CN213648682U - 多材料混合喷头 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于3D打印技术领域，公开了一种多材料混合喷头。包括：混合室，内部具有供材料混合的空腔，包括多个供料口和一个出料口；搅拌器，其包括相连接的驱动电机和搅拌叶轮，所述搅拌叶轮位于所述空腔内；快拧连接件，安装于所述供料口上，用以与供料装置连接；挤出头，安装于所述出料口上，用于安装喷嘴。该喷头可实现多材料高效均匀的混合，可控性强；能实现复合材料、功能梯度材料、变密度非均质材料的多材料、多尺度3D打印。

Description

多材料混合喷头

技术领域

本实用新型属于增材制造技术领域，具体涉及一种多材料混合喷头。

背景技术

3D打印(3D Printing)技术又称增材制造(additive manufacturing，AM)，是一种基于CAD建模基础上的“自下而上”材料逐层累加的制造方法。

柔性3D打印是3D打印研究的主要方向之一，不同于耗材为聚乳酸(PLA)等硬质热塑性材料传统的FDM打印，柔性3D打印主要以硅橡胶、生物凝胶等柔性材料作为耗材，通常不需要加热就可以挤出。

目前，市场上的柔性3D打印设备通常只适用于单材料的3D打印，已开发的多材料3D打印机大多数拥有多个喷头，存在诸多的不足和局限性：配置喷头数量有限，可打印材料种类数量受限，而且多喷头结构和操作复杂，设备成本高；多个喷头需要频繁切换，从而使得打印效率降低；打印分辨率还较低，难以实现微尺度特征结构打印，尤其是无法实现宏/微/纳多尺度和跨尺度制造。现有的多材料3D打印技术基本上都是采用材料被动混合的方式，无法实现多材料各组分的主动混合和精确控制，存在多材料混合不均匀、混合效率低、可控性能差，对材料的性质要求高，可供打印材料种类受限(仅适用于一些较低粘度的材料)等问题。

因此，针对上述技术问题，实用新型人提出了一种多材料混合喷头，以实现多种柔性材料任意比例、主动混合进行3D打印。

实用新型内容

为了解决现有技术中多材料3D打印存在的各材料组分混合不均匀、混合效率低、可控性能差等问题，本实用新型提供了一种多材料混合喷头，可实现3D打印中复合材料、功能梯度材料及变密度非均质材料等的主动混合和精确控制。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

多材料混合喷头，用于3D打印，其特征在于，包括：

混合室，内部具有供材料混合的空腔，包括多个供料口和一个出料口；

搅拌器，其包括相连接的驱动电机和搅拌叶轮，所述搅拌叶轮位于所述空腔内；

快拧连接件，安装于所述供料口上，用以与供料装置连接；

挤出头，安装于所述出料口上，用于安装喷嘴。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述供料口内设有内螺纹，所述快拧连接件的一端设有相适配的外螺纹，所述快拧连接件与供料口经螺纹配合可拆卸连接。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述供料装置为微量注射泵，所述微量注射泵经软管与所述快拧连接件的另一端连接。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述挤出头一端与出料口连接，另一端设凹面鲁尔接头，用于安装带凸面鲁尔接头的喷嘴。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述混合室包括上腔部和下腔部，所述供料口设于上腔部上，所述搅拌叶轮的轴体穿过上腔部设置，所述出料口设于下腔部上；所述上腔部和下腔部拼合经螺栓连接，上腔部与下腔部的连接处设有密封圈。

在本实用新型公开的一种实施方式中，还包括支架，所述支架下端与混合室的上腔部连接，支架的上端安装驱动电机，所述驱动电机输出端向下连接搅拌叶轮。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述支架上设有安装部，所述安装部上设有螺孔，支架可经螺栓安装于3D打印机上。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述驱动电机经联轴器与所述搅拌叶轮连接，所述驱动电机及联轴器均位于所述混合室外部。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述搅拌叶轮的叶轮体与所述空腔相适配，包括柱体部和锥体部，所述柱体部和锥体部的外表面均为内凹弧面。

在本实用新型公开的一种实施方式中，所述供料口包括两个，分别设于所述混合室上部的两侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的多材料混合喷头，设置混合室和搅拌器，在混合室上设置多个供料口与快拧连接件连接，由不同的供料装置向混合室内同时注入多种柔性材料，多种柔性材料经搅拌器搅拌混合后，由出料口挤出进行打印。该喷头可实现多材料高效、均匀的混合，且可控性强；能实现复合材料、功能梯度材料、变密度非均质材料的多材料、多尺度3D打印；实现从柔性材料无缝过渡到刚性材料，执行所有操作时无时间间断，将不同的材料性能整合在同一打印产品中，实现材料、结构、功能部件的一体化设计和制造。

2、供料装置采用微量注射泵，保证多材料各组分的主动混合和精确控制；快拧连接件为螺纹可拆卸连接，可进行拆卸更换，可适应多种尺寸的软管及微量注射泵；挤出头端部设凹面鲁尔接头，能适用于各种口径的凸面鲁尔接头的喷嘴，适用性强，使用范围广。

3、本实用新型的喷头设计成模块化结构，可方便更换配件，适应不同的设备，使用更加方便，适用性强。

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为本实用新型的整体装配结构示意图。

图2为混合室与快拧连接件的正视结构示意图。

图3为混合室与快拧连接件的剖视结构示意图。

图4为混合室上腔部的立体结构示意图。

图5为混合室上腔部的剖示结构示意图。

图6为混合室下腔部的立体结构示意图。

图7为挤出头的立体结构示意图。

图8为搅拌器的整体结构示意图。

图9为搅拌叶轮的立体结构示意图。

附图标记：

1、混合室；10、空腔；11、上腔部；111、供料口；12、下腔部；121、出料口；2、搅拌器；21、驱动电机；22、搅拌叶轮；221、柱体部；222、锥体部；23、联轴器；3、快拧连接件；4、挤出头；41、凹面鲁尔接头；5、支架；51、安装部。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“轴向”、“径向”、“周向”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，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种多材料混合喷头，该喷头适用于3D打印技术中的多材料混合打印。喷头包括混合室1、搅拌器2、快拧连接件3和挤出头4等。

如图2和图3所示，混合室1内部具有空腔10，用于供多种柔性打印材料在该空腔10内进行混合。混合室1上设有多个供料口111和一个出料口121，供料口111和出料口121均与内部的空腔10相连通。供料口111分布与混合室1的上部，出料口121位于混合室1的下部。

如图1和图8所示，搅拌器2包括相连接的驱动电机21和搅拌叶轮22，搅拌叶轮22位于混合室1的空腔10内。驱动电机21驱动搅拌叶轮22转动，用以搅拌空腔10内的柔性材料。

如图1至图3所示，快拧连接件3内具有材料流经通道，安装于出料口111上，用以与供料装置连接，向喷头的混合室1内供给打印所需的柔性材料。快拧连接件3的数量与出料口111的数量一致，一一对应安装于出料口111上。

如图1所示，挤出头4安装于混合室1的出料口121处，用于安装喷嘴，向外喷出混合后的柔性材料进行3D打印。

在一种实施方式中，快拧连接件3与混合室1供料口111连接的一端上设有外螺纹；相应的，混合室1的供料口111内设有与外螺纹相适配的内螺纹，快拧连接件3与供料口111经螺纹配合连接；快拧连接件3可相对混合室1拆卸更换。快拧连接件3的另一端插入软管中与软管连接，再经软管与供料装置连接。软管可为PU软管，内径为4-6mm，根据供料装置、泵送的材料等选择所需的软管尺寸。

供料装置可为微量注射泵，微量注射泵经软管与快拧连接件3进行连接，用于向混合室1内泵入打印所需的材料，且可精确控制泵入材料的流量情况，在打印过程中任意改变挤出耗材的配比，实现功能梯度模型以及变刚度模型的打印。

如图1和图7所示，挤出头4内具有供材料流经的通道，其一端与混合室1的出料口121连接；另一端设置凹面鲁尔接头41，用于供各种口径尺寸的带凸面鲁尔接头的喷嘴连接安装。可根据打印需要选择多种口径的喷嘴，实现对不同打印精度的调整，喷嘴可为点胶针头、针嘴等。

在一种实施方式中，如图1至图6所示，混合室1分为上下拼合连接的上腔部11和下腔部12两部分。供料口111设于上腔部11上，且多个供料口111绕上腔部11周向均匀分布；上腔部11顶壁中部还设有安装通道供搅拌叶轮22的轴体穿过，即搅拌器2的搅拌叶轮22穿过上腔部11进入混合室1的空腔10中进行搅拌；且搅拌叶轮22的轴体与上腔部11为密封转动连接。出料口121设于下腔部12上；上腔部11和下腔部12对接拼合并经螺栓连接，且上腔部11和下腔部12得连接处还设有密封圈，以防止流体泄漏。

如图1所示，还包括支架5，支架5的下端与混合室1的上腔部11连接，为螺栓可拆卸连接；支架5的上端安装驱动电机21，起承载作用；且驱动电机21的输出端向下设置，输出端向下延伸与搅拌叶轮22连接。

支架5上背部还设有安装部51，安装部51上设有供螺栓穿过的螺孔，支架5及与之连接的喷头可通过安装部51与任意3D打印机的相关位置配合，再经螺栓连接进行固定安装。

如图1和图8所述，搅拌器2还包括联轴器23，驱动电机21的输出端经联轴器23与搅拌叶轮22的轴体连接，驱动搅拌叶轮22稳定的进行转动。且轴联器23与驱动电机21均位于混合室1外部，不影响搅拌叶轮22混合多种流体材料。例如，驱动电机21可为电动马达，在12V的直流电压下，经联轴器23传递，输出15r/min的转速，驱动搅拌叶轮22转动。当然，搅拌器2中搅拌叶轮22的转速和搅拌时间，可根据不同材料的性质进行设定，以便于材料搅拌均匀的同时能够节约时间和能耗。

如图9所述，搅拌叶轮22包括同轴连接的轴体和叶轮体，其叶轮体位于混合室1的空腔10内，与空腔10相适配。叶轮体包括柱体部221和锥体部222，且柱体部221和锥体部222的外表面均为内凹弧面，内凹弧面与混合室1的空腔10内壁形成间隙，供流体材料混合、流动。叶轮体转动，其机械能传递给流体，使空腔10内的流体做复杂的三维运动，主要包括剪切运动、对流运动和扩散运动等，可实现多种材料的高效均匀混合。

一种实施方式是，供料口111包括2个，分别位于混合室1上部的两侧，从两侧将两种材料泵入混合室1的空腔10内进行混合，然后经出料口121的挤出头4及喷嘴挤出。显然，供料口111的数量还可以是更多个，如3个、4个等，对应分布在混合室1的上部，与空腔10连通。

本实用新型的多材料混合喷头，设置混合室1和搅拌器2，在混合室1上设置多个供料口111与快拧连接件3连接，由不同的供料装置向混合室1内同时注入多种柔性材料，多种柔性材料经搅拌器2搅拌混合后，由出料口121挤出进行打印。该喷头可实现多材料高效、均匀的混合，且可控性强；能实现复合材料、功能梯度材料、变密度非均质材料的多材料、多尺度3D打印；实现从柔性材料无缝过渡到刚性材料，执行所有操作时无时间间断，将不同的材料性能整合在同一打印产品中，实现材料、结构、功能部件的一体化设计和制造。

对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.多材料混合喷头，用于3D打印，其特征在于，包括：

混合室(1)，内部具有供材料混合的空腔(10)，包括多个供料口(111)和一个出料口(121)；

搅拌器(2)，其包括相连接的驱动电机(21)和搅拌叶轮(22)，所述搅拌叶轮(22)位于所述空腔(10)内；

快拧连接件(3)，安装于所述供料口(111)上，用以与供料装置连接；

挤出头(4)，安装于所述出料口(121)上，用于安装喷嘴。

2.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述供料口(111)内设有内螺纹，所述快拧连接件(3)的一端设有相适配的外螺纹，所述快拧连接件(3)与供料口(111)经螺纹配合可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述供料装置为微量注射泵，所述微量注射泵经软管与所述快拧连接件(3)的另一端连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述挤出头(4)一端与出料口(121)连接，另一端设凹面鲁尔接头(41)，用于安装带凸面鲁尔接头的喷嘴。

5.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述混合室(1)包括上腔部(11)和下腔部(12)，所述供料口(111)设于上腔部(11)上，所述搅拌叶轮(22)的轴体穿过上腔部(11)设置，所述出料口(121)设于下腔部(12)上；所述上腔部(11)和下腔部(12)拼合经螺栓连接，上腔部(11)与下腔部(12)的连接处设有密封圈。

6.根据权利要求5所述的多材料混合喷头，其特征在于，还包括支架(5)，所述支架(5)下端与混合室(1)的上腔部(11)连接，支架(5)的上端安装驱动电机(21)，所述驱动电机(21)输出端向下连接搅拌叶轮(22)。

7.根据权利要求6所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述支架(5)上设有安装部(51)，所述安装部(51)上设有螺孔，支架(5)可经螺栓安装于3D打印机上。

8.根据权利要求6或7所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述驱动电机(21)经联轴器(23)与所述搅拌叶轮(22)连接，所述驱动电机(21)及联轴器(23)均位于所述混合室(1)外部。

9.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述搅拌叶轮(22)的叶轮体与所述空腔(10)相适配，包括柱体部(221)和锥体部(222)，所述柱体部(221)和锥体部(222)的外表面均为内凹弧面。

10.根据权利要求1所述的多材料混合喷头，其特征在于，所述供料口(111)包括两个，分别设于所述混合室(1)上部的两侧。

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