CN117565389A - 一种熔融沉积型3d打印喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔融沉积型3D打印喷头，涉及3D打印技术领域，包括喷头本体以及设置于所述喷头本体内的进料管、螺杆、内喷嘴、熔融室和加热器，所述进料管穿过所述喷头本体与所述熔融室相连，所述内喷嘴与所述喷头本体的间隙形成出料口，所述内喷嘴与所述螺杆相连，电机驱动所述螺杆运动带动所述内喷嘴运动从而控制所述出料口的大小。本发明控制丝材以适当的流量挤出出料口，解决了丝材因挤出力不够导致丝材断断续续甚至流速过慢堆积在出料口造成堵塞的问题。

Description

一种熔融沉积型3D打印喷头

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种熔融沉积型3D打印喷头。

背景技术

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)是将丝材加热融化进而堆积成型的方法。喷头又是其核心部件，喷头质量的好坏决定着打印质量的高低。现有的熔融沉积型3D打印喷头由进料机构不断进料，熔融状态和未熔融状态的丝材在推动力的作用下挤出出料口，容易出现由于推动力不够造成熔融状态的丝材不能以适当的流量流出出料口，断断续续的挤出出料口甚至丝材流速过慢堆积在出料口造成出料口堵塞的问题。

此外，现如今打印喷头多以单喷头为主，只能打印单一种类的材料，无法满足复合材料的打印需求。若采用双喷头乃至多喷头设计，由此会引来打印喷头端装置复杂和喷头换位等问题。若采用多个进料管设计，不同的材料熔融状态下的流速不一样，不能以适当的流量挤出出料口，严重影响打印质量。随着社会的不断发展，单一种类的3D打印喷头无法满足用户日益增长的需求，控制多种打印材料熔融状态下的挤出流速具有重要意义。

经过对现有技术的检索，现有公开号CN112917900B，名称为“一种空压式熔融沉积型3D打印喷头”的发明专利提供了一种3D打印喷头。该3D打印喷头包括喷头本体以及均设置于喷头本体内的进料管、熔融室、出料管、加热器、气室。该发明专利的3D打印喷头虽然打印效率较高，一定程度上可以降低不同材料通过出料管的残留，但不能对喷头内部不同材料的流速进行控制，进而有效解决丝材流速过慢进而堵塞出料口的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种熔融沉积型3D打印喷头，控制丝材以适当的流量挤出出料口，解决丝材因挤出力不够导致丝材断断续续甚至流速过慢堆积在出料口造成堵塞的问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何控制熔融沉积型3D打印喷头的出料流速。

为实现上述目的，本发明提供了一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，包括喷头本体以及设置于所述喷头本体内的进料管、螺杆、内喷嘴、熔融室和加热器，所述进料管穿过所述喷头本体与所述熔融室相连，所述进料管为中空结构，所述加热器设置在所述熔融室的外侧用于对所述熔融室内的打印材料加热熔融，所述熔融室的下方设有熔融出料孔，所述内喷嘴与所述喷头本体的间隙形成出料口，所述熔融出料孔与所述出料口连通，所述内喷嘴与所述螺杆相连，电机驱动所述螺杆运动带动所述内喷嘴运动从而控制所述出料口的大小。

进一步地，所述内喷嘴与所述螺杆之间为螺纹连接，所述进料管与所述喷头本体之间为螺纹连接。

进一步地，所述加热器由多根加热棒组成，所述加热棒通过导线与外部电源连接。

进一步地，所述熔融沉积型3D打印喷头还设有进气管，所述进气管一端连接气泵，另一端通入所述喷头主体内部且与所述出料口相连通。

进一步地，所述喷头本体的周向侧壁上开设有槽口，所述槽口设置在所述熔融室下方，在所述槽口上安装有旋转板，在所述旋转板上开有所述熔融出料孔。

进一步地，所述熔融室包括多个相互隔离的熔融腔，所述旋转板在每个所述熔融腔的底部均开有所述熔融出料孔，每个所述熔融腔配有1根所述进料管。

进一步地，每个所述熔融出料孔上都配有1个虹膜机构，所述虹膜机构用于控制所述熔融出料孔的开闭。

进一步地，所述虹膜机构包括轨道盘、旋转片和轨道座，所述旋转片上端面和下端面的凸起结构分别与所述轨道盘和所述轨道座上的槽口配合，由外部电机控制所述轨道盘旋转从而控制所述熔融出料孔的开闭。

进一步地，所述喷头本体呈圆柱状且下端面向下延伸形成倒圆锥结构，所述内喷嘴呈圆柱状且下端面向下延伸形成倒圆锥结构。

进一步地，所述进料管的内径与打印丝材的外径相等。

本发明的有益技术效果如下：

1、现有的3D打印喷头中，熔融状态和未熔融状态的丝材挤出出料口时挤出力不够，导致丝材不能以适当的流量流出出料口，丝材断断续续的挤出出料口甚至因流速过慢堆积在出料口造成出料口堵塞。本发明根据不同的打印材料，调节喷嘴与出料口的间隙进而控制熔融状态下的丝材的流速，控制丝材以适当的流量挤出出料口，解决了丝材因挤出力不够导致丝材断断续续甚至流速过慢堆积在出料口造成堵塞的问题。

2、在熔融沉积型3D打印喷头中还存在打印丝材受热不均、打印丝材不紧实的问题。本发明在熔融室设置了多组加热棒并设置进气室，引入气体给熔融状态的丝材施加压力，使内部气压增大，压紧熔融状态的丝材，空气这种介质会使材料的受热更加均匀，使熔融状态的打印材料更加紧实，挤出状态更稳定，同时也使打印材料受热更加均匀。

3、现有的3D打印喷头只能打印单一种类的材料，强行打印多种耗材容易造成堵塞问题，而通过更换喷嘴的方式打印多种材料难以保证打印精度。本发明设置了多个进料管及与进料管相对应的旋转板，旋转板内置有多个虹膜机构，通过控制虹膜机构的打开和闭合，控制多种材料在熔融室融化后进入出料口，进而控制进入出料管的打印材料，保证打印精度，实现同一喷头多材料打印。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种熔融沉积型3D打印喷头的正视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的一种熔融沉积型3D打印喷头的A-A面的剖视图；

图3是本发明的一个较佳实施例的一种熔融沉积型3D打印喷头与各个熔融室对应的旋转板示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的一种熔融沉积型3D打印喷头旋转板内的虹膜机构结构示意图；

其中，1-喷头本体，2-进料管，3-螺杆，4-熔融室，5-加热器，6-旋转板，7-进气管，8-出料口，9-虹膜机构，10-轨道盘，11-旋转片，12-轨道座，13-内喷嘴。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本实施例中，熔融沉积型3D打印喷头如图1、图2、图3和图4所示，包括喷头本体1、进料管2、螺杆3、熔融室4、加热器5、旋转板6、进气管7、出料口8、虹膜机构9、轨道盘10、旋转片11、轨道座12以及内喷嘴13。

喷头本体1整体呈圆柱状且下端面向下延伸形成倒圆锥结构。进料管2、熔融室4、加热器5、旋转板6、进气管7、出料口8、虹膜机构9、轨道盘10、旋转片11、以及轨道座12均设置在喷头主体1上。

内喷嘴13呈圆柱结构且下端面向下延伸形成倒圆锥状结构。内喷嘴13有内螺纹，与螺杆3内外螺纹连接；电机驱动螺杆3旋转运动，由于螺杆3与内喷嘴13是螺纹连接，电机的正反换向转动驱动内喷嘴13做上下直线运动。电机与外部装置固定。

打印丝材从进料管2进入，进料管2的内径与打印丝材的外径相等，以保证输入打印材料时装置的气密性。喷头主体1内开设有螺纹孔，进料管2有外螺纹，喷头主体1与进料管2螺纹连接，把进料管2固定在喷头主体1上。进料管2呈一定角度固定在喷头主体1上。熔融室4包括多个相互隔离的熔融腔，每根进料管2对应有一个熔融腔，进料管2一端端部与熔融腔连通，另一端端部伸出喷头本体1。

熔融室4设置在喷头本体1内部，位于喷头主体1中间偏下位置。每个熔融腔底部开设有熔融出料孔，由旋转板6组成。在喷头主体1周向侧壁上开设有槽口，槽口位于熔融室4稍下方位置。旋转板6安装在喷头主体1上的槽口上。旋转板6上开设有多个虹膜机构9，每个虹膜机构9对应一个熔融出料孔。

虹膜机构9分为上中下三层，由轨道盘10、旋转片11和轨道座12组成。轨道座12在最底层，轨道座12上表面开有多个槽口，外面延伸出一个把手机构。六个旋转片11的上下表面均有凸起结构。六个旋转片11安装在轨道座12上，六个旋转片11下表面的凸起结构与轨道座12上表面的槽口配合。最上层是轨道盘10，轨道盘10上面开有六个槽口，考虑到轻量化的需求其余表面均被切去。轨道盘10上面的六个槽口与六个旋转片11上表面的凸起结构相互配合。六个旋转片11在轨道盘10和轨道座12的槽口的限制下转动，转动轨道座12的把手可以控制旋转片11的打开、闭合状态。

加热器5由八根加热棒组成。可根据实际需要增减加热棒的数量。加热棒均布于熔融室4的前后两侧且平行穿设在喷头主体1上。加热器5内的加热棒用于给进入熔融室4的打印丝材加热使其熔融。加热棒通过导线与外部电源连接。

进气管7位于喷头主体1右下侧位置。进气管一端连接气泵，另一端通入喷头主体1内部。

以下对本实施例提供的熔融沉积型3D打印喷头的工作过程进行说明：

打印材料通过多根进料管2进入熔融室4，不同的打印材料在各自的熔融腔内由加热器5加热熔融。电机驱动螺杆3转动，带动内喷嘴13向上运动，加快熔融状态的打印材料的流速，解决丝材因挤出力不够导致丝材断断续续甚至流速过慢堆积在出料口造成堵塞的问题。电机控制轨道盘10旋转，推动旋转片11旋转，虹膜机构9打开一定间隙，一定程度上也能起到控制打印材料流速的作用，在熔融室4内的打印材料通过虹膜机构的出口流出。同时进气管输入空气，起到压紧打印丝材的作用，让打印出来的丝材更紧实。熔融的打印材料通过内喷嘴13与喷头本体1的间隙流出出料口8。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，包括喷头本体以及设置于所述喷头本体内的进料管、螺杆、内喷嘴、熔融室和加热器，所述进料管穿过所述喷头本体与所述熔融室相连，所述进料管为中空结构，所述加热器设置在所述熔融室的外侧用于对所述熔融室内的打印材料加热熔融，所述熔融室的下方设有熔融出料孔，所述内喷嘴与所述喷头本体的间隙形成出料口，所述熔融出料孔与所述出料口连通，所述内喷嘴与所述螺杆相连，电机驱动所述螺杆运动带动所述内喷嘴运动从而控制所述出料口的大小。

2.如权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述内喷嘴与所述螺杆之间为螺纹连接，所述进料管与所述喷头本体之间为螺纹连接。

3.如权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述加热器由多根加热棒组成，所述加热棒通过导线与外部电源连接。

4.如权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述熔融沉积型3D打印喷头还设有进气管，所述进气管一端连接气泵，另一端通入所述喷头主体内部且与所述出料口相连通。

5.如权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述喷头本体的周向侧壁上开设有槽口，所述槽口设置在所述熔融室下方，在所述槽口上安装有旋转板，在所述旋转板上开有所述熔融出料孔。

6.如权利要求5所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述熔融室包括多个相互隔离的熔融腔，所述旋转板在每个所述熔融腔的底部均开有所述熔融出料孔，每个所述熔融腔配有1根所述进料管。

7.如权利要求6所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，每个所述熔融出料孔上都配有1个虹膜机构，所述虹膜机构用于控制所述熔融出料孔的开闭。

8.如权利要求7所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述虹膜机构包括轨道盘、旋转片和轨道座，所述旋转片上表面和下表面的凸起结构分别与所述轨道盘和所述轨道座上的槽口配合，通过所述轨道盘的旋转控制所述熔融出料孔的开闭。

9.如权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述喷头本体呈圆柱状且下端面向下延伸形成倒圆锥结构，所述内喷嘴呈圆柱状且下端面向下延伸形成倒圆锥结构。

10.如权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印喷头，其特征在于，所述进料管的内径与打印丝材的外径相等。