CN219214104U - 一种用于3d打印装置的双喷头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于3D打印装置的双喷头结构，包括采用并联方式设置的高温喷头和连续纤维喷头，高温喷头包括第一挤出基架，在第一挤出基架的顶端设置有第一进料口，底端通过第一加热块与第一喷嘴连通，连续纤维喷头包括第二挤出基架，在第二挤出基架的顶端设置有第二进料口，底端通过剪切机构、第二加热块与第二喷嘴连通，在第二喷嘴的周围设置有环状辊压机构，环状辊压机构用于对打印面执行辊压操作，剪切机构用于对连续纤维进行剪切操作，在第一挤出基架和第二挤出基架上均设置有风冷散热机构和水冷散热机构，分别用于对第一加热块或者第二加热块的上传热量进行散热，以及对从第一喷嘴或者第二喷嘴挤出的打印材料进行散热。

Description

一种用于3D打印装置的双喷头结构

技术领域

本实用新型属于3D打印设备的技术领域，具体涉及一种用于3D打印装置的双喷头结构。

背景技术

FDM 3D打印技术，也称为熔融沉积成型技术，是目前为止最容易让人采用的技术方案和运用最广泛的3D打印技术。

FDM成型原理相对简单，打印之前FDM 3D打印机内置软件自动读取3D模型数据并将其分层，分层之后，经过高温熔化的液态通过打印头挤出，根据软件分析的固定路径挤出后遇冷迅速凝结固化，然后通过打印头在平面上的摆动，并从下到上逐层构建零件。作为打印机的重要组成部分喷头也越来越多地获取人们的关注，也出现了很多问题，如高温喷头需要使用较高的温度将通过喷嘴的丝材快速变换到熔融状态，以便实施打印，同时要确保喷嘴内部的热量尽量不要上传，以免造成丝材过早进入熔融状态，不利于丝材挤出，而现有的高温喷头多采用风冷进行散热，散热能力较差，作用于喷嘴的热量很容易上传，造成丝材过早进入熔融状态；而对于连续纤维喷头，无法根据需要及时剪切从喷嘴挤出的纤维，造成打印边缘起翘、变形等不良现象。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于3D打印装置的双喷头结构，解决了现有技术中高温喷头散热能力差，不能有效阻止热量上传，以及连续纤维喷头确实剪切机构，易造成打印边缘起翘、变形等技术问题。

本实用新型可通过以下技术方案实现：

一种用于3D打印装置的双喷头结构，包括采用并联方式设置的高温喷头和连续纤维喷头，所述高温喷头包括第一挤出基架，在所述第一挤出基架的顶端设置有第一进料口，底端通过第一加热块与第一喷嘴连通，所述连续纤维喷头包括第二挤出基架，在所述第二挤出基架的顶端设置有第二进料口，底端通过剪切机构、第二加热块与第二喷嘴连通，在所述第二喷嘴的周围设置有环状辊压机构，所述环状辊压机构用于对打印面执行辊压操作，所述剪切机构用于对连续纤维进行剪切操作，在所述第一挤出基架和第二挤出基架上均设置有风冷散热机构和水冷散热机构，分别用于对第一加热块或者第二加热块的上传热量进行散热，以及对从第一喷嘴或者第二喷嘴挤出的打印材料进行散热。

进一步，所述剪切机构包括舵机，所述舵机的转盘通过连杆与刀架的一端转动连接，所述刀架的另一端能够转动地设置在第二挤出基架上，其上设置有刀片，在所述刀架对应刀片的位置设置有一个缺口，所述缺口用于允许连续纤维丝材通过，处于缺口位置的连续纤维丝材裸露在输送管之外，

所述舵机用于带动刀架连同刀片转动，从而切断处于缺口位置的连续纤维丝材。

进一步，在所述刀架上对应刀片的位置设置有能够容纳刀片的凹槽，处于缺口位置的刀片裸露在凹槽之外。

进一步，处于所述缺口位置的输送管的端口均通过夹持块固定在第二挤出基架上，在所述夹持块和第二挤出基架对应输送管的位置均设置有三角开口，两个三角开口配合实现对输送管端口的夹持。

进一步，所述水冷散热机构设置在第一挤出基架靠近第一加热块或者第二挤出基架靠近第二加热块的端部，

所述水冷散热机构包括设置在第一挤出基架或者第二挤出基架前侧面的内表面上的两个S形状通道，在所述第一挤出基架或者第二挤出基架后侧面的内表面设置有一个矩形波状通道，所述矩形波状通道的一端穿过第一挤出基架或者第二挤出基架的内部与一个S形状通道的一端连通，所述一个S形状通道的另一端与设置在前侧面的外表面的进水口连通，

所述矩形波状通道的另一端穿过第一挤出基架、第二挤出基架的内部与另一个S形状通道的一端连通，所述另一个S形状通道的另一端与设置在前侧面的外表面的出水口连通。

进一步，所述风冷散热机构包括设置在第一挤出基架、第二挤出基架上的支撑架，

对应第一挤出基架的支撑架上设置有第一散热风扇和第一风道，所述第一风道的一端朝向第一喷嘴设置，另一端与第一散热风扇的出风口连通；

对应第二挤出基架的支撑架成L形结构，其长边侧设置有朝向第二挤出基架底部的环状开口，在其长边侧上设置有第二散热风扇，其出风口朝向第二挤出基架靠近第二加热块的位置，在其短边侧设置有第三散热风扇和第二风道，所述第二风道的一端与第三散热风扇的出风口连通，另一端朝向第二喷嘴设置。

进一步，所述环状辊压机构包括相互配合的环状辊压座和环状压盖，其中心位置设置有第二喷嘴，并且环状压盖在下，环状辊压座在上，两者的接触面均匀间隔设置有多个弧面凹槽，每上下两个弧面凹槽对应设置用于承载滚珠，处于环状压盖的弧面凹槽上设置有开口，滚珠的部分表面裸露在开口之外，

在所述环状辊压座的两侧各设置一个延伸耳朵，每个所述延伸耳朵均与各自伸缩杆的一端连接，所述伸缩杆的另一端与第二挤出基架连接，用于带动环状辊压座连同环状压盖沿连续纤维的挤出方向运动。

本实用新型有益的技术效果如下：

1、双喷头采用高温喷头与连续纤维喷头的并联方式，能够满足更多产品的打印素材需求，同时两个喷头均采用水冷加风冷散热方式，可以对喷头的多个部位分别进行散热，提升散热效果。

2、连续纤维喷头具有辊压剪切功能，剪切功能便于控制连续纤维的使用，避免导致纤维连在这些孤岛的边界处，造成零件中间没有分离而出现变形翘曲等问题，辊压功能在打印过程中可以对打印面进行各个方向辊压，以使成形中的连续纤维零件强度提高、变形程度降低、连续纤维界面结合力增强，打印产品的质量更高。

3、针对高温喷头、连续纤维喷头都增设了水冷散热机构，该水冷散热机构设置在第一挤出基架、第二挤出基架靠近喷嘴的位置，其冷却水通道设置在第一挤出基架、第二挤出基架的内部，能够从内部带走源于喷嘴上传的热量，有效阻止上传的热量作用到基架内部的丝材，避免丝材过早进入熔融状态，提高打印原料的挤出效率。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的高温喷头的整体结构示意图；

图3为本实用新型的水冷散热机构的冷却水流经通道的结构示意图；

图4为本实用新型的连续纤维喷头的整体结构示意图；

图5为本实用新型的剪切机构的整体结构示意图，(a)表示刀架、刀片和连杆的配合结构示意图，(b)表示刀架和舵机的配合结构示意图；

图5(a)为本实用新型的剪切机构中刀架、刀片和连杆的配合结构示意图；

图5(b)为本实用新型的剪切机构中刀架和舵机的配合结构示意图；

图6为本实用新型的辊压机构的整体结构示意图；

图7为本实用新型的辊压机构中环状压盖和环状辊压座的配合结构示意图；

图8为本实用新型的连续纤维喷头的风冷散热机构的结构示意图；

其中，1-高温喷头，11-第一挤出基架，12-第一进料口，13-第一加热块，14-第一喷嘴，15-S形状通道，16-矩形波状通道，17-支撑架，18-第一风冷散热风扇，19-第一风道，2-连续纤维喷头，21-第二挤出基架，22-剪切机构，221-舵机，222-连杆，223-刀架，224-刀片，225-滚轮轴承，23-第二加热块，24-第二喷嘴，25-辊压机构，251-环状辊压座，252-环状压盖，253-弧面凹槽，254-伸缩杆，26-第二散热风扇，27-第三散热风扇，28-第二风道，3-喷头安装法兰。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

当前FDM3D打印机趋于打印材料多样性的方向发展。为了取代当前多采用的单材料打印，如图1所示，本实用新型提供了一种用于3D打印装置的双喷头结构，采用了高温喷头与具有辊压、剪切功能的连续纤维喷头并联结合为一体的设计方式，具体如下：

每个双喷头均包括采用并联方式设置的高温喷头1和连续纤维喷头2，它们可以通过喷头安装法兰3共同安装在X轴滑块上，其中高温喷头1包括第一挤出基架11，如图2-3所示，在第一挤出基架11的顶端设置有第一进料口12，底端通过第一加热块13与第一喷嘴14连通。工作过程中，通过远端送丝模块将打印丝材源源不断导入高温喷头1的第一进料口12，经由第一挤出基架11向下传递，借助转换钣金件将第一挤出基架11的底端与第一加热块13连接固定，这样打印丝材可顺利进入第一加热块13，此时预先通过加热棒已经将第一加热块变为高温状态，进而打印丝材经过高温转变成熔融状态即可从第一加热块13底部的第一喷嘴14挤出，另外可以在第一加热块上装有K型热传感器，便于实时监控加热块温度状态。

在第一挤出基架11与第一加热块13之间有耐高温云母板隔热垫，以防止第一加热块13热量向上传递，使打印丝材过早地进入熔融状态，不能顺利进入第一喷嘴14挤出，但热量仍有可能向上传递，因此本实用新型在第一挤出基架11的内部有设置有水冷散热机构，如图3所示，该水冷散热机构包括设置在第一挤出基架11前侧面的内表面上的两个S形状通道15，在第一挤出基架111后侧面的内表面设置有一个矩形波状通道16，该矩形波状通道16的一端穿过第一挤出基架11的内部与一个S形状通道11的一端连通该一个S形状通道11的另一端与设置在前侧面的外表面的进水口连通，该矩形波状通道16的另一端穿过第一挤出基架11的内部与另一个S形状通道15的一端连通，该另一个S形状通道16的另一端与设置在前侧面的外表面的出水口连通。

可以在第一挤出基架11的前后侧面各设置一个水冷密封盖，其四角用螺钉固定，以防止冷却水溢出，同时在前侧面的水冷密封盖上装有两个M3水冷转换接头，一个作为进水口，一个为出水口，这样冷却水在水泵的作用下从进水口流入循环系统经过其中一个S形状通道15流入后侧面，进而经过后侧面的矩形波状通道16再流入前侧面，进而再经过前侧面的另一个S形状通道到达出水口，最终完成流经整个水冷循环系统的路径，依次不断循环冷却水不断带走第一加热块13传递上来的热量，防止打印过程中丝材从第一挤出基架11向下传递的过程中由于第一加热块13传递上来的热量达到一定温度导致丝材未到达第一加热块，就在第一挤出基架11中部区域转变成半熔融状态，进而导致半熔融状态丝材无法正常从第一喷嘴挤出形成堵塞，并且可以在第一挤出基架侧面装有K型热传感器，以便实时监测温度。

另外，为了加速从第一喷嘴14挤出的熔融状丝材快速成型，我们还设置了风冷散热机构，该风冷散热机构包括设置在第一挤出基架11上的支撑架17，在支撑架17上设置有第一散热风扇18和第一风道19，该第一风道19的一端朝向第一喷嘴14设置，另一端与第一散热风扇18的出风口连通，从而对从第一喷嘴14挤出成形的熔融状态的打印材料进行降温冷却。

如图4所示，该连续纤维喷头2包括第二挤出基架21，在第二挤出基架21的顶端设置有第二进料口，底端通过剪切机构22、第二加热块23与第二喷嘴24连通，在第二喷嘴24的周围设置有环状辊压机构25，该环状辊压机构25用于对打印面执行辊压操作，该剪切机构用22于对连续纤维进行剪切操作，在第二挤出基架21上均设置有风冷和水冷散热机构。

工作过程中，打印丝材通过远端送丝模块源源不断导入第二挤出基架21顶部的第二进料口22，经由第二挤出基架21向下传递，经过中间的剪切机构22，打印丝材可顺利进入配置有加热棒和K型热传感器的第二加热块23，高温环境使连续纤维变软从第二加热块23底部的第二喷嘴24挤出，根据需要，以安装在第二挤出基架21两侧的电动驱动的伸缩杆与含有滚珠的辊压组件形成的辊压机构作为执行件，两侧伸缩杆在接收运行信号后，就可以可上下调节辊压组件的高度以完成对打印面的辊压操作；同时需要中断连续纤维或者工作结束时，剪切机构接收信号开始运行，切断从中间向下传递的连续碳纤维。另外，通过安装风冷和水冷散热机构可以为打印过程的不同位置进行散热。

如图5(a)、5(b)所示，该剪切机构22包括舵机221，该舵机221的转盘通过连杆222与刀架223的一端转动连接，该刀架223的另一端能够转动地设置在第二挤出基架21上，其上设置有刀片224，在刀架223对应刀片224的位置设置有一个缺口，该缺口用于允许连续纤维丝材通过，处于缺口位置的连续纤维丝材裸露在输送管之外，这样舵机221就可以带动刀架223连同刀片224转动，可以旋转状式而不是平切式切断处于缺口位置的连续纤维丝材，切断效果更好，并且较平切式，剪切机构所需要的驱动力更小。

为了方便固定刀片224，在刀架223上对应刀片224的位置设置有能够容纳刀片224的凹槽，处于缺口位置的刀片224裸露在凹槽之外，其他部分可以被凹槽全部或者部分包围，当处于部分包围时，在与缺口相对的位置上设置一个弧形开口，利用螺栓、螺母将弧形开口固定，而刀片224的其他部分可以设置一个尖角，方便凹槽对刀片的固定。

为了方便剪切连续纤维，处于剪切机构位置的输送管需被切断即需要两段输送管完成剪切机构前后两侧连续纤维的输送，对应输送管的端口可借助挡块固定在第二挤出基架21上，在挡块的内侧设置有与部分输送管的表面配合的三角开口，而对应第二挤出基架21的位置也设置有三角开口，借助这两个三角开口的配合实现对输送管端部的固定。

为了实现刀架223的转动，我们在刀架223上方、第二挤出基架21的位置设置有滚轮轴承225，该滚轮轴承225的内圈通过传动轴与刀架223的一端连接，刀架223的另一端通过连杆222与舵机221的输出转盘连接，该连杆222可以拉钩形式，这样在刀架223的另一端、舵机的输出转盘只要开设与之配合的通孔即可，在工作结束需要中断连续纤维时，舵机运行带动拉钩进而带动整个刀架以滚轮轴承为中心转动，进而刀片就可以通过输送管的断开口切断从中间向下传递的连续纤维。

设置在剪切机构22和第二加热块23之间的水冷散热机构与高温喷头内部的水冷散热机构类似，均包括设置在第二挤出基架21前后侧面的内表面的两个S形状通道、一个矩形波状通道，该矩形波状通道的前后两个开口分别与各自的S形状通道连通，同时对应两个S形状通道的位置分别设置有出水口、进水口，实现水冷散热。

同样对于风冷散热机构也是与高温喷头的风冷散热机构类似，只是该风冷散热机构设置有两个散热风扇，一个对准第二喷嘴24，用于第二喷嘴的散热，一个对准水冷散热机构的位置，用于第二加热块23上传进入第二挤出基架21的位置进行散热，具体地，如图8所示，对应第二挤出基架21的支撑架成L形结构，其长边侧设置有朝向第二挤出基架21底部的环状开口，在其长边侧上设置有第二散热风扇26，在其短边侧设置有第三散热风扇27和第二风道28，该第二风道28的一端与第三散热风扇27的出风口连通，另一端朝向第二喷嘴24设置。

如图6-7所示，该环状辊压机构25包括相互配合的环状辊压座251和环状压盖252，其中心位置设置有第二喷嘴24，并且环状压盖在下，环状辊压座在上，两者的接触面均匀间隔设置有多个弧面凹槽253，每上下两个弧面凹槽253对应设置用于承载滚珠，处于环状压盖的弧面凹槽253上设置有开口，滚珠的部分表面裸露在开口之外，这样在辊压时，随着连续纤维喷头的移动，滚珠受力在两个弧面凹槽内部转动，以方便对打印面进行辊压，在环状辊压座的两侧各设置一个延伸耳朵，每个延伸耳朵均与各自伸缩杆254的一端连接，该伸缩杆254采用电动式结构，其另一端与第二挤出基架21连接，用于带动环状辊压座连同环状压盖沿连续纤维的挤出方向运动，根据需要，向靠近打印面的方向运动，以便实施辊压操作；或者向远离打印面的方向运动，结束辊压操作。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：包括采用并联方式设置的高温喷头和连续纤维喷头，所述高温喷头包括第一挤出基架，在所述第一挤出基架的顶端设置有第一进料口，底端通过第一加热块与第一喷嘴连通，所述连续纤维喷头包括第二挤出基架，在所述第二挤出基架的顶端设置有第二进料口，底端通过剪切机构、第二加热块与第二喷嘴连通，在所述第二喷嘴的周围设置有环状辊压机构，所述环状辊压机构用于对打印面执行辊压操作，所述剪切机构用于对连续纤维进行剪切操作，在所述第一挤出基架和第二挤出基架上均设置有风冷散热机构和水冷散热机构，分别用于对第一加热块或者第二加热块的上传热量进行散热，以及对从第一喷嘴或者第二喷嘴挤出的打印材料进行散热。

2.根据权利要求1所述的用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：所述剪切机构包括舵机，所述舵机的转盘通过连杆与刀架的一端转动连接，所述刀架的另一端能够转动地设置在第二挤出基架上，其上设置有刀片，在所述刀架对应刀片的位置设置有一个缺口，所述缺口用于允许连续纤维丝材通过，处于缺口位置的连续纤维丝材裸露在输送管之外，

所述舵机用于带动刀架连同刀片转动，从而切断处于缺口位置的连续纤维丝材。

3.根据权利要求2所述的用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：在所述刀架上对应刀片的位置设置有能够容纳刀片的凹槽，处于缺口位置的刀片裸露在凹槽之外。

4.根据权利要求2所述的用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：处于所述缺口位置的输送管的端口均通过夹持块固定在第二挤出基架上，在所述夹持块和第二挤出基架对应输送管的位置均设置有三角开口，两个三角开口配合实现对输送管端口的夹持。

5.根据权利要求1所述的用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：所述水冷散热机构设置在第一挤出基架靠近第一加热块或者第二挤出基架靠近第二加热块的端部，

所述水冷散热机构包括设置在第一挤出基架或者第二挤出基架前侧面的内表面上的两个S形状通道，在所述第一挤出基架或者第二挤出基架后侧面的内表面设置有一个矩形波状通道，所述矩形波状通道的一端穿过第一挤出基架或者第二挤出基架的内部与一个S形状通道的一端连通，所述一个S形状通道的另一端与设置在前侧面的外表面的进水口连通，

所述矩形波状通道的另一端穿过第一挤出基架、第二挤出基架的内部与另一个S形状通道的一端连通，所述另一个S形状通道的另一端与设置在前侧面的外表面的出水口连通。

6.根据权利要求1所述的用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：所述风冷散热机构包括设置在第一挤出基架、第二挤出基架上的支撑架，

对应第一挤出基架的支撑架上设置有第一散热风扇和第一风道，所述第一风道的一端朝向第一喷嘴设置，另一端与第一散热风扇的出风口连通；

对应第二挤出基架的支撑架成L形结构，其长边侧设置有朝向第二挤出基架底部的环状开口，在其长边侧上设置有第二散热风扇，其出风口朝向第二挤出基架靠近第二加热块的位置，在其短边侧设置有第三散热风扇和第二风道，所述第二风道的一端与第三散热风扇的出风口连通，另一端朝向第二喷嘴设置。

7.根据权利要求1所述的用于3D打印装置的双喷头结构，其特征在于：所述环状辊压机构包括相互配合的环状辊压座和环状压盖，其中心位置设置有第二喷嘴，并且环状压盖在下，环状辊压座在上，两者的接触面均匀间隔设置有多个弧面凹槽，每上下两个弧面凹槽对应设置用于承载滚珠，处于环状压盖的弧面凹槽上设置有开口，滚珠的部分表面裸露在开口之外，

在所述环状辊压座的两侧各设置一个延伸耳朵，每个所述延伸耳朵均与各自伸缩杆的一端连接，所述伸缩杆的另一端与第二挤出基架连接，用于带动环状辊压座连同环状压盖沿连续纤维的挤出方向运动。

Images