CN203945692U - 打印头及三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于三维打印机的打印头，包括加热器及长筒状的打印喷嘴，该打印喷嘴的通道上设有截止阀。通过控制截止阀的开启与关闭，可以有效地防止由于进料装置的送料惯性导致多余的成型材料滴落至成型件上而影响打印质量，也可以有效地防止残留于打印喷嘴的通道内的成型材料在打印喷嘴移动过程中震动而滴落于成型件上，提高打印质量。此外，本实用新型还提供一种包含上述打印头的三维打印机。

Description

打印头及三维打印机

技术领域

本实用新型涉及一种快速成型装置的部件及包含该部件的快速成型装置，特别涉及一种用于熔融沉积型快速成型装置的打印头及包含该打印头的三维打印机。

背景技术

三维打印机，是一种基于数字模型，利用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。其中一种三维打印机是以细丝的形式向打印头供给成型材料，成型材料在打印头内以电加热的方式被加热至熔融状态，打印头将按照三维打印机的控制器产生的打印头相对基底移动的路径以一层一层的方式打印出三维物体。

公告号为CN1216726C的专利文献的背景技术中描述了一种以细丝形式向打印头供给成型材料的三维打印机，参见图1，在卷盘01上缠绕有细丝03，将该卷盘01安装至三维打印机的卷盘安装架的转轴02上，从而可实现将细丝03提供给三维打印机的打印头。在使用过程中，将细丝03从卷盘01上拉出，使被拉直的细丝通过由摩擦阻力较小的材料制成的导管04，直至将细丝供给到打印头上的进料装置05，进料装置05包括电机051及由电机051驱动的一对供料滚轮052与053，在供料滚轮052及053的驱动下，细丝进入加热器061中，细丝在加热器061内经加热成熔融状态，熔融状态的成型材料在后续细丝推力的作用下，从设于加热器061末端的打印喷嘴062挤出并可拆卸地沉积于载物台上；该三维打印机的控制器通过控制打印头在水平的X-Y平面内运动，同时控制载物台在垂直的Z向运动，从而一层一层的打印出三维物体；此外，该三维打印机的控制器还控制着供料滚轮052及053向加热器061供给细丝的速率。

参见图2，打印头包括进料装置05、加热器061、打印喷嘴062及冷却装置07。冷却装置07用于对进料装置05及加热器061的温度进行调控，保证从加热器061的出料口进入打印喷嘴062的进料口的成型材料温度的一致性，提高打印质量，还可以有效地防止细丝在进料装置05与加热器061的连接处受热熔融，影响进料装置05向加热器061送料。

上述打印头在打印过程，由于进料装置05的送料惯性，停止打印之后还继续向加热器061供给细丝，在细丝推力的作用下，熔融状态的成型材料继续从打印喷嘴062中挤出，滴落于目标成型件上，影响打印质量；此外，停止打印之后残留于打印喷嘴062内的成型材料会随着打印头的移动而滴落在成型件上，影响打印质量。

对于集成多个打印喷嘴的多色打印头，在打印过程中，从一个打印喷嘴更换为另一个打印喷嘴工作时，残留在停止工作的打印喷嘴内的成型材料会随着打印头的移动而滴落于成型件上，影响处于工作状态的打印喷嘴的打印，影响打印质量。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种用于三维打印机的打印头，旨在于打印喷嘴停止打印之后，防止残留于打印喷嘴内的成型材料滴落于成型件上，防止由于进料装置的送料惯性而继续向目标成型件挤出成型材料，提高三维打印机的打印质量。

本实用新型的另一目的是提供一种包含上述打印头的三维打印机。

为了实现上述主要目的，本实用新型提供用于三维打印机的打印头包括加热器及长筒状的打印喷嘴；其中，打印喷嘴的通道上设有截止阀。

由以上方案可见，由于在打印喷嘴的通道上设有截止阀，当打印喷嘴处于打印状态时，截止阀处于开启状态，保证熔融状态的成型材料能够从打印喷嘴的通道中通过并挤出打印喷嘴而顺利地完成打印工作；当打印喷嘴处于停止打印状态时，截止阀处于关闭状态，可以有效地防止由于进料装置的送料惯性导致多余的成型材料滴落至成型件上而影响打印质量，也可以有效地防止残留于打印喷嘴的通道内的成型材料因为打印喷嘴在移动过程中震动而滴落于成型件上，提高打印质量。

一个具体的方案为，打印喷嘴的进料端口与加热器的出料端口固定连接；截止阀包括套筒及直线制动器；套筒包括固定于其一个轴向端上的自闭式密封件；直线致动器的定子与套筒固定连接，动子与打印喷嘴固定连接；套筒的另一个轴向端上形成有一通孔，打印喷嘴与该通孔间隙配合；打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，外肩台的直径大于通孔的直径并位于套筒的内腔。

由以上方案可见，可以通过直线致动器驱动套筒相对打印喷嘴沿打印喷嘴的轴向移动；当打印喷嘴处于打印状态时，打印喷嘴的出料端穿过自闭式密封件而伸出套筒的内腔，实现截止阀的开启，以进行打印工作；当打印喷嘴处于停止打印状态时，打印喷嘴收回套筒的内腔，自闭式密封件闭合密封而实现截止阀的关闭。

另一个具体的方案为，打印喷嘴的进料端沿打印喷嘴的轴向可移动地置于加热器的出料端口内，且二者间密封配合；截止阀包括套筒及直线制动器；套筒包括固定于套筒的一个轴向端上的自闭式密封件；直线致动器的定子与套筒固定连接，动子与打印喷嘴固定连接；套筒的另一个轴向端上形成有一通孔，且该套筒的另一个轴向端与加热器的出料端固定连接；打印喷嘴与通孔间隙配合，打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，外肩台的直径大于通孔的直径并位于套筒的内腔。

由以上方案可见，可以通过直线致动器驱动套筒相对打印喷嘴沿打印喷嘴的轴向移动；当打印喷嘴处于打印状态时，打印喷嘴的出料端穿过自闭式密封件而伸出套筒的内腔，实现截止阀的开启，以进行打印工作；当打印喷嘴处于停止打印状态时，打印喷嘴收回套筒的内腔，自闭式密封件闭合密封而实现截止阀的关闭；此外，由于处于打印状态的打印喷嘴的出料端伸出套筒的内腔，而处于停止打印状态的打印喷嘴收回套筒的内腔，可以有效地防止处于停止打印状态的打印喷嘴触碰目标成型件的已打印部分，破坏成型件，保证打印质量。

更具体的方案为，其中直线致动器包括第一电磁铁及第二电磁铁；第一电磁铁固定于外肩台远离通孔的一侧上，第二电磁铁固定于密封件位于内腔的一侧上。

再一个具体的方案为，其中截止阀为一压力开关。

由以上方案可见，当打印喷嘴处于打印状态时，打印喷嘴内的压力会提高，当打印喷嘴处于停止打印状态时，打印喷嘴内的压力会降低，可以通过监控打印喷嘴内的压力变化而控制压力开关的开启与关闭，从而实现上述截止阀的开启与关闭。

为了实现上述另一目的，本实用新型提供的三维打印机包括控制器及打印头；打印头包括加热器及长筒状的打印喷嘴；其中，打印喷嘴的通道上设有受控制器控制的截止阀。

一个具体的方案为，打印喷嘴的进料端口与加热器的出料端口固定连接；截止阀包括套筒及受控制器控制的直线制动器；套筒包括固定在其一个轴向端上的闭式密封件；直线致动器的定子与套筒固定连接，动子与打印喷嘴固定连接；套筒的另一个轴向端上形成有一通孔；打印喷嘴与通孔间隙配合，打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，外肩台的直径大于通孔的直径并位于套筒的内腔。

另一个具体的方案为，打印喷嘴的进料端沿打印喷嘴的轴向可移动地置于加热器的出料端口内，且二者密封配合；截止阀包括套筒及受控制器控制的直线制动器；套筒包括固定在其一个轴向端上的自闭式密封件；直线致动器的定子与套筒固定连接，动子与打印喷嘴固定连接；套筒的另一个轴向端上形成有一通孔，且该套筒的另一个轴向端与加热器的出料端固定连接；打印喷嘴与通孔间隙配合，打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，外肩台的直径大于通孔的直径并位于套筒的内腔。

更具体的方案为，直线致动器包括受控制器控制的第一电磁铁及第二电磁铁；第一电磁铁固定于外肩台远离通孔的一侧上，第二电磁铁固定于密封件位于内腔的一侧上。

再一个具体的方案为，其中截止阀为一压力开关。

附图说明

图1是一种现有三维打印机的结构示意图；

图2是一种现有三维打印机的打印头的结构示意图；

图3是本实用新型打印头第一实施例处于打印状态各组件位置分布示意图；

图4是本实用新型打印头第一实施例处于停止打印状态各组件位置分布示意图；

图5是本实用新型打印头第四实施例处于打印状态各组件位置分布示意图；

图6是本实用新型打印头第四实施例处于停止打印状态各组件位置分布示意图；

图7时本实用新型打印头第四实施例的自闭式密封件的结构示意图；

图8是本实用新型打印头第六实施例处于打印状态各组件位置分布示意图；

图9是本实用新型打印头第六实施例处于停止打印状态个组件位置分布示意图；

图10是本实用新型三维打印机第一实施例结构示意图；

图11是图10中的打印头放大结构示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

打印头第一实施例

参见图3至图4，打印头由进料装置15、加热器161、冷却装置17、打印喷嘴162及截止阀构成，截止阀为设于打印喷嘴162的出料管内的电子式压力开关181。

参见图3，当打印喷嘴162处于打印状态时，三维打印机的控制器控制电子式压力开关181驱动阀片1811的端面旋转至与打印喷嘴162的轴向平行，熔融状态的成型材料得以通过打印喷嘴162的出料管进行打印。

参见图4，当打印喷嘴162处于停止打印状态时，三维打印机的控制器控制电子式压力开关181驱动阀片1811的端面旋转至与打印喷嘴162的轴向垂直，切断打印喷嘴162的进料口与出料口间的通道。

打印头第二实施例

作为对本实用新型打印头第二实施例的说明，以下仅对与上述打印头第一实施例的不同之处进行说明，其中用机械式压力开关代替电子式压力开关。当打印喷嘴处于打印状态时，机械式压力开关处的压力增大并达到预定值时，机械式压力开关开启，熔融状态的成型材料得以通过打印喷嘴的出料管；当打印喷嘴处于停止打印状态时，机械式压力开关处的压力下降并降至预定值以下时，机械式压力开关关闭，切断打印喷嘴的进料口与出料口间的通道。

打印头第三实施例

作为对本实用新型打印头第三实施例的说明，以下仅对与上述打印头第一实施例的不同之处进行说明，在打印喷嘴的出料管内设有一个压力传感器，当压力传感器检测到打印喷嘴内压力达到预定值时，三维打印机的控制器控制压力开关开启；当传感器检测到打印喷嘴内压力降到预定值以下时，三维打印机的控制器控制压力开关关闭。

打印头第四实施例

参见图5及图6，打印头由进料装置25、加热器261、冷却装置27、打印喷嘴262及设于打印喷嘴262的出口区的截止阀构成；打印喷嘴262的中段上形成有一外肩台2621；截止阀由套筒281及直线致动器构成；套筒281的一个轴向端上固定有一自闭式密封件282；直线致动器由固定于外肩台2621靠近打印喷嘴262出料口一侧上的第一电磁铁284，及固定于自闭式密封件282靠近内腔一侧上的第二电磁铁283构成；套筒281的另一轴向端上形成有一直径小于外肩台2621的直径的通孔，该通孔与打印喷嘴262间隙配合；当将套筒281与打印喷嘴262配合组装一起时，外肩台2621位于套筒281的内腔。

参见图7，自闭式密封件282为一中间切有8个大小相同的贯通两个相对端面的切口的弹性密封件。

参见图5，当打印喷嘴262处于打印状态时，三维打印机的控制器控制第一电磁铁284与第二电磁铁283相对的一端为相反磁极而相互吸引，推动套筒281相对打印喷嘴262向上移动，由于打印喷嘴262出料端的挤压作用，使密封件282的8个切口被撑开而形成打印喷嘴262穿出的通道，打印喷嘴262的出料端伸出套筒281的内腔，以进行打印工作。

参见图6，当打印喷嘴262处于停止打印状态时，三维打印机的控制器控制第一电磁铁284与第二电磁铁283相对的一端为相同磁极而相互排斥，推动套筒281相对打印喷嘴262向下移动，将打印喷嘴262的出料端纳入套筒281的内腔，密封件282的8个切口在自身弹性恢复力的作用下实现闭合密封。

打印头第五实施例

作为对本实用新型打印头第五实施例的说明，以下仅对与上述打印头第四实施例的不同之处进行说明，取消第一电磁铁及第二电磁铁，套筒与打印喷嘴间的相对运动通过控制器控制的直线压电电机驱动，直线压电电机的定子与套筒固定连接，动子与打印喷嘴固定连接，以实现对截止阀的快速开启与关闭，及打印喷嘴的微型化。

打印头第六实施例

参见图8及图9，打印头由进料装置35、加热器361、冷却装置37、打印喷嘴362及设于打印喷嘴362的出口区的截止阀构成；打印喷嘴362的中段上形成有一外肩台3621；截止阀由套筒381及直线致动器构成；套筒381的一个轴向端上固定有有一自闭式密封件382；直线致动器由固定于外肩台3621靠近打印喷嘴362出料口一侧上的第一电磁铁384，及固定于自闭式密封件382靠近内腔一侧上的第二电磁铁283构成；套筒381的另一轴向端上形成有一直径小于外肩台3621的直径的通孔，该通孔与打印喷嘴362间隙配合；当将套筒381与打印喷嘴362配合组装一起后，套筒381的另一轴向端与加热器361的出料端固定连接，外肩台3621位于套筒381的内腔，打印喷嘴362的进料端可沿轴向移动地位于加热器361的出料口中，且打印喷嘴362与加热器361的出料口密封配合，该密封配合通过波纹管39实现，波纹管39的一端与打印喷嘴362的进料端密封连接，另一端与加热器361的出料端密封连接；自闭式密封件382为一中间切有8个大小相同的贯通两个相对端面的切口的弹性密封件。

参见图8，当打印喷嘴362处于打印状态时，控制器控制第一电磁铁384与第二电磁铁383相对的一端为相反磁极而相互吸引，推动打印喷嘴362相对套筒381向下移动，由于打印喷嘴362出料端的挤压作用，使密封件382的8个切口被撑开而形成容许打印喷嘴362通过的通道，打印喷嘴362的出料端伸出套筒381的内腔，以进行打印工作。

参见图9，当打印喷嘴362处于停止打印状态时，三维打印机的控制器控制第一电磁铁284与第二电磁铁283相对的一端为相同磁极而相互排斥，推动打印喷嘴362相对套筒381向上移动，将打印喷嘴362的出料端拉入套筒381的内腔内，密封件382的8个切口在自身弹性恢复力的作用下实现闭合密封。

三维打印机第一实施例

参见图10，本实用新型三维打印机由打印头43、控制器、打印盒、载物台44、机架、打印盒安装架42及可移动地安装于机架上受控制器控制的打印车构成；打印头43固定于打印车上；打印盒以细丝形式向打印头43提供成型材料；打印盒由分别承载有不同颜色细丝的丝料盒421、丝料盒422、丝料盒423及丝料盒424构成。

参见图11，打印头43集成了4个上述打印头第一实施例的打印头，即打印头43上的打印喷嘴、加热器的加热熔融室、进料装置、冷却装置及截止阀的数量均为四个，分别为打印喷嘴4371、4372、4373与4374，加热器的加热熔融室4361、4362、4363与4364，进料装置4331、4332、4333与4334，冷却装置4341、4342、4343与4344，及截止阀4381、4382、4383与4384；四个打印喷嘴分别用于喷出三种基色及黑色的成型材料。

在打印过程中，当一个打印喷嘴停止打印时，控制器将控制设于该打印喷嘴上的截止阀关闭，从而可以有效防止由于进料装置的送料惯性导致多余的成型材料滴落至成型件上而影响其他打印喷嘴的后续打印，提高打印质量；当截止阀处于关闭状态时，由于大气压力的作用，残留于截止阀以下的成型材料不会因为打印喷嘴在移动过程中震动而滴落于成型件上，提高打印质量。

三维打印机第二实施例

作为对本实用新型三维打印机第二实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明，其打印头为1个上述打印头第一实施例的打印头。

在移动过程中，可以有效地防止由于进料装置的送料惯性导致多余的成型材料滴落至成型件上而影响打印质量；当截止阀处于关闭状态时，由于大气压力的作用，残留于截止阀以下的成型材料不会因为打印喷嘴在移动过程中震动而滴落于成型件上，提高打印质量。

三维打印机第三实施例

作为对本实用新型三维打印机第三实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第二实施例的不同之处进行说明，打印头采用上述打印头第四实施例的打印头。

在打印过程中，当打印喷嘴停止打印时，控制器将控制第一电磁铁与第二电磁铁相对的一端为相同磁极，二者相互排斥，使打印喷嘴的出料端进入套筒的内腔中，自闭式密封件的8个切口闭合密封，可以有效地防止由于进料装置的送料惯性导致多余的成型材料滴落至成型件上而影响打印质量；也可以有效地防止残留于打印喷嘴的出料管内的成型材料因为打印喷嘴在移动过程中震动而滴落于成型件，提高打印质量；此外，打印喷嘴在相对自闭式密封件的运动过程可以清除残留于打印喷嘴的出料口外围的成型材料，达到清洁打印喷嘴的目的。

三维打印机第四实施例

作为对本实用新型三维打印机第四实施例的说明，以下仅对与上述三维打印机第一实施例的不同之处进行说明，其中打印头集成了4个上述打印头第六实施例的打印头。

在打印过程中，当一个打印喷嘴停止打印时，控制器将控制设于该打印喷嘴上的第一电磁铁与第二电磁铁相对的一端为相同磁极，二者相互排斥，使打印喷嘴的出料端进入套筒的内腔，自闭式密封件的8个切口闭合密封，可以有效地防止进料装置的送料惯性导致多余的成型材料滴落至成型件上而影响其他打印喷嘴的后续打印，提高打印质量；也可以有效地防止残留于打印喷嘴的出料管内的成型材料因为打印喷嘴在移动过程中震动而滴落于成型件上，提高打印质量；打印喷嘴在相对自闭式密封件的运动过程可以清除残留于打印喷嘴的出料口外围的成型材料，达到清洁打印喷嘴的目的；此外，处于停止打印状态的打印喷嘴会收回套筒内，处于打印状态的打印喷嘴的出料端伸于套筒的内腔外，即处于打印状态的打印喷嘴的出料端比处于停止打印状态的打印喷嘴的出料端更接近于成型件的打印面，不会对已打印完的部分形成干涉，不会由于打印过程中触碰成型件的打印面而破坏已经打印完的部分，其特别适合于集成多个打印喷嘴的多色三维打印机。

对于上述打印头在完成打印之后，下一次打印之前，可以拆下打印喷嘴进行清洗，将残留于打印喷嘴内的成型材料清洗干净，防止在下一次打印时堵塞打印喷嘴。

本实用新型的构思主要是在三维打印机的打印头的打印喷嘴上设置一个截止阀，可以有效地防止残留于打印喷嘴中的成型材料滴落于成型件上而影响打印质量，也可以有效地防止由于进料装置的送料惯性而导致成型材料滴落于成型件上，影响打印质量；根据本构思，打印头的结构、截止阀及截止阀的驱动机构还有多种显而易见的变化。

Claims (10)

1.打印头，用于三维打印机，包括加热器及长筒状的打印喷嘴；

其特征在于：

所述打印喷嘴的通道上设有截止阀。

2.根据权利要求1所述打印头，其特征在于：

所述打印喷嘴的进料端口与所述加热器的出料端口固定连接；

所述截止阀包括套筒及直线制动器；

所述套筒包括固定在所述套筒的一个轴向端上的自闭式密封件；

所述直线致动器的定子与所述套筒固定连接，所述直线致动器的动子与所述打印喷嘴固定连接；

所述套筒的另一个轴向端上形成有一通孔；

所述打印喷嘴与所述通孔间隙配合，所述打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，所述外肩台的直径大于所述通孔的直径并位于所述套筒的内腔。

3.根据权利要求1所述打印头，其特征在于：

所述打印喷嘴的进料端沿所述打印喷嘴的轴向可移动地置于所述加热器的出料端口内，且密封配合；

所述截止阀包括套筒及直线制动器；

所述套筒包括固定在所述套筒的一个轴向端上的自闭式密封件；

所述直线致动器的定子与所述套筒固定连接，所述直线致动器的动子与所述打印喷嘴固定连接；

所述套筒的另一个轴向端上形成有一通孔，所述套筒的另一个轴向端与所述加热器的出料端固定连接；

所述打印喷嘴与所述通孔间隙配合，所述打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，所述外肩台的直径大于所述通孔的直径并位于所述套筒的内腔。

4.根据权利要求2或3所述打印头，其特征在于：

所述直线致动器包括第一电磁铁及第二电磁铁，所述第一电磁铁固定于所述外肩台远离所述通孔的一侧，所述第二电磁铁固定于所述密封件位于所述内腔的一侧。

5.根据权利要求1所述打印头，其特征在于：

所述截止阀为一压力开关。

6.三维打印机，包括控制器及打印头；

所述打印头包括加热器及长筒状的打印喷嘴；

其特征在于：

所述打印喷嘴的通道上设有受所述控制器控制的截止阀。

7.根据权利要求6所述三维打印机，其特征在于：

所述打印喷嘴的进料端口与所述加热器的出料端口固定连接；

所述截止阀包括套筒及受所述控制器控制的直线制动器；

所述套筒包括固定在所述套筒的一个轴向端上的自闭式密封件；

所述直线致动器的定子与所述套筒固定连接，所述直线致动器的动子与所述打印喷嘴固定连接；

所述套筒的另一个轴向端上形成有一通孔；

所述打印喷嘴与所述通孔间隙配合，所述打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，所述外肩台的直径大于所述通孔的直径并位于所述套筒的内腔。

8.根据权利要求6所述三维打印机，其特征在于：

所述打印喷嘴的进料端沿所述打印喷嘴的轴向可移动地置于所述加热器的出料端口内，且密封配合；

所述截止阀包括套筒及受所述控制器控制的直线制动器；

所述套筒包括固定在所述套筒的一个轴向端上的自闭式密封件；

所述直线致动器的定子与所述套筒固定连接，所述直线致动器的动子与所述打印喷嘴固定连接；

所述套筒的另一个轴向端上形成有一通孔，所述套筒的另一个轴向端与所述加热器的出料端固定连接；

所述打印喷嘴与所述通孔间隙配合，所述打印喷嘴的中段上形成有一外肩台，所述外肩台的直径大于所述通孔的直径并位于所述套筒的内腔。

9.根据权利要求7或8所述三维打印机，其特征在于：

所述直线致动器包括受所述控制器控制的第一电磁铁及第二电磁铁，所述第一电磁铁固定于所述外肩台远离所述通孔的一侧，所述第二电磁铁固定于所述密封件位于所述内腔的一侧。

10.根据权利要求6所述三维打印机，其特征在于：

所述截止阀为一压力开关。