所述打印方法还与所述打印头结构与参数优化相结合。

蛋糕裱花图案的精度要求低，

通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴运动参数的三联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数的四联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴运动参数、位于工作台上的打印物体支撑转盘转动参数的四联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数、以及打印材料流量或挤出压力参数和X轴、Y轴运动参数的四联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数、位于工作台上的打印物体支撑转盘转动参数的五联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数、以及打印材料流量或挤出压力参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数的五联控；

构造图案、文字的标准化、系列化程序，高效率、个性化、艺术性地实现裱花加工。

3D打印木材、大理石的纹理或人造肉食品的肌理和口感，打印对象的边界轮廓细线条高精度，封闭轮廓线中间填充粗线条低精度；为此，设置双渐宽圆弧槽转动尖头与直槽定盘，或者设置细长槽移动尖头与渐宽槽定盘；打印头是纵向移动的，各次纵向移动的横向打印宽度的软件处理要求：各次纵向移动的打印宽度是随机的，但软件规划在每个纵坐标处各次纵向移动的打印宽度的总宽度是不变化或变化不大。

一种孔槽错位的通流截面可调打印头、打印方法的加工件，使用上述通流截面动态缩放调节的打印头，以及上述打印方法制成。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，设计了多种配套零件的孔孔错位、孔槽错位、槽槽错位的通流截面可调节的打印头结构，通过配套零件的孔/槽形状、孔/槽分布、孔/槽锥度等结构参数的优化设计，可构造出多种动态流量特性变化的打印头流道。

本发明可以根据打印材料的流体特性，在孔系转盘与孔系固定盘的孔形、孔锥度、孔分布等优化设计的基础上，错孔结构是通过它们之间孔错位调节，实现通流截面调节。

采用孔槽旋转错位或孔槽移动错位的参数，与X、Y、Z三轴运动参数、打印物体支撑盘转动、打印材料流量或挤出压力参数这五个参数中的任意一个、或者任意二个、或者任意三个、或者任意四个参数、或五个参数的协同控制方法，形成二联控、三联控、四联控、五联控、六联控下的打印方法；同时，根据打印材料特性和打印结构特点，打印方法还与打印头结构与参数优化相结合。

本发明不仅形成轮廓形状，更注重封闭轮廓线与填充中所产生的视觉纹理，形成中国毛笔字的笔锋、中国画的皴法的纹理效果，以及所产生纤维质构形成油画的运笔风格。

本发明适用于食品、餐饮加工行业的3D打印、增材加工的应用场合，如奶油裱花、文创食品成形、素食材料成形、人造蛋白肉成形等。

附图说明

图1为本发明孔槽转动错位的通流截面可调打印头的A-A剖主视图。

图2为本发明孔槽转动错位的通流截面可调打印头的俯视图。

图3为本发明孔系转动尖头零件主视图。

图4为本发明孔系转动尖头零件俯视图。

图5为本发明弧形槽定盘零件俯视图。

图6为本发明系转动尖头与弧形槽定盘错位状态图。

图7为本发明双渐宽圆弧槽转动尖头零件俯视图。

图8为本发明直槽定盘零件俯视图。

图9为曲柄滑块孔槽移动错位的通流截面可调打印头的B-B剖主视图。

图10为本发明曲柄滑块孔槽移动错位的通流截面可调打印头的俯视图。

图11为曲柄滑块孔槽移动错位的通流截面可调打印头初始状态仰视图。

图12为曲柄滑块孔槽移动错位的通流截面可调打印头最终状态仰视图。

图13为本发明直线驱动孔槽移动错位的通流截面可调打印头的仰视图。

图14为直线驱动孔槽移动错位的通流截面可调打印头的C-C主视图。

图15为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的渐宽槽定盘主视图。

图16为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的渐宽槽定盘俯视图。

图17为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的细长槽移动尖头主视图。

图18为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的细长槽移动尖头俯视图。

图19为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的排孔移动尖头主视图。

图20为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的排孔移动尖头俯视图。

图21为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的双槽移动尖头零件图。

图22为孔槽移动错位的通流截面可调打印头的平行四边形槽定盘零件图。

图23为本发明孔槽转动错位的双组分通流截面可调打印头的主剖视图。

图24为本发明孔槽转动错位的双组分通流截面可调打印头的俯视图。

图25为孔槽转动错位双组分通流截面可调打印头的双槽转动尖头零件图。

图26为孔槽转动错位双组分通流截面可调打印头的多扇形槽定盘零件图。

图27为孔槽移动错位的双组分通流截面可调打印头的D-D剖主视图。

图28为本发明孔槽移动错位的双组分通流截面可调打印头的俯视图。

图29为孔槽移动错位双组分通流截面可调打印头宽矩形槽定盘零件图。

图30为孔槽移动错位双组分通流截面可调打印头二窄矩形槽定盘零件图。

图31为孔槽移动错位双组分通流截面可调打印头双斜槽四棱锥台尖头零件主视图。

图32为孔槽移动错位双组分通流截面可调打印头双斜槽四棱锥台尖头零件E-E剖视图。

其中，转动尖头包括：101、孔系转动尖头；102、双渐宽圆弧槽转动尖头；移动尖头包括：103、孔系移动尖头；104、细长槽移动尖头；105、排孔移动尖头；106、双槽移动尖头；107、双槽转动尖头；108、双斜槽四棱锥台尖头；

定盘包括：201、弧形槽定盘；202、直槽定盘；203、渐宽槽定盘；204、平行四边形槽定盘；205、多扇形槽定盘；206、宽矩形槽定盘；207、二窄矩形槽定盘；

3、调节垫片；4、密封圈；5、转动座筒；6、滚针轴承；7、支架圆锥流道管；8、隔套；9、从动齿轮；10、主动齿轮；11、电机减速器一体机；12、底座圆锥流道管；13、曲柄；14、连杆；15、直线导轨；16、导轨滑块；17、直线驱动器；18、定位圆弧T型内流道管；19、法兰圆锥流道管；20、安装大板。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图32，一种孔槽错位的通流截面可调打印头，包括转动驱动、齿轮传动、转动错位机构，或转动驱动、曲柄滑块机构传动、移动错位机构，或移动驱动、移动错位机构；

其中转动驱动是电机减速器一体机11，移动驱动是直线驱动器(可以采用伺服的电缸或直线电机)；转动错位机构包括转动尖头、滚针轴承、固定盘，转动驱动使动尖头相对固定盘转动；移动错位包括动移动尖头、导轨、滑块、固定盘，移动驱动使动尖头相对固定盘移动；根据打印材料流体特性，相对移动或转动的动尖头和固定盘配套设计，通过配套零件的孔/槽形状、孔/槽分布、孔/槽锥度的优化设计，并综合工作台3D运动控制、打印物体支撑盘转动、打印材料流量或挤出压力控制，实现孔槽、槽槽之间错位调节，形成各种书画效果和打印产品的纹理与质构。

一种孔槽错位的通流截面可调打印头的打印方法，包括孔槽旋转错位或孔槽移动错位，X、Y、Z三轴运动，位于工作台上的打印物体支撑转盘转动，打印材料流量或挤出压力(流量或挤出压力择一作为参数)共六个参数；孔槽旋转错位或孔槽移动错位的参数，与X、Y、Z三轴运动参数、打印物体支撑转盘转动、打印材料流量或挤出压力参数这五个参数中的任意一个、或者任意二个、或者任意三个、或者任意四个参数、或五个参数的协同控制方法，形成二联控、三联控、四联控、五联控、六联控下的打印方法；同时，根据打印材料特性和打印结构特点，打印方法还与所述打印头结构与参数优化相结合。

实施例一：

参照图1-图2，转动驱动，支架圆锥流道管7与3D打印机连接，电机减速器一体机11固定在支架圆锥流道管7上，主动齿轮10靠紧定螺钉固定在电机减速器一体机11的输出轴上，与主动齿轮10啮合的从动齿轮9靠内孔定位固定在转动座筒5，转动座筒5靠二个滚针轴承6支撑，二个滚针轴承6之间有隔套8，二个滚针轴承6内圈均安装在支架圆锥流道管7上；

转动错位机构中，配套零件设计孔系转动尖头101与弧形槽定盘201，弧形槽定盘201靠上部浅孔定位固定在支架圆锥流道管7下端，弧形槽定盘201外圆柱上有密封圈4，在弧形槽定盘201外圆柱与转动座筒5内孔之间产生密封；孔系转动尖头101靠凸台定位固定在转动座筒5上，孔系转动尖头101与转动座筒5之间有调节垫片3，修磨垫片3厚度用以调节孔系转动尖头101与弧形槽定盘201之间间隙和滚针轴承6预紧力。

参照图3-图5，调节孔系转动尖头101开有一组圆孔，弧形槽定盘201开有一组圆弧槽和一个直槽，其中，孔系转动尖头101的外圈圆孔中心与弧形槽定盘201的圆弧槽中心相等，孔系转动尖头101的内圈圆孔中心与弧形槽定盘201的直槽中心相等，圆弧槽宽度略大于圆孔直径；电机减速器一体机11，通过主动齿轮10啮合从动齿轮9，使转动座筒5、孔系转动尖头101相对于支架圆锥流道管7、弧形槽定盘201转动，从而转动调节通流截面。

如图6所示，调节孔系转动尖头101初始状态有六个孔与弧形槽定盘201的圆弧槽相通(图6涂黑处是通流截面)，顺时针转动135度，每隔22.5度的接通状态顺序接通孔数是6、4、3、4、5、3、3，其中三个孔接通的三个位置是不同的。

实施例二：

参照图7-图8，转动错位机构中，配套零件设计双渐宽圆弧槽转动尖头102与直槽定盘202，直槽定盘202中间对称处有一长直槽，直槽定盘202固定后其长直槽平行或垂直于打印机X轴运动方向，双渐宽圆弧槽转动尖头102有二个渐宽圆弧槽，双渐宽圆弧槽转动尖头102的渐宽圆弧槽转动，与直槽定盘202的长直槽重叠、形成二条逐渐变化的短直槽的通流截面(这二个短直槽是直槽定盘202长直槽上对称的二段，始终平行或垂直于打印机X轴运动方向)。

实施例三：

参照图9-图12，转动驱动、曲柄滑块传动机构，底座圆锥流道管12安装在打印机上，电机减速器一体机11固定在底座圆锥流道管12上，曲柄13靠紧定螺钉固定在电机减速器一体机11输出轴上；曲柄13与连杆14的一端铰接，连杆14的另一端与孔系移动尖头103铰接。

移动错位机构，配套零件设计孔系移动尖头103和弧形槽定盘201，其中如图11所示，孔系移动尖头103的外圈圆孔中心与弧形槽定盘201的圆弧槽中心相等，孔系移动尖头103的内圈圆孔中心与弧形槽定盘201的直槽中心相等，圆弧槽宽度略大于圆孔直径；弧形槽定盘201靠上部浅孔固定在底座圆锥流道管12下端，直线导轨15朝下被固定在底座圆锥流道管12上，二个导轨滑块16分别在二根直线导轨15悬挂移动，孔系移动尖头103固定在二个导轨滑块16上，二根直线导轨15保证孔系移动尖头103和弧形槽定盘201之间的间隙；电机减速器一体机11转动曲柄13，牵引连杆14，使孔系移动尖头103相对于弧形槽定盘201直线移动，从而移动调节通流截面。

实施例四：

参照图13-图18，移动驱动，底座圆锥流道管12安装在打印机上，直线驱动器17固定在底座圆锥流道管12上，直线驱动器17输出轴前端是带有销孔的板状，直线驱动器17输出轴前端与细长槽移动尖头104铰接；直线驱动器17为伺服电缸或伺服直线电机；

移动错位机构中，配套零件设计的细长槽移动尖头104与渐宽槽定盘203，细长槽移动尖头104左右对称面左侧有一长直槽，渐宽槽定盘203左右对称面右侧有一渐宽槽，细长槽移动尖头104的长直槽与渐宽槽定盘203渐宽方向垂直；渐宽槽定盘203上部浅孔固定在底座圆锥流道管12下端，直线导轨15朝下被固定在底座圆锥流道管12上，二个导轨滑块16分别在二根直线导轨15悬挂移动，细长槽移动尖头104固定在二个导轨滑块16上，二根直线导轨15保证细长槽移动尖头104和渐宽槽定盘203之间的间隙；直线驱动器17驱动细长槽移动尖头104相对于渐宽槽定盘203直线移动，使细长槽移动尖头104长直槽与渐宽槽定盘203渐宽槽重叠下的直槽长度不断增加，从而移动调节通流截面。

实施例五：

参考图15-图16、图19-图20，移动错位机构中，配套零件设计的排孔移动尖头105与渐宽槽定盘203，排孔移动尖头105左右对称面左侧有二排小孔，渐宽槽定盘203左右对称面右侧有一渐宽槽，排孔移动尖头105二排小孔与渐宽槽定盘203渐宽方向垂直，直线驱动器17驱动排孔移动尖头105相对于渐宽槽定盘203移动，使排孔移动尖头105的二排排孔与渐宽槽定盘203渐宽槽重叠下的孔数量不断增加，从而移动调节通流截面，类似于排笔大小号变化。

参考图21-图22，移动错位机构中，配套零件设计的双槽移动尖头106、平行四边形槽定盘204，随着双槽移动尖头106移动，双槽移动尖头106上部直槽与平行四边形槽定盘204的平行四边形槽的重叠长度从槽长度减少、直至零，双槽移动尖头106下部部直槽与平行四边形槽定盘204的平行四边形槽的重叠长度从零增加、直至等于槽长度。

实施例六：

参照图23-图24，双组分打印结构中，转动驱动，支架圆锥流道管7与3D打印机连接，电机减速器一体机11固定在支架圆锥流道管7上，主动齿轮10靠紧定螺钉固定在电机减速器一体机11的输出轴上，与主动齿轮10啮合的从动齿轮9靠内孔定位固定在转动座筒5，转动座筒5靠二个滚针轴承6支撑，二个滚针轴承6之间有隔套8，二个滚针轴承6内圈均安装在支架圆锥流道管7上；在支架圆锥流道管7孔内增加了一个流道，靠定位圆弧T型内流道管18上端的菱形法兰的圆弧侧面，与支架圆锥流道管7台阶圆弧面间隙配定位，支架圆锥流道管7和定位圆弧T型内流道管18共同安装在3D打印机上；一种组分流道是定位圆弧T型内流道管18，另一种组分流道是定位圆弧T型内流道管18外、支架圆锥流道管7内的环形流道；

参照图25-图26，转动错位机构中，配套零件设计双槽转动尖头107、多扇形槽定盘205，双槽转动尖头107在初始位置是二组分打印材料同时挤出，双槽转动尖头107相对于多扇形槽定盘205逆时针转动90度、180度、270度，对应于定位圆弧T型内流道管18的第一组分挤出、所有流道封闭、定位圆弧T型内流道管18外、支架圆锥流道管7内的环形流道的第二组分挤出。

实施例七：

参照图27-图32，双组分打印结构中，移动驱动，二根法兰圆锥流道管19紧邻地安装在打印机上，安装大板20靠圆柱面定位套进二根法兰圆锥流道管19上、在削边的法兰上用螺钉固定；直线驱动器17输出轴前端是带有销孔的板状，直线驱动器17输出轴前端与双斜槽四棱锥台尖头108铰接；所述直线驱动器17为伺服电缸或伺服直线电机。

移动错位机构中，配套零件设计的双斜槽四棱锥台尖头108与宽矩形槽定盘206、二窄矩形槽定盘207，宽矩形槽定盘206、二窄矩形槽定盘207分别定位安装在前后二根法兰圆锥流道管19下端；直线导轨15朝下被固定在安装大板20上，二个导轨滑块16分别在二根直线导轨15悬挂移动，双斜槽四棱锥台尖头108固定在二个导轨滑块16上，二根直线导轨15保证双斜槽四棱锥台尖头108与宽矩形槽定盘206、二窄矩形槽定盘207之间的间隙；双斜槽四棱锥台尖头108前后对称地设置二斜槽，宽矩形槽定盘206上有一宽矩形槽、二窄矩形槽定盘207上有二窄矩形槽，双斜槽四棱锥台尖头108的二斜槽分别与宽矩形槽定盘206上宽矩形槽、二窄矩形槽定盘207上二窄矩形槽宽度方向上一致吻合。

左右打印移动时，直线驱动器17驱动双斜槽四棱锥台尖头108相对于宽矩形槽定盘206、二窄矩形槽定盘207直线移动，使双斜槽四棱锥台尖头108长直槽与宽矩形槽定盘206上宽矩形槽、二窄矩形槽定盘207上二窄矩形槽重叠与左右方向错位，先后形成前后二根法兰圆锥流道管19内的双组分同时打印、前面一根法兰圆锥流道管19内的单组分打印、后面一根法兰圆锥流道管19内的单组分打印等三种状态；双斜槽四棱锥台尖头108的二斜槽，将二组分的流道均导引到靠近前后对称面处。

实施例八：

蛋糕裱花图案的精度要求低，①通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴运动参数的三联控，②或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数的四联控，③或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴运动参数、位于工作台上的打印物体支撑转盘转动参数的四联控，④或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数、打印材料流量或挤出压力参数和X轴、Y轴运动参数的四联控，⑤或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数、位于工作台上的打印物体支撑转盘转动参数的五联控，⑥或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数、打印材料流量或挤出压力参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数的五联控；构造图案、文字的标准化、系列化程序，高效率、个性化、艺术性地实现裱花加工。

实施例九：

3D打印木材、大理石的纹理或人造肉食品的肌理和口感，打印对象的边界轮廓细线条高精度，封闭轮廓线中间填充粗线条低精度；为此，选用配套零件设计的双渐宽圆弧槽转动尖头102与直槽定盘202，或者配套零件设计的细长槽移动尖头104与渐宽槽定盘203；打印头是纵向移动的，各次纵向移动的横向打印宽度的软件处理要求：各次纵向移动的打印宽度是随机的，但软件规划在每个纵坐标处各次纵向移动的打印宽度的总宽度是不变化或变化不大。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种孔槽错位的通流截面可调打印头，其特征在于：包括转动驱动、齿轮传动、转动错位机构；

所述转动驱动采用电机减速器一体机；

转动错位机构包括转动尖头、滚针轴承（6）、固定盘，转动驱动使转动尖头相对固定盘转动；

根据打印材料流体特性，转动错位机构中有相对运动关系的转动尖头和固定盘是配套设计的，转动尖头上开有圆孔，固定盘下方开有与圆孔配合的槽，通过配套零件的孔、槽的形状、分布、锥/斜度，并综合工作台3D方向运动控制、打印物体支撑盘转动、以及打印材料流量或挤出压力控制，实现孔槽、槽槽之间错位调节，形成各种书画效果和打印产品的纹理与质构；

所述转动驱动中，支架圆锥流道管（7）与3D打印机连接，电机减速器一体机（11）固定在支架圆锥流道管（7）上，主动齿轮（10）通过紧定螺钉固定在电机减速器一体机（11）的输出轴上，与主动齿轮（10）啮合的从动齿轮（9）靠内孔定位固定在转动座筒（5）上，转动座筒（5）靠二个滚针轴承（6）支撑，二个滚针轴承（6）之间安装有隔套（8），二个滚针轴承（6）内圈均安装在支架圆锥流道管（7）上；

所述转动错位机构中，设置有孔系转动尖头（101）与弧形槽定盘（201），弧形槽定盘（201）靠上部浅孔定位固定在支架圆锥流道管（7）下端，弧形槽定盘（201）的外圆柱上设置有密封圈（4），在弧形槽定盘（201）的外圆柱与转动座筒（5）内孔之间产生密封；孔系转动尖头（101）靠凸台定位固定在转动座筒（5）上，孔系转动尖头（101）与转动座筒（5）之间设置有调节垫片（3），修磨调节垫片（3）的厚度来孔系转动尖头（101）与弧形槽定盘（201）之间的间隙以及滚针轴承（6）的预紧力；

所述转动错位机构中，孔系转动尖头（101）和弧形槽定盘（201）配套设计，孔系转动尖头（101）开有一组圆孔，弧形槽定盘（201）开有一组圆弧槽和一个直槽，其中，孔系转动尖头（101）的外圈圆孔中心与弧形槽定盘（201）的圆弧槽中心相等，孔系转动尖头（101）的内圈圆孔中心与弧形槽定盘（201）的直槽中心相等，圆弧槽宽度大于圆孔直径；电机减速器一体机（11）的输出端通过主动齿轮（10）啮合从动齿轮（9），使转动座筒（5）、孔系转动尖头（101）相对于支架圆锥流道管（7）、弧形槽定盘（201）转动，从而转动调节通流截面；

或者所述转动错位机构中，双渐宽圆弧槽转动尖头（102）与直槽定盘（202）配套设计，直槽定盘（202）中间对称处有一长直槽，直槽定盘（202）固定后，长直槽平行或垂直于打印机X轴运动方向，双渐宽圆弧槽转动尖头（102）有二个渐宽圆弧槽，双渐宽圆弧槽转动尖头（102）的渐宽圆弧槽转动，与直槽定盘（202）的长直槽重叠、形成二条逐渐变化的短直槽的通流截面。

2.如权利要求1所述的孔槽错位的通流截面可调打印头，其特征在于：转动驱动、齿轮传动、转动错位机构替换为转动驱动、曲柄滑块机构传动、移动错位机构；或移动驱动、移动错位机构，移动错位机构包括移动尖头、直线导轨、滑块、固定盘，移动驱动使移动尖头相对固定盘移动；移动尖头和固定盘是配套设计的，移动尖头上开有圆孔，固定盘下方开有与圆孔配合的槽，所述转动驱动、曲柄滑块传动机构中，底座圆锥流道管（12）安装在打印机上，电机减速器一体机（11）固定在底座圆锥流道管（12）上，曲柄（13）通过紧定螺钉固定在电机减速器一体机（11）输出轴上；曲柄（13）与连杆（14）的一端铰接，连杆（14）的另一端与孔系移动尖头（103）铰接；

所述移动错位机构中，孔系移动尖头（103）和弧形槽定盘（201）配套设计，孔系移动尖头（103）的外圈圆孔中心与弧形槽定盘（201）的圆弧槽中心相等，孔系移动尖头（103）的内圈圆孔中心与弧形槽定盘（201）的直槽中心相等，圆弧槽宽度大于圆孔直径；弧形槽定盘（201）靠上部浅孔固定在底座圆锥流道管（12）下端，直线导轨（15）朝下被固定在底座圆锥流道管（12）上，二个导轨滑块（16）分别在二根直线导轨（15）悬挂移动，孔系移动尖头（103）固定在二个导轨滑块（16）上，二根直线导轨（15）保证孔系移动尖头（103）和弧形槽定盘（201）之间的间隙；电机减速器一体机（11）驱动曲柄（13）转动，牵引连杆（14），使孔系移动尖头（103）相对于弧形槽定盘（201）直线移动，从而移动调节通流截面；

另一种所述移动驱动中，底座圆锥流道管（12）安装在打印机上，直线驱动器（17）固定在底座圆锥流道管（12）上，直线驱动器（17）输出轴前端是带有销孔的板状，直线驱动器（17）输出轴前端与细长槽移动尖头（104）铰接；所述直线驱动器（17）为伺服电缸或伺服直线电机；

所述移动错位机构中，配套零件设计的细长槽移动尖头（104）与渐宽槽定盘（203），细长槽移动尖头（104）左右对称面左侧有一长直槽，渐宽槽定盘（203）左右对称面右侧有一渐宽槽，细长槽移动尖头（104）的长直槽与渐宽槽定盘（203）渐宽方向垂直；渐宽槽定盘（203）上部浅孔固定在底座圆锥流道管（12）下端，直线导轨（15）朝下被固定在底座圆锥流道管（12）上，二个导轨滑块（16）分别在二根直线导轨（15）悬挂移动，细长槽移动尖头（104）固定在二个导轨滑块（16）上，二根直线导轨（15）保证细长槽移动尖头（104）和渐宽槽定盘（203）之间的间隙；直线驱动器（17）驱动细长槽移动尖头（104）相对于渐宽槽定盘（203）直线移动，使细长槽移动尖头（104）长直槽与渐宽槽定盘（203）渐宽槽重叠下的直槽长度不断增加，从而移动调节通流截面；

或者所述移动错位机构中，排孔移动尖头（105）与渐宽槽定盘（203）配套设计，排孔移动尖头（105）左右对称面左侧有二排小孔，渐宽槽定盘（203）左右对称面右侧有一渐宽槽，排孔移动尖头（105）二排小孔与渐宽槽定盘（203）渐宽方向垂直，直线驱动器（17）驱动排孔移动尖头（105）相对于渐宽槽定盘（203）移动，使排孔移动尖头（105）的二排排孔与渐宽槽定盘（203）渐宽槽重叠下的孔数量不断增加，从而移动调节通流截面；

或者所述移动错位机构中，双槽移动尖头（106）与平行四边形槽定盘（204）配套设计，随着双槽移动尖头（106）移动，双槽移动尖头（106）上部直槽与平行四边形槽定盘（204）的平行四边形槽的重叠长度从槽长度减少、直至零，双槽移动尖头（106）下部直槽与平行四边形槽定盘（204）的平行四边形槽的重叠长度从零增加、直至等于槽长度。

3.如权利要求1所述的孔槽错位的通流截面可调打印头，其特征在于：双组分打印头结构中，所述转动驱动为：支架圆锥流道管（7）与3D打印机连接，电机减速器一体机（11）固定在支架圆锥流道管（7）上，主动齿轮（10）靠紧定螺钉固定在电机减速器一体机（11）的输出轴上，与主动齿轮（10）啮合的从动齿轮（9）靠内孔定位固定在转动座筒（5），转动座筒（5）靠二个滚针轴承（6）支撑，二个滚针轴承（6）之间有隔套（8），二个滚针轴承（6）内圈均安装在支架圆锥流道管（7）上；在支架圆锥流道管（7）孔内增加了一个流道，靠定位圆弧T型内流道管（18）上端的菱形法兰的圆弧侧面，与支架圆锥流道管（7）台阶圆弧面间隙配定位，支架圆锥流道管（7）和定位圆弧T型内流道管（18）共同安装在3D打印机上；一种组分流道是定位圆弧T型内流道管（18），另一种组分流道是定位圆弧T型内流道管（18）外、支架圆锥流道管（7）内的环形流道；

所述转动错位机构中，双槽转动尖头（107）与多扇形槽定盘（205）配套设计，双槽转动尖头（107）在初始位置是二组分打印材料同时挤出，双槽转动尖头（107）相对于多扇形槽定盘（205）逆时针转动90度、180度、270度，对应于定位圆弧T型内流道管（18）的第一组分挤出、所有流道封闭、定位圆弧T型内流道管（18）外、支架圆锥流道管（7）内的环形流道的第二组分挤出。

4.如权利要求2所述的孔槽错位的通流截面可调打印头，其特征在于：双组分打印结构中，所述移动驱动为：二根法兰圆锥流道管（19）紧邻地安装在打印机上，安装大板（20）靠圆柱面定位套进二根法兰圆锥流道管（19）上、在削边的法兰上用螺钉固定；直线驱动器（17）输出轴前端是带有销孔的板状，直线驱动器（17）输出轴前端与双斜槽四棱锥台尖头（108）铰接；所述直线驱动器（17）为伺服电缸或伺服直线电机；

所述移动错位机构中，双斜槽四棱锥台尖头（108）分别与宽矩形槽定盘（206）、二窄矩形槽定盘（207）配套设计、形成二种组合，宽矩形槽定盘（206）、二窄矩形槽定盘（207）分别定位安装在前后二根法兰圆锥流道管（19）下端；直线导轨（15）朝下被固定在安装大板（20）上，二个导轨滑块（16）分别在二根直线导轨（15）悬挂移动，双斜槽四棱锥台尖头（108）固定在二个导轨滑块（16）上，二根直线导轨（15）保证双斜槽四棱锥台尖头（108）与宽矩形槽定盘（206）、二窄矩形槽定盘（207）之间的间隙；双斜槽四棱锥台尖头（108）前后对称地设置二斜槽，宽矩形槽定盘（206）上有一宽矩形槽、二窄矩形槽定盘（207）上有二窄矩形槽，双斜槽四棱锥台尖头（108）的二斜槽分别与宽矩形槽定盘（206）上宽矩形槽、二窄矩形槽定盘（207）上二窄矩形槽宽度方向上一致吻合；

左右打印移动时，直线驱动器（17）驱动双斜槽四棱锥台尖头（108）相对于宽矩形槽定盘（206）、二窄矩形槽定盘（207）直线移动，使双斜槽四棱锥台尖头（108）长直槽与宽矩形槽定盘（206）上宽矩形槽、二窄矩形槽定盘（207）上二窄矩形槽重叠与左右方向错位，先后形成前后二根法兰圆锥流道管（19）内的双组分同时打印、前面一根法兰圆锥流道管（19）内的单组分打印、后面一根法兰圆锥流道管（19）内的单组分打印三种状态；双斜槽四棱锥台尖头（108）的二斜槽，将二组分的流道均导引到靠近前后对称面处。

5.一种利用权利要求1所述的孔槽错位的通流截面可调打印头的打印方法，其特征在于：包括孔槽旋转错位或孔槽移动错位，X、Y、Z三轴运动，位于工作台上的打印物体支撑转盘转动，打印材料流量或挤出压力共六个参数；孔槽旋转错位或孔槽移动错位的参数，与X、Y、Z三轴运动参数、打印物体支撑转盘转动、以及打印材料流量或挤出压力参数这五个参数中的任意一个、或者任意二个、或者任意三个、或者任意四个参数、或五个参数的协同控制方法，形成二联控、三联控、四联控、五联控、六联控下的打印方法；同时，根据打印材料特性和打印结构特点，所述打印方法还与打印头结构与参数优化相结合。

6.如权利要求5所述的孔槽错位的通流截面可调打印头的打印方法，其特征在于：蛋糕裱花图案的精度要求低，

通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴运动参数的三联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数的四联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴运动参数、位于工作台上的打印物体支撑转盘转动参数的四联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数、以及打印材料流量或挤出压力参数和X轴、Y轴运动参数的四联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数、位于工作台上的打印物体支撑转盘转动参数的五联控，

或者通过孔槽旋转错位或孔槽移动错位的面积参数、以及打印材料流量或挤出压力参数和X轴、Y轴、Z轴运动参数的五联控。

7.如权利要求5所述的孔槽错位的通流截面可调打印头的打印方法，其特征在于：3D打印木材、大理石的纹理或人造肉食品的肌理和口感，打印对象的边界轮廓细线条高精度，封闭轮廓线中间填充粗线条低精度；为此，设置双渐宽圆弧槽转动尖头（102）与直槽定盘（202），或者设置细长槽移动尖头（104）与渐宽槽定盘（203）；打印头是纵向移动的，各次纵向移动的横向打印宽度的软件处理要求：各次纵向移动的打印宽度是随机的，但软件规划在每个纵坐标处各次纵向移动的打印宽度的总宽度是不变化或变化不大。