CN205130404U - 一种基于聚硅氮烷涂层的3d打印喷嘴及3d打印喷头 - Google Patents
一种基于聚硅氮烷涂层的3d打印喷嘴及3d打印喷头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴及3D打印喷头。所述的3D打印喷嘴内壁涂覆有聚硅氮烷涂层，优选为有机聚硅氮烷涂层和/或改性全氢聚硅氮烷涂层；所述的3D打印喷头包括所述的3D打印喷嘴，温控装置，及固定在所述喷嘴上端、且与喷嘴内的喷腔相连通的中空的进料喉管，所述进料喉管与喷嘴连接的一端设置有缺口；所述温控装置包括无缝卡接在所述进料喉管缺口中的温度传感器，可用于监测喷头内部温度。本实用新型提供了的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴及3D打印喷头，解决了3D打印中出丝不均匀、不流畅甚至堵丝的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及3D打印领域，特别涉及一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴及3D打印喷头。
背景技术
熔融沉积快速成型(FusedDepositionModeling，简称FDM)技术是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺的另一种应用广泛的快速成型工艺，FDM技术的原理是将丝状热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。基于熔融沉积快速成型技术的3D打印正成为一种普遍的加工技术，人们对打印精度的要求越来越高。
3D打印机的进料喉管和喷嘴通常会采用金属管，但是金属管与物料的摩擦系数较高，很容易出现出丝不均匀、不流畅甚至发生堵丝等现象。目前，通常是利用聚四氟乙烯管或聚四氟乙烯涂层的不粘性来解决这一问题；但是3D打印喷嘴的直径只有0.35mm左右，而且打印精度要求越高，喷嘴的直径越小，而聚四氟乙烯管很难加工到这样的精度，所以目前3D打印喷头内的聚四氟乙烯管由于尺寸的限制，其末端实际位于喷嘴出口上方一段距离处，因此，物料在喷嘴末端实际还是与金属管接触；而四氟乙烯涂层由于其不粘性，与金属管的结合强度低，涂层附着力差易脱落，脱落后易堵塞喷嘴，所以也无法解决物料易堵塞的问题。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴及3D打印喷头，解决了3D打印中物料易堵塞的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，所述的3D打印喷嘴内壁涂覆有聚硅氮烷涂层。
在本实用新型一实施方式中，所述的聚硅氮烷涂层包括有机聚硅氮烷和/或改性全氢聚硅氮烷。
如本实用新型所述的有机聚硅氮烷结构式如下：
R1-R3可以是氢原子或有机取代基，所述有机取代基如甲基、乙基等，且R1-R3不全是氢原子。
如本实用新型所述的改性全氢聚硅氮烷为在全氢聚硅氮烷的侧链或末端接枝疏水基团。所述的疏水基团包括但不限于烷烃类、氟醚类、硅类、氟碳类、氟硅类。
在本实用新型一实施方式中，所述喷嘴内壁的材质包括但不限于金属、无机非金属、高分子和复合材料。
在本实用新型一实施方式中，所述的聚硅氮烷涂层与喷嘴内壁通过化学键连接。
在本实用新型一实施方式中，所述的化学键为共价键。
可以理解的是，所述的共价键为聚硅氮烷涂层中聚硅氮烷主链上的仲胺与喷嘴内壁上的羟基反应形成的-O-Si-键。
在本实用新型一实施方式中，所述的聚硅氮烷涂层厚度为0.001～100μm，优选为0.02～20μm。
在本实用新型一实施方式中，所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴在涂覆聚硅氮烷涂层前，先对喷嘴内壁进行清洗、去脂和烘干处理。
第二方面，本实用新型提供了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷头，包括如第一方面所述的3D打印喷嘴。
在本实用新型一实施方式中，所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷头还包括温控装置，及固定在所述喷嘴上端、且与喷嘴内的喷腔相连通的中空的进料喉管，所述进料喉管与喷嘴连接的一端设置有缺口。
其中，所述温控装置包括套装在所述喷嘴上的加热模块，及无缝卡接在所述进料喉管缺口中的温度传感器，所述温度传感器的一端与加热模块相连，另一端与进料喉管的管腔相连通。
本实用新型在所述的进料喉管下端与喷嘴连接处设置缺口，一方面，由于缺口设置的位置离喷嘴最近，监测到的温度与喷嘴内温度误差较小；另一方面，避开了直接在喷嘴上设置缺口，解决了由于喷嘴尺寸较小较难设置合适缺口的问题。
在本实用新型一实施方式中，所述温度传感器与进料喉管的管腔相连通的另一端表面涂覆有如第一方面所述的聚硅氮烷涂层。
在本实用新型一实施方式中，所述进料喉管上端连通有进料装置。
本实用新型在本实用新型一实施方式中，所述的进料喉管内壁涂覆有如第一方面所述的聚硅氮烷涂层。
在本实用新型一实施方式中，所述的打印耗材包括但不限于ABS、PLA、PVC、PP和PE。
本实用新型提供了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴及3D打印喷头，解决了3D打印中出丝不均匀、不流畅甚至堵丝的问题。本实用新型的有益效果如下：
1、聚硅氮烷涂层的达因值极低，不粘性优于聚四氟乙烯，物料在向下挤出的过程阻力极小，保证了出丝的均匀性和流畅性。
2、聚硅氮烷涂层与内壁发生化学反应，所述涂层附着力极强，不易脱落。
3、温度传感器可检测喷头内部温度，且聚硅氮烷涂层硬度很高，不易破坏，对温度传感器起保护作用。
4、聚硅氮烷涂层耐高温、环保无毒，可用于打印3D食品。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种3D打印喷嘴的结构示意图；
图2为本实用新型提供的一种3D打印喷嘴的局部示意图；
图3为现有技术中3D打印喷嘴的局部示意图；
图4为本实用新型提供的一种3D打印喷头的结构示意图；
图5为本实用新型提供的一种3D打印喷头的剖视图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
参照图1，本实用新型提供了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，包括3D打印喷嘴(1)和涂覆在所述3D打印喷嘴内壁的聚硅氮烷涂层(11)。
在本实用新型一实施方式中，所述的聚硅氮烷涂层包括有机聚硅氮烷和/或改性全氢聚硅氮烷。
如本实用新型所述的有机聚硅氮烷结构式如下：
R1-R3可以是氢原子或有机取代基，所述有机取代基如甲基、乙基等，且R1-R3不全是氢原子。在一个具体实施例中，R1、R2为CH3、R3为H、n为2～2000的自然数。
如本实用新型所述的改性全氢聚硅氮烷为在全氢聚硅氮烷的侧链或末端接枝疏水基团。所述的疏水基团包括但不限于烷烃类、氟醚类、硅类、氟碳类、氟硅类。
在本实用新型一具体实施例中，所述的改性全氢聚硅氮烷为全氢聚硅氮烷分子链末端接枝十三氟辛基三甲氧基硅烷，结构式如下：
在一个具体实施例中，n为2～2999的自然数。
在本实用新型一实施方式中，所述喷嘴(1)内壁的材质包括但不限于金属、无机非金属、高分子和不同类型材料所组成的复合材料。
在本实用新型一实施方式中，所述的聚硅氮烷涂层(11)与喷嘴(1)内壁通过化学键连接。
在本实用新型一实施方式中，所述的化学键为共价键。
可以理解的是，所述的共价键为聚硅氮烷涂层(11)中聚硅氮烷主链上的仲胺与喷嘴(1)内壁上的羟基反应形成的-O-Si-键。
在本实用新型一具体实施例中，由于空气中含有水分，喷嘴(1)表面由于吸附空气中的水分而使表面存在羟基，聚硅氮烷主链上的仲胺(-NH-)易与羟基发生反应，形成-O-Si-键，从而形成附着力极佳的聚硅氮烷涂层。
在本实用新型一实施方式中，所述的聚硅氮烷涂层(11)厚度为0.001～100μm，优选为0.02～20μm。
可以理解的是，所述的聚硅氮烷涂层(11)在内璧拐角处(12)呈平滑曲线结构。图2为拐角处(12)的放大图，图3为现有技术中的结构图。所述的平滑曲线结构可进一步降低打印耗材下降的阻力，避免打印耗材在拐角处堆积。
在本实用新型一实施方式中，所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴在涂覆聚硅氮烷涂层前，先对喷嘴内壁进行清洗、去脂和烘干处理。
在本实用新型一实施方式中，涂覆方法包括目前常用的各种涂覆涂料的方法，比如擦涂、淋涂、喷涂、旋涂等。
在本实用新型一具体实施例中，制备基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴的步骤包括：(1)使用去脂剂对喷嘴(1)内壁进行清洗，再使用乙醇清洗3次，烘干；(2)在喷嘴(1)内壁淋涂聚硅氮烷涂层溶液；(3)将涂覆好涂聚硅氮烷涂层溶液的喷嘴放置在无尘环境中室温固化1周，即可制得光滑且具有不粘特性的喷嘴。
在该实施例中，根据ISO2409划格法，所述聚硅氮烷涂层的附着力为0级；根据GB_T6739-2006铅笔法测试漆膜硬度，所述聚硅氮烷涂层的铅笔硬度为7H；在350℃处理1h后，所述聚硅氮烷涂层无明显变化。
实施例2
参照图4和图5，本实用新型提供了一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷头，包括喷嘴(1)，温控装置(2)，固定在所述喷嘴(1)上端、且与喷嘴(1)内的喷腔相连通的中空的进料喉管(3)和进料装置(4)。
其中，所述温控装置(2)包括套装在所述喷嘴(1)上的加热模块(21)，及无缝卡接在所述进料喉管(3)缺口中的温度传感器(22)，所述温度传感器(22)的一端与加热模块(21)相连，另一端与进料喉管(3)的管腔相连通。
本实施例中加热模块(21)包括但不限于电热丝，经蚀刻形成的金属膜电阻器。
本实施例中温度传感器(22)为热电偶型温度传感器、热敏电阻型温度传感器或者非接触红外测温型温度传感器。
在本实用新型一实施方式中，所述温度传感器(22)与进料喉管(3)的管腔相连通的另一端表面涂覆有聚硅氮烷涂层(11)。
在本实用新型一实施方式中，所述的进料喉管(3)内壁涂覆有聚硅氮烷涂层(11)。
在本实用新型一实施方式中，所述的温控装置(2)包括控制模块，所述的控制单元用于当温度传感器(22)监测的温度高于预设温度时，控制加热模块(21)停止加热。
在本实用新型一实施方式中，所述的温控装置(2)还包括保温外壳，所述的保温外壳用于保温，避免温度上传。
在本实用新型一实施方式中，所述的打印耗材包括但不限于ABS、PLA、PVC、PP和PE。
可以理解的是，由于聚硅氮烷涂层(11)无毒，所述3D打印喷头还可用于打印包括可融化凝固塑形的食用耗材。所述的可融化凝固塑形的食用耗材优选为巧克力酱或糖。
在本实用新型一具体实施例中，打印耗材通过进料装置(4)进入3D打印喷头内，经进料喉管(3)到达喷嘴(1)处，打印耗材经加热装置(2)加热熔融，最终经喷嘴(1)喷出冷却成型。
由于温度传感器(22)和进料喉管(3)管腔相连通的另一端表面与进料喉管(3)内壁在同一平面上，涂覆聚硅氮烷涂层(11)后，进料喉管(3)的内部仍然是光滑、完整的表面，且由于聚硅氮烷涂层(11)具有较低的达因值，与打印耗材摩擦系数低，大大减小了打印耗材向下的阻力；而温度传感器(22)位于进料喉管(3)与喷嘴(1)连接的位置，可检测喷嘴内部温度，且由于与管腔只间隔了一层聚硅氮烷涂层(11)，温差很小，减少了误差，更精准的温度监测有利于更好的实现打印的流畅性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的3D打印喷嘴内壁涂覆有聚硅氮烷涂层。
2.根据权利要求1所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的聚硅氮烷涂层包括有机聚硅氮烷和/或改性全氢聚硅氮烷。
3.根据权利要求2所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的改性全氢聚硅氮烷为在全氢聚硅氮烷的侧链或末端接枝疏水基团。
4.根据权利要求1或2所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的聚硅氮烷涂层与喷嘴内壁通过化学键连接。
5.根据权利要求4所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的化学键为共价键。
6.根据权利要求1所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的聚硅氮烷涂层厚度为0.001～100μm。
7.根据权利要求1所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴，其特征在于，所述的聚硅氮烷涂层厚度为0.02～20μm。
8.一种基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷头，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷嘴。
9.根据权利要求8所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷头，其特征在于，还包括温控装置，及固定在所述喷嘴上端、且与喷嘴内的喷腔相连通的中空的进料喉管，所述进料喉管与喷嘴连接的一端设置有缺口。
10.根据权利要求9所述的基于聚硅氮烷涂层的3D打印喷头，其特征在于，所述温控装置包括套装在所述喷嘴上的加热模块，及无缝卡接在所述进料喉管缺口中的温度传感器，所述温度传感器的一端与加热模块相连，另一端与进料喉管的管腔相连通。
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