CN211105613U - 一种适用于液体材料的3d打印机用打印头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于液体材料的3D打印机用打印头，主要由从上到下依次连接的气缸部、连接组件和料筒部组成；料筒部主要包括导向套管、料筒阀、打印喷头和套管防松螺帽；气缸体的气室内设有一个与气室壁密封滑动配合的活塞体；连接组件主要包括连接支架和阀针夹具；活塞体与阀杆的上端固定连接；阀杆下端伸出气缸体，进入密封套管，穿过密封套管后与阀针夹具上端连接；阀针从下向上穿过出料口、料腔室、顶部针孔和弹簧，与阀针夹具下端连接；密封阀头呈锥体状，当阀针上移时封闭出料口，下移时打开出料口。本实用新型结构简单可靠、维护方便，具有断料回吸功能和打印喷头自动伸缩功能，特别适用于包含液体材料的多喷头多材质3D打印。

Description

一种适用于液体材料的3D打印机用打印头

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印机，具体涉及一种适用于液体材料的3D打印机用打印头，属于3D打印技术领域。

背景技术

3D打印是一种以数字模型文件为基础，将固体粉末、液体材料或聚合物熔体材料通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术。目前现有的3D打印技术众多，包括挤出成型 (熔融沉积式FDM和液体直写式LDW)、光固化成型(激光扫描式SLA、投影固化式DLP或聚合物喷射式PolyJet)和铺粉成型(激光烧结式SLS/SLM或喷墨粘结式3DP)等，其中挤出式3D打印是发展最早、应用最广泛的一种。

在传统的挤出式3D打印技术中，多以单喷头设计为主，且技术较为成熟。随着多颜色和多材质3D打印技术的发展，越来越多的3D打印设备开始采用双喷头或多喷头设计。然而，无论是单喷头、双喷头还是多喷头设计，现有的挤出式3D打印机的喷头位置和喷嘴高度大多数是固定的，这种传统设计会带来一些问题：单喷头在非打印区间快速移动时，其喷嘴经常会划伤打印模型，除非采取被动改变Z轴坐标的方式来规避风险；双喷头或多喷头的情况下，因各喷头的高度相同，一个喷头在工作时，另一个喷头经常会剐蹭模型，影响打印模型外观。虽然现有技术中已经采取了多种方法来解决上述问题，但仍存在诸多弊端。

中国发明专利申请CN106626388A公开了一种3D打印机双喷头装置，中国发明专利申请CN108790145A公开了一种电磁操控的可伸缩双喷头FDM-3D打印机喷头组件，两者主要是通过电磁铁的通断来控制双喷头的伸缩。中国实用新型专利CN206781005U公开了一种自动调节高度的3D打印机用双喷头，CN206926264U公开了一种3D打印机的双喷头组件，CN207549494U公开了一种可调节3D打印双喷头，CN207682959U公开了一种用于3D打印机的双喷头切换装置，四者主要通过电机的往复旋转带动双喷头的上下移动。中国实用新型专利CN207105636U公开了一种FFF打印机用气动式双喷头，主要是通过在FFF打印机(即 FDM)的双喷头上附加额外的气动单元来实现双喷头的伸缩。上述现有技术均采用附加额外的电磁单元、电机单元或者气动单元来实现双喷头的自动伸缩，导致打印喷头组件结构复杂，体积和重量较大，影响打印头的快速移动，且产生不必要的能耗；同时，上述专利中均未涉及液体材料的3D打印及其打印头的伸缩控制。

中国发明专利申请CN107053662A公开了一种光固化硅胶3D打印装置及其打印方法， CN109016070A公开了一种双喷头挤出式陶瓷3D打印机及其打印方法，CN109203174A公开了一种挤出式3D打印双喷头装置，三者分别实现了光固化硅胶材料、陶瓷浆料和混凝土浆料的双喷头打印。中国发明专利CN108391844A公开了一种多功能3D打印机，中国实用新型专利CN208164300U公开了一种软硬材料结合式双喷头3D打印机，两者分别实现了固体丝材和液体材料的双喷头打印；中国实用新型专利CN208020765U公开了一种用于生物3D 打印的材料供给系统，利用电磁气动换向阀来切换不同生物材料双喷头的工作状态，避免了螺杆挤出方式来对生物材料造成的损伤。上述现有技术均涉及了液体材料的3D打印及双喷头设计，但其喷头高度无法自动调节，势必会影响打印质量，制约挤出式液体材料3D打印技术的普及推广。

因此，3D打印机领域急需提供一种结构简单、可自动伸缩的3D打印用液体材料打印头，以解决现有技术的不足。

实用新型内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种适用于液体材料的3D打印机用打印头，通过打印喷头的自动伸缩和断料回吸，有效避免了打印过程中不工作喷头对打印模型的剐蹭和干扰，提升了3D打印机的打印质量，既可用于单喷头3D打印，又适用于多种颜色、多种液体材料和固液材料结合的多喷头3D打印，应用范围广。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种适用于液体材料的3D打印机用打印头，主要由从上到下依次连接的气缸部、连接组件和料筒部组成；所述的气缸部包括气缸体、活塞体和阀杆；气缸体的气室内设有一个与气室壁密封滑动配合的活塞体；活塞体与阀杆的上端固定连接，活塞体上方和下方的气室侧壁分别设有第一进气口和第二进气口；第一进气口和第二进气口分别与气源连通；

所述的连接组件主要包括连接支架和阀针夹具；连接支架内设有阀针夹具，阀针夹具上端与连接支架上端下表面形成间距，阀针夹具底部与连接支架底部上表面形成间距；气缸体的底部设有一个与阀杆密封滑动配合的密封套管；密封套管上端与气缸体的底部连接，下端伸入连接支架中，与连接支架连接；阀杆下端伸出气缸体，进入密封套管，穿过密封套管后与阀针夹具上端连接；

所述的料筒部主要包括导向套管、料筒阀、打印喷头和套管防松螺帽；所述的导向套管与连接支架固定连接；导向套管为阶梯空心圆筒结构，上端空心直径小于下端空心直径，阶梯处形成第一限位；料筒阀为外周阶梯圆柱结构，上端圆柱外周直径小，下端圆柱外周直径大，外周阶梯处形成第二限位；料筒阀设置在导向套管内，料筒阀的外壁与导向套管的内壁紧密滑动配合；导向套管的内腔顶端设有弹簧，导向套管的下端设有轴向的狭长开口和圆周外螺纹；料筒阀下端设有料腔室，料腔室的下端为出料口，料腔室侧向与伸出料筒阀下端外圆柱体的进料口连通；进料口横向设置于狭长开口中；料筒阀的料腔室上端设有一个与阀针密封滑动配合的顶部针孔；阀针下端设有密封阀头，阀针从下向上穿过出料口、料腔室、顶部针孔和弹簧，与阀针夹具下端固定连接；密封阀头位于出料口内；密封阀头的直径等于出料口的内腔直径，大于料腔室下端的内腔直径；

所述的打印喷头包括喷头进料口、喷头料腔室和打印喷口，喷头进料口位于喷头料腔室的上端，与料筒阀的出料口相互嵌套，呈紧密过盈配合，打印喷口上端与喷头料腔室相通；套管防松螺帽为空腔结构，空腔上部呈圆筒形，设有内螺纹，与导向套管下端的外螺纹连接，空腔下部呈圆锥形，底部设有开口；打印喷头位于套管防松螺帽的空腔内，打印喷口下端伸出套管防松螺帽的底部开口。

为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述的阀针夹具上端设有螺纹孔，下端设有开孔；阀杆与阀针夹具上端连接的方式是螺纹连接；阀针与阀针夹具下端连接的方式是阀针伸入阀针夹具下端的开孔内，阀针上端在阀针夹具下端开孔内通过侧向锁紧螺钉固定，侧向锁紧螺钉设置在阀针夹具下端的侧壁上。

优选地，所述的连接支架为开口的框型结构，包括相互平行的上下端面和与上下端面连接的中间固定板；开口的框型结构内设有阀针夹具；中间固定板上设有多个圆孔，通过圆孔和螺钉与3D打印机的X轴滑块固定连接。

优选地，所述连接支架上端面设有安装圆孔，密封套管下端穿过安装圆孔，位于连接支架上端面下部的密封套管外周设有第一锁紧螺母，密封套管与连接支架上端面通过第一锁紧螺母固定。

优选地，所述的阀针夹具上面的阀杆外周设有第二锁紧螺母，阀杆下端与阀针夹具上端通过第二锁紧螺母固定；在第一锁紧螺母与第二锁紧螺母之间的阀杆上套有C型或O型减震环。

优选地，所述的阀针夹具的下端面粘贴有减震片，减震片为圆形塑胶薄片，中心设有圆孔。

优选地，所述的导向套管与连接支架固定连接的方式是连接支架下端面设有连接圆孔，导向套管的顶部位于连接圆孔，连接支架下端面一侧设有螺纹孔，螺纹孔内设有侧向定位螺钉，通过侧向定位螺钉将连接支架下端与导向套管固定。

优选地，所述的打印喷口为长管状平口结构。

优选地，所述的第一进气口和第二进气口分别通过快换接头和电磁阀与气源连接。

优选地，所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头为两个以上的组合，两个以上适用于液体材料的3D打印机用打印头按照相同高度并排安装于3D打印机的X轴滑块上。

本实用新型阀针夹具带动阀针、料筒阀和打印喷头向上移至顶端的停止位时，减震片与导向套管顶端的间距即为阀针的行程H0，料筒阀的进料口底部与套管防松螺帽顶端的间距即为打印喷头的行程H1；旋转套管防松螺帽可以调节H1；当H1满足条件0<H1<H0时，料筒阀和打印喷头会在顶部弹簧作用下随着阀针的下行而下移H1至工作位，然后密封阀头打开出料口，打印喷头进入工作状态；所述阀针上行时，密封阀头关闭出料口，打印喷头断料回吸并与料筒阀一起上移H1至停止位，打印喷头停止工作。

本实用新型应用的液体材料根据打印要求，可选择各种成分、状态、粘度、反应性和用途的液体物料，包括但不限于反应性高分子预聚物(液体硅橡胶/聚氨酯/环氧树脂/聚丙烯酸酯/不饱和聚酯/光敏预聚物等)、液态高分子材料(聚合物溶液/乳液/悬浮液)、液态生物材料(琼脂/葡萄糖/明胶/壳聚糖/骨胶原/海藻酸钠/羟基磷灰石/大豆蛋白/生物细胞等生物材料的溶液、乳剂或分散体)、液态食品材料(面粉/巧克力/蔬菜/肉类/蛋类等食品材料的溶液、乳剂或分散体)和液态建筑材料(水泥/陶瓷/石膏等建筑材料的溶液、乳剂或分散体)。

本实用新型打印喷头根据所述液体材料特性和打印要求，可选择各种材质、口径和规格的打印喷头，包括但不限于塑钢/全钢/全塑喷头、柱形/锥形喷头、刚性/挠性喷头、卡口/螺口/平口喷头、不透明/透明喷头、单管/多管喷头(管数：1-10)、长管/短管喷头(长度范围：1-100mm)、细咀/粗咀喷头(内径：0.05-50mm)、圆咀/扁咀喷头。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型采用的气缸部上端无需额外添加行程调节装置来手动控制流量，仅需通过更换不同高度的减震环或调节导向套管顶部的高度来适当调节阀针夹具及阀针的行程，通过外部的送料控制系统来自动调节液体物料的流量和打印速度，结构简单小巧，安全可靠。

2.本实用新型采用的料筒部中的料筒阀和打印喷头在工作启停时可以随着阀针的上下移动同时实现自动伸缩和物料通断，无需添加额外的动力装置，结构简单紧凑，高效节能，进一步减轻液体材料打印头的体积和重量。

3.本实用新型可以通过手动旋转套管防松螺帽来方便地调节打印喷头的伸缩高度，赋予液体材料打印头良好的可伸缩性和断料回吸功能，有效避免打印喷头在非打印区域快速移动时对模型外观的破坏以及在多头打印时各喷头之间的干扰，提高了打印质量。

附图说明

图1为本实用新型适用于液体材料的3D打印机用打印头的主视图；

图2为本实用新型适用于液体材料的3D打印机用打印头的左视图；

图3是图1中料筒阀的结构示意图；

图4为打印喷头处于停止位且出料口被关闭时的单头组件的结构示意图；

图5为打印喷头处于工作位且出料口被关闭时的单头组件的结构示意图；

图6为打印喷头处于工作位且出料口被打开时的单头组件的结构示意图；

图7为由两个本实用新型适用于液体材料的3D打印机用打印头组合而成的双液双头打印组件的工作原理图；

图8为固体打印头进行工作而液体打印头处于停止位时的固液双头打印组件的结构示意图；

图9为液体打印头进行工作而固体打印头处于停止位时的固液双头打印组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。

本说明书附图所示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本实用新型所揭示的技术内容所涵盖的范围内。说明书中所引用的如“上”、“下”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

如图1和图2所示，一种适用于液体材料的3D打印机用打印头，主要由从上到下依次连接的气缸部1、连接组件2和料筒部3组成。

气缸部1包括气缸体、活塞体11、阀杆12、第一进气口13和第二进气口14；气缸体为圆柱形；气缸体的气室内设有一个与气室壁密封滑动配合的活塞体11；活塞体11与阀杆12的上端固定连接，活塞体11上方和下方的气室侧壁分别设有第一进气口13和第二进气口14；

连接组件2主要包括连接支架20和阀针夹具24；连接支架20内设有阀针夹具24，阀针夹具24上端与连接支架20上端下表面形成间距，阀针夹具24底部与连接支架20底部上表面形成间距；气缸体的底部设有一个与阀杆12密封滑动配合的密封套管；密封套管上端与气缸体的底部连接，下端伸入连接支架20中，与连接支架20连接。

优选地，连接支架20为开口的框型结构，包括相互平行的上下端面和与上下端面连接的中间固定板；开口的框型结构内设有阀针夹具24；阀针夹具24上端设有螺纹孔，用于与阀杆12螺纹连接，下端设有开孔；阀杆12下端穿过密封套管和连接支架20上端面，伸入阀针夹具24的上端螺纹孔内；阀针313上端伸入阀针夹具24的下端开孔内。

优选地，连接组件2还包括第一锁紧螺母15、第二锁紧螺母23、侧向锁紧螺钉25、减震环22和减震片26；密封套管与连接支架20连接的方式是在连接支架20上端面设有安装圆孔，密封套管下端穿过安装圆孔，位于连接支架20上端面下部的密封套管外周设有第一锁紧螺母15，密封套管与连接支架20上端面通过第一锁紧螺母15固定；优选地，在阀杆12下端设有外螺纹，阀针夹具24的上部空腔内设有内螺纹，阀杆12下端与阀针夹具 24上端经螺纹连接；优选地，在阀针夹具24上面的阀杆12外周设有第二锁紧螺母23，阀杆12下端与阀针夹具24上端通过第二锁紧螺母23固定；优选地，阀针313上端在阀针夹具的下端开孔内通过侧向锁紧螺钉25固定，侧向锁紧螺钉25设置在阀针夹具24下端的侧壁上。

优选地，在第一锁紧螺母15与第二锁紧螺母23之间的阀杆12上套有可活动易拆换的 C型或O型减震环22，更换不同高度的减震环22可以调节阀针夹具24的行程上限位(即停止位)；优选地，阀针夹具24的下端面粘贴有减震片26，当阀针夹具24向上移至停止位时，减震片26与连接支架20底部上端面的间距即为阀杆12和阀针313的行程H0。

优选地，中间固定板上设有四个圆孔21，可通过螺钉与3D打印机的X轴滑块固定连接，组成单喷头组件。

料筒部3包括导向套管30、料筒阀31、打印喷头32和套管防松螺帽33；其中，导向套管30与连接支架20固定连接；导向套管30为阶梯空心圆筒结构，上端空心直径小于下端空心直径，阶梯处形成第一限位301；如图3所示，料筒阀31为外周阶梯圆柱结构，上端圆柱外周直径小，下端圆柱外周直径大，外周阶梯处形成第二限位318；料筒阀31设置在导向套管30内，料筒阀31下端圆柱外周直径与导向套管30下端空心直径相同，料筒阀 31上端圆柱外周直径与导向套管30上端空心直径相同；料筒阀31外壁与导向套管30内壁紧密滑动配合。第一限位301用于限制料筒阀31的第二限位318向上移动；导向套管 30的内腔顶端设有弹簧300，导向套管30的下端设有轴向的狭长开口302和圆周外螺纹，导向套管30的下端通过外螺纹与套管防松螺帽33连接；料筒阀31下端设有料腔室316，料腔室316的下端为出料口312，料腔室316侧向与伸出料筒阀31下端外圆柱体的进料口 311连通；进料口311横向设置于狭长开口302中；狭长开口302的宽度等于进料口311 的外径，允许进料口311从底部进入并限制料筒阀31的转动；料筒阀31的料腔室316上端设有顶部针孔315；阀针313下端设有密封阀头3131，阀针313从下向上穿过出料口312、料腔室316、顶部针孔315和弹簧300，与阀针夹具24连接；密封阀头3131位于出料口 312内；密封阀头3131的直径等于出料口312的内腔直径，出料口312的内腔直径大于料腔室316下端的内腔直径。阀针313与顶部针孔315呈密封滑动过盈配合。

打印喷头32包括喷头进料口320、喷头料腔室321和打印喷口322，喷头进料口320位于喷头料腔室321的上端，与料筒阀31的出料口312相互嵌套，呈紧密过盈配合，打印喷口322优选为长管状平口结构(打印喷口322的平口结构是相对于斜口结构而言)，上端与喷头料腔室321相通；套管防松螺帽33为空腔结构，空腔上部呈圆筒形，设有内螺纹，与导向套管30下端的外螺纹成无间隙紧密配合，空腔下部呈圆锥形，底部设有开口；打印喷头32位于套管防松螺帽33的空腔内，打印喷口322伸出套管防松螺帽33的底部开口。

优选地，料筒阀31的出料口312设有嵌入式双螺纹317，打印喷头32的进料口320外侧设有卡口或螺口，出料口312与进料口320通过双螺纹紧密配合，构成牢固连接。

优选地，出料口312的内腔和密封阀头3131均呈上窄下宽的锥体状，当阀针313上移时密封阀头3131与出料口312的内腔形成密封配合，关闭出料口312，下移时则打开出料口312；密封阀头3131打开出料口312时，位于打印喷头32的料腔室321内，但不接触料腔室321的侧壁和底部。料筒阀31的进料口311位于导向套管30的狭长开口302内，且与狭长开口302紧密滑动配合；进料口311可通过软管与打印头外部的单组份液体材料送料单元或双组份液体材料混合送料单元连接。

优选地，导向套管30与连接支架20固定连接的方式是连接支架20下端面设有连接圆孔，导向套管30的顶部位于连接圆孔，连接支架下端面一侧设有螺纹孔，螺纹孔内设有侧向定位螺钉303，通过侧向定位螺钉303将连接支架下端与导向套管30固定。

为了打印头能正常工作，气缸部1的第一进气口13和第二进气口14应分别通过快换接头和气管连接打印头外部的2位5通(或2位4通)电磁阀和压力范围为0.1-1MPa的气源；同时，将处于关闭状态的料筒阀31顶入导向套管30至两个限位(第一限位301和第二限位318)相抵触，阀针313穿过弹簧300后与处于停止位的阀针夹具固定连接；套管防松螺帽33与导向套管30的下端经螺纹固定在某个位置。控制电磁阀的通断，当第二进气口14进气，第一进气口13出气时，活塞体11带动阀杆12和阀针313上行到停止位，反之则下行到工作位。

如图4、图5和图6所示，旋转套管防松螺帽33，可以调节套管防松螺帽33的顶端与料筒阀31的进料口311底部的间距H1；当H1大于零且小于阀针313的行程H0时，料筒阀31和打印喷头32会在顶部弹簧300作用下随着阀针313的下行而下移H1，直至进料口 311与套管防松螺帽33相抵触，此时的移动距离H1即为打印喷头32的行程H1(见图)；阀针313继续下行时，密封阀头3131打开出料口312，打印喷头32进入工作状态(见图6)；阀针313上行时，密封阀头3131关闭出料口312，打印喷头32断料回吸并与料筒阀31一起上移H1，直至第二限位318与第一限位301相抵触，打印喷头32停止工作。

由此可见，单喷头组件在工作时，可以实现打印喷头随工作状态的改变快速伸缩和通断料，不拉丝不滴料，不会剐蹭模型，显著提高了打印质量，而且无需额外安装电动机、电磁铁或其他动力装置，体积小重量轻，结构简单，便于维护。

本实施例还可以根据打印要求，随时更换不同的液体物料，如各种光敏树脂、高分子分散液、液态生物材料、奶油蛋糕或水泥砂浆等；根据液体物料的特性和打印要求，可以很方便地更换各种规格的打印喷头，如长管细喷头用于在凝胶液中打印无支撑的三维模型，锥形粗喷头用于打印高粘度的液体硅胶，黑色不透明喷头用于打印光敏树脂等。

实施例2

如图7所示，使用与实施例1相同结构的两个适用于液体材料的3D打印机用打印头，按照相同高度并排安装于3D打印机的X轴滑块上，构成一种双液双头打印组件。其中，第一个打印头用于打印第一种液体材料，第二个打印头用于打印第二种液体材料。两种液体材料可以为不同颜色的同种材料，也可以为不同物性的异种材料。两个打印头可以根据各自打印的液体材料特性和打印要求选择不同规格的打印喷头。

使用三维建模软件和切片软件制作出双色或双材质模型的Gcode文件，输入到3D打印机中，可以控制两个打印头按各自运动轨迹交替打印各层结构。在第n层打印中，如果第一个打印头打印完毕第一种液体材料，需要继续打印第二种液体材料时，第一个打印头的第一进气口13由进气变为出气，第二进气口14由出气变为进气，活塞体11带动阀针313上行H0至停止位，第一个打印头断料回吸并收缩H1；与此同时，第二个打印头的第一进气口13由出气变为进气，第二进气口14由进气变为出气，活塞体11带动阀针313下行 H0至工作位，第二个打印头伸出H1并开始打印。第一个打印头在第二个打印头的打印过程中始终处于停止位，不拉丝不滴料，不会剐蹭已打印的模型表面，显著提高了打印质量。由第二个打印头切换至第一个打印头时具有同等效果，直至结束整个打印任务。

本实施例主要用于说明使用两个以上本实用新型的一种适用于液体材料的3D打印机用打印头可以设计制作一种双液双头打印组件或一种多液多头打印组件。本实施例所述的双液双头打印组件既可以打印包含不同颜色区域的同种材料模型(如包含红色血管的心脏模型)，也可以打印不同材质结构的异种材料模型(如包含羟基磷灰石骨骼结构的人体硅胶模型)。两个打印头还可以根据各自打印的液体材料特性和打印要求选择不同规格的打印喷头。由于两个打印头均具有自动伸缩和断料回吸功能，因此与不可伸缩的打印头相比或者与借助其他动力装置实现伸缩的打印头相比，打印过程中两个打印头互不干扰，显著提高了打印质量，且结构简单轻巧，高效节能，维护方便。

实施例3

如图8、图9所示，使用与实施例1相同结构的一个适用于液体材料的3D打印机用打印头，与现有技术中的固体塑料丝材打印头按照相同高度并排安装于3D打印机的X轴滑块上，构成一种固液双头打印组件。其中，液体打印头用于打印液体材料，固体打印头用于打印塑料丝材。塑料丝材可以作为液体材料的支撑材料或者骨架材料或者担任其他功能。液体打印头根据液体材料的特性和打印要求，选用合适规格的打印喷头。

使用三维建模软件和切片软件制作出双材质模型的Gcode文件，输入到3D打印机中，可以控制两个打印头按各自运动轨迹交替打印各层结构。由于传统的塑料打印头不具有伸缩功能，为避免其对模型的干扰，在Gcode文件制作时，应将固体打印头的工作位设计为高于液体打印头的工作位，两者的高度差dZ介于0和H1之间，优选为H1/2。

在第n层打印中，如果液体打印头打印完毕液体材料，需要继续打印塑料丝材时，液体打印头的第一进气口13由进气变为出气，第二进气口14由出气变为进气，活塞体11带动阀针313上行H0至停止位，液体打印头断料回吸并收缩H1；与此同时，打印程序控制Z 轴工作台提高dZ至固体打印头的工作位，固体打印头开始工作(见图8)。当由固体打印头切换至液体打印头时，打印程序先控制Z轴工作台下降dZ至液体打印头的工作位，然后液体打印头的第一进气口13由出气变为进气，第二进气口14由进气变为出气，活塞体11 带动阀针313下行H0至工作位，液体打印头开始工作(见图9)。在固体打印头工作时，液体打印头始终处于停止位，不拉丝不滴料，也不会剐蹭已打印的模型表面，显著提高了打印质量；液体打印头工作时具有同等效果，直至结束整个打印任务。

本实施例主要用于说明使用一个本实用新型的一种适用于液体材料的3D打印机用打印头和一个现有技术中的固体塑料丝材打印头可以设计制作一种固液双头打印组件。该固液双头打印组件既可以打印包含固体塑料支撑结构的液体材料模型(如包含ABS塑料支撑的液体硅胶模型)，也可以打印包含固体塑料骨架结构的液体材料模型(如包含PLA骨架结构的生物材料模型)。液体打印头还可以根据液体材料的特性和打印要求选择不同规格的打印喷头。由于液体打印头具有自动伸缩和断料回吸功能，因此与不可伸缩的打印头相比或者与借助其他动力装置实现伸缩的打印头相比，打印过程中两个打印头互不干扰，显著提高了打印质量，且结构简单轻巧，高效节能，维护方便。

上述三个实施例说明了本实用新型的一种适用于液体材料的3D打印机用打印头分别用于单头打印、双液双头打印和固液双头打印等打印装置的组装设计时均具有显著的技术优势：

1.本实用新型采用的气缸部上端无需额外添加行程调节装置来手动控制流量，仅需通过更换不同高度的减震环或调节导向套管顶部的高度来适当调节阀针的行程，通过外部的送料控制系统来自动调节液体物料的流量和打印速度，结构简单小巧，安全可靠；

2.本实用新型采用的料筒部中的打印喷头在工作启停时可以随着阀针的上下移动同时实现自动伸缩和物料通断，无需添加额外的动力装置，结构简单紧凑，高效节能，进一步减轻打印头的体积和重量，显著提高打印头的移动速度和打印精度，该优势在多头打印时尤为明显；

3.本实用新型可以通过手动旋转套管防松螺帽来方便地调节打印喷头的伸缩高度，赋予液体材料打印头良好的可伸缩性和断料回吸功能，有效避免打印喷头在非打印区域快速移动时对模型外观的破坏以及在多头打印时各喷头之间的干扰，显著提高打印质量；

4.本实用新型巧妙地利用了料筒阀和打印喷头在往复移动的阀针和顶部弹簧的双重作用下可以实现快速伸缩和物料通断，无需额外添加动力装置，结构简单紧凑，高效节能，彻底解决了在现有技术中的液体材料单头打印或多头打印时普遍存在的技术难题或技术缺陷，如某些现有技术(中国实用新型专利申请CN107053662A、CN109016070A、CN109203174A 等)因打印头高度固定而容易破坏模型表面，而另一些现有技术(中国实用新型专利申请 CN106626388A、CN108790145A和中国实用新型专利CN206781005U、CN206926264U、 CN207549494U、CN207682959U等)为了改变打印头高度需要额外增设电磁或电动装置，导致打印装置的体积、重量和能耗显著增加。

本行业的技术人员应该了解，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的基本原理和主要特征，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进均属于要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：主要由从上到下依次连接的气缸部、连接组件和料筒部组成；所述的气缸部包括气缸体、活塞体和阀杆；气缸体的气室内设有一个与气室壁密封滑动配合的活塞体；活塞体与阀杆的上端固定连接，活塞体上方和下方的气室侧壁分别设有第一进气口和第二进气口；第一进气口和第二进气口分别与气源连通；

所述的连接组件主要包括连接支架和阀针夹具；连接支架内设有阀针夹具，阀针夹具上端与连接支架上端下表面形成间距，阀针夹具底部与连接支架底部上表面形成间距；气缸体的底部设有一个与阀杆密封滑动配合的密封套管；密封套管上端与气缸体的底部连接，下端伸入连接支架中，与连接支架连接；阀杆下端伸出气缸体，进入密封套管，穿过密封套管后与阀针夹具上端连接；

所述的料筒部主要包括导向套管、料筒阀、打印喷头和套管防松螺帽；所述的导向套管与连接支架固定连接；导向套管为阶梯空心圆筒结构，上端空心直径小于下端空心直径，阶梯处形成第一限位；料筒阀为外周阶梯圆柱结构，上端圆柱外周直径小，下端圆柱外周直径大，外周阶梯处形成第二限位；料筒阀设置在导向套管内，料筒阀的外壁与导向套管的内壁紧密滑动配合；导向套管的内腔顶端设有弹簧，导向套管的下端设有轴向的狭长开口和圆周外螺纹；料筒阀下端设有料腔室，料腔室的下端为出料口，料腔室侧向与伸出料筒阀下端外圆柱体的进料口连通；进料口横向设置于狭长开口中；料筒阀的料腔室上端设有一个与阀针密封滑动配合的顶部针孔；阀针下端设有密封阀头，阀针从下向上穿过出料口、料腔室、顶部针孔和弹簧，与阀针夹具下端固定连接；密封阀头位于出料口内；密封阀头的直径等于出料口的内腔直径，大于料腔室下端的内腔直径；

所述的打印喷头包括喷头进料口、喷头料腔室和打印喷口，喷头进料口位于喷头料腔室的上端，与料筒阀的出料口相互嵌套，呈紧密过盈配合，打印喷口上端与喷头料腔室相通；套管防松螺帽为空腔结构，空腔上部呈圆筒形，设有内螺纹，与导向套管下端的外螺纹连接，空腔下部呈圆锥形，底部设有开口；打印喷头位于套管防松螺帽的空腔内，打印喷口下端伸出套管防松螺帽的底部开口。

2.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的阀针夹具上端设有螺纹孔，下端设有开孔；阀杆与阀针夹具上端连接的方式是螺纹连接；阀针与阀针夹具下端连接的方式是阀针伸入阀针夹具下端的开孔内，阀针上端在阀针夹具下端开孔内通过侧向锁紧螺钉固定，侧向锁紧螺钉设置在阀针夹具下端的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的连接支架为开口的框型结构，包括相互平行的上下端面和与上下端面连接的中间固定板；开口的框型结构内设有阀针夹具；中间固定板上设有多个圆孔，通过圆孔和螺钉与3D打印机的X轴滑块固定连接。

4.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述连接支架上端面设有安装圆孔，密封套管下端穿过安装圆孔，位于连接支架上端面下部的密封套管外周设有第一锁紧螺母，密封套管与连接支架上端面通过第一锁紧螺母固定。

5.根据权利要求4所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的阀针夹具上面的阀杆外周设有第二锁紧螺母，阀杆下端与阀针夹具上端通过第二锁紧螺母固定；在第一锁紧螺母与第二锁紧螺母之间的阀杆上套有C型或O型减震环。

6.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的阀针夹具的下端面粘贴有减震片，减震片为圆形塑胶薄片，中心设有圆孔。

7.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的导向套管与连接支架固定连接的方式是连接支架下端面设有连接圆孔，导向套管的顶部位于连接圆孔，连接支架下端面一侧设有螺纹孔，螺纹孔内设有侧向定位螺钉，通过侧向定位螺钉将连接支架下端与导向套管固定。

8.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的打印喷口为长管状平口结构。

9.根据权利要求1所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的第一进气口和第二进气口分别通过快换接头和电磁阀与气源连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头，其特征在于：所述的适用于液体材料的3D打印机用打印头为两个以上的组合，两个以上适用于液体材料的3D打印机用打印头按照相同高度并排安装于3D打印机的X轴滑块上。

Images