CN208324231U - 一种3d打印喷头及3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种3D打印喷头及3D打印机，涉及增材制造设备技术领域，所述3D打印喷头包括喷头壳体，所述喷头壳体内部竖直设置有出料通道，所述出料通道的末端为出料口，所述出料通道中设有用于促进熔融材料经出料口挤出后往四周流动的扰动部件，所述扰动部件连接有用于驱动其在出料通道中运动的驱动装置。上述3D打印喷头工作时，扰动部件在驱动装置的驱动下于出料通道中运动，进而扰动经出料口挤出的熔融物料，促进其往四周流动、铺展，使得物料能够更好地流入产品已打印部分侧边转角位，以填充转角处的空隙，从而减轻打印完成的产品内部孔隙率，提高产品力学性能。

Description

一种3D打印喷头及3D打印机

技术领域

本实用新型涉及增材制造设备技术领域，特别涉及一种3D打印喷头及3D打印机。

背景技术

近年来，3D打印技术在越来越多的领域得到应用，常用的3D打印材料有尼龙、金属以及橡胶。

热塑性材料（例如尼龙）常被应用在熔融沉积式 (FDM）打印场合。尼龙丝（或者其他热塑性材料）通过进料单元（进料单元包括导料管、送丝齿轮及喉管）送入喷头单元中，喷头单元包括加热块及喷头，加热块内部设有热熔通道，该热熔通道与喷头相连，尼龙丝在热熔通道中受热变成熔融状态，进料单元的送丝齿轮不断将尼龙丝推送入热熔通道，从而使得热熔通道中已熔融的材料不断涌入喷头中，并从喷头的出料口往下排出，经喷头挤出的熔融材料逐层沉积，同时配合冷却风扇辅助冷却，最终得到立体的产品。

现今常用的3D打印喷头结构大多如图1所示，当熔融材料从喷头出料口挤出后，由于熔融状态下材料表面张力的作用，其两侧边将呈现外凸的弧面状（见图1和图2所示），这样将导致以下问题：1、打印出来的产品最外层表面会出现一道道的横向坑纹（纹路的深浅跟单层打印厚度相关），后期需要进行抛光处理（物理抛光或者丙酮蒸汽抛光），当然也可以在产品外表面涂光滑液使其变得平滑（将光滑液填满坑纹并固化，即可使产品外表面变平滑）。2、会在产品内部形成图3和图4所示的孔隙，导致产品力学性能降低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可减轻产品内部孔隙率、提高产品力学性能的3D打印喷头，进一步地，本实用新型还提供一种包含前述打印喷头的3D打印机。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种3D打印喷头，包括喷头壳体，所述喷头壳体内部竖直设置有出料通道，所述出料通道的末端为出料口，所述出料通道中设有用于促进熔融材料经出料口挤出后往四周流动的扰动部件，所述扰动部件连接有用于驱动其在出料通道中运动的驱动装置。

优选的，所述扰动部件包括竖直设置在出料通道中的扰动杆，所述驱动装置与扰动杆连接并可驱动其在出料通道中作上下往复运动，所述扰动杆在出料通道中往下运动至最低点时，其底端位于出料口上方并靠近出料口。

进一步地，前述3D打印喷头还包括用于在所述扰动杆作往复运动时对其起导向作用的导向结构，所述驱动装置包括曲轴以及用于驱动曲轴转动的动力机构，所述曲轴水平设置在出料通道中且其两端与喷头壳体可转动连接，所述扰动杆的顶端可转动连接于曲轴，所述动力机构设置在喷头壳体外部并至少与曲轴的一端传动连接。

更进一步地，前述3D打印喷头还包括水平或倾斜设置在喷头壳体内部的进料通道以及用于在扰动杆作上下往复运动时对其起导向作用的导向结构，所述进料通道位于出料通道上方且与出料通道连通，所述进料通道与出料通道之间的夹角为直角或钝角，所述进料通道的上方开设有向上贯穿喷头壳体的通孔，所述扰动杆的顶端从通孔中穿出并与驱动装置连接。

更进一步地，所述通孔与扰动杆的尺寸相匹配并在所述扰动杆作上下往复运动时对其起导向作用。

优选的，所述驱动装置包括设置在喷头壳体外部的曲轴以及用于驱动曲轴转动的动力机构，所述扰动杆的顶端可转动连接在曲轴上。

其中，所述动力机构包括电机。

其中，所述扰动杆在出料通道中往下运动至最低点时，其底端与出料口在竖直方向上的距离不大于2mm。

作为本实用新型的另一方面，一种3D打印机，其包括上述的3D打印喷头。

在本实用新型提供的3D打印喷头中，喷头工作时，扰动部件在驱动装置的驱动下于出料通道中运动，进而扰动经出料口挤出的熔融物料，促进其往四周流动、铺展，使得物料能够更好地流入产品已打印部分侧边缘的转角位，以填充外凸弧面转角处的空隙，从而减轻打印完成的产品内部孔隙率，提高产品力学性能。

附图说明

图1为现今常用3D打印喷头及其打印的两层材料的结构示意图；

图2为图1中A部位的局部放大图；

图3为图1所示3D打印喷头所打印产品的内部结构缺陷示意图；

图4为图3中A部位的局部放大图；

图5为本实用新型所涉3D打印喷头的整体结构示意图；

图6为图5所示3D打印喷头中喷头壳体的立体结构示意图；

图7为图6所示喷头壳体的内部结构示意图；

图8为图5中A部位的局部放大图；

图9和图10均为图5所示3D打印喷头所打印产品的内部结构示意图；

图11为图10中A部位的局部放大图；

图中：

1——喷头壳体 2——出料通道 3——扰动部件

4——驱动装置 5——进料通道 1a——通孔2a——出料口 3a——扰动杆4a——曲轴 4b——动力机构。

具体实施方式

需要提前说明的是，在本实用新型的描述中，术语 “上”、“下”、 “左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”、 “前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了便于本领域技术人员理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，下面结合实施例和附图来对本实用新型作进一步的说明。

图5示出了本实用新型所涉3D打印喷头的一种结构，其包括喷头壳体1，喷头壳体1内部竖直设置有出料通道2，出料通道2的末端为出料口2a，在出料通道2中设有用于促进熔融材料经出料口2a挤出后往四周流动的扰动部件3，扰动部件3连接有用于驱动其在出料通道2中运动的驱动装置4。

需要说明的是，在本实用新型中，扰动部件3并不局限于图5所示由驱动装置4驱动其上下往复运动的扰动杆3a，例如，也可以是左右摆动的摆杆，此外还可以是靠近出料口2a设置的微型叶轮，只要其在出料通道2中运动时能够实现扰动经出料口挤出的熔融物料并促进其往四周流动来填充产品已打印部分的转角空隙的目的即可。

在图5所示3D打印喷头中，喷头工作时，扰动部件3在驱动装置的驱动下于出料通道2中运动，进而扰动经出料口2a挤出的熔融物料，促进其往四周流动、铺展，使得物料能够更好地流入产品已打印部分侧边的转角位，以填充外凸弧面转角处的空隙，从而减轻打印完成的产品内部孔隙率，提高产品力学性能。用该喷头打印的产品内部结构见图9-11所示，其中图9所示为较理想的状态，在图9中，外凸弧面转角处的空隙被完全填充，无明显可见孔隙。图10-11所示结构虽然仍存在可见孔隙，但该孔隙相比图3和图4的要小得多，产品内部孔隙率得以大幅减轻，产品力学性能将明显提高。

图5-7中示出了前述扰动部件3的一种优选结构，具体来说，该扰动部件3包括竖直设置在出料通道2中的扰动杆3a，驱动装置4与扰动杆3a连接并可驱动其在出料通道2中作上下往复运动，其中，扰动杆3a在出料通道2中往下运动至最低点时，其底端位于出料口2a上方并靠近出料口2a。

值得一提的是，采用扰动杆3a上下运动的方式扰动经出料口挤出的熔融物料具有以下好处：扰动杆3a上下往复运动的过程中，扰动杆3a底端间歇式挤压经出料口挤出的熔融物料，这样既实现促进流入产品已打印部分转角位的目的，又可保证打印表面的平整度，避免在出料口正下方表面上出现细小凹陷（避免物料过度往四周流散，导致出料口正下方物料厚度较四周偏薄，从而形成弧面形凹坑）。

作为在扰动部件3选用扰动杆3a基础上的一种实施方案（该实施方案在附图中未示出），上述3D打印喷头中还包括用于在扰动杆3a作往复运动时对其起导向作用的导向结构，驱动装置4包括曲轴4a以及用于驱动曲轴4a转动的动力机构4b，曲轴4a水平设置在出料通道2中且其两端可转动连接在喷头壳体1上，扰动杆3a的顶端可转动连接于曲轴4a，动力机构4b设置在喷头壳体1外部并至少与曲轴4a的一端传动连接。

作为在扰动部件3选用扰动杆3a基础上的另一种更优选的实施方案，见图5-7所示，上述3D打印喷头中还包括水平或倾斜设置在喷头壳体1内部的进料通道5以及用于在扰动杆3a作上下往复运动时对其起导向作用的导向结构，进料通道5位于出料通道2上方且与出料通道2连通，进料通道5与出料通道2之间的夹角为直角或钝角，进料通道5的上方开设有向上贯穿喷头壳体1的通孔1a，扰动杆3a的顶端从通孔1a中穿出并与驱动装置4连接。 其中，前述通孔1a与扰动杆3a的尺寸相匹配并在扰动杆3a作上下往复运动时对其起导向作用。

进一步地，在该优选的实施方案中，见图8所示，驱动装置4包括设置在喷头壳体1外部的曲轴4a以及用于驱动曲轴4a转动的动力机构4b，扰动杆3a的顶端可转动连接在曲轴4a上。其中，动力机构4b包括电机。

需要提醒本领域技术人员注意的是，在上述两个实施方案中，为保证扰动效果，扰动杆3a在出料通道2中往下运动至最低点时，其底端与出料口2a在竖直方向上的距离最好不大于2mm。

最后，在前述3D打印喷头的基础上，本实用新型还请求保护一种包括上述3D打印喷头的3D打印机。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，本实用新型的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本实用新型的内容。

Claims (9)

1.一种3D打印喷头，包括喷头壳体（1），所述喷头壳体（1）内部竖直设置有出料通道（2），所述出料通道（2）的末端为出料口（2a），其特征在于：所述出料通道（2）中设有用于促进熔融材料经出料口（2a）挤出后往四周流动的扰动部件（3），所述扰动部件（3）连接有用于驱动其在出料通道（2）中运动的驱动装置（4）。

2.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于：所述扰动部件（3）包括竖直设置在出料通道（2）中的扰动杆（3a），所述驱动装置（4）与扰动杆（3a）连接并可驱动其在出料通道（2）中作上下往复运动，所述扰动杆（3a）在出料通道（2）中往下运动至最低点时，其底端位于出料口（2a）上方并靠近出料口（2a）。

3.根据权利要求2所述的3D打印喷头，其特征在于：还包括用于在所述扰动杆（3a）作往复运动时对其起导向作用的导向结构，所述驱动装置（4）包括曲轴（4a）以及用于驱动曲轴（4a）转动的动力机构（4b），所述曲轴（4a）水平设置在出料通道（2）中且其两端可转动连接在喷头壳体（1）上，所述扰动杆（3a）的顶端可转动连接于曲轴（4a），所述动力机构（4b）设置在喷头壳体（1）外部并至少与曲轴（4a）的一端传动连接。

4.根据权利要求2所述的3D打印喷头，其特征在于：还包括水平或倾斜设置在喷头壳体（1）内部的进料通道（5）以及用于在扰动杆（3a）作上下往复运动时对其起导向作用的导向结构，所述进料通道（5）位于出料通道（2）上方且与出料通道（2）连通，所述进料通道（5）与出料通道（2）之间的夹角为直角或钝角，所述进料通道（5）的上方开设有向上贯穿喷头壳体（1）的通孔（1a），所述扰动杆（3a）的顶端从通孔（1a）中穿出并与驱动装置（4）连接。

5.根据权利要求4所述的3D打印喷头，其特征在于：所述通孔（1a）与扰动杆（3a）的尺寸相匹配并在所述扰动杆（3a）作上下往复运动时对其起导向作用。

6.根据权利要求4所述的3D打印喷头，其特征在于：所述驱动装置（4）包括设置在喷头壳体（1）外部的曲轴（4a）以及用于驱动曲轴（4a）转动的动力机构（4b），所述扰动杆（3a）的顶端可转动连接在曲轴（4a）上。

7.根据权利要求3或6所述的3D打印喷头，其特征在于：所述动力机构（4b）包括电机。

8.根据权利要求2-6中任意一项所述的3D打印喷头，其特征在于：所述扰动杆（3a）在出料通道（2）中往下运动至最低点时，其底端与出料口（2a）在竖直方向上的距离不大于2mm。

9.一种3D打印机，其特征在于：包括权利要求1-8中任意一项所述的3D打印喷头。