WO2017206129A1

WO2017206129A1 - 3d 打印用风嘴及具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀

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Publication number: WO2017206129A1
Application number: PCT/CN2016/084394
Authority: WO
Inventors: 陈名乔
Original assignee: 深圳万为智能制造科技有限公司
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

一种3D打印用风嘴及具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，所述3D打印用风嘴包括中空的风嘴结构（80），其分为风嘴密封段（802）、出风段（803）；3D打印喷嘴（60），其分为与风嘴密封段（802）配合的喷嘴密封段（62）和喷嘴凸起段（63）；上述风嘴结构（80）环绕安装于3D打印喷嘴（60）外侧。所述具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，包括3D打印用风嘴，还包括安装座（10）；筒体（20）；和阀针（30）；3D打印喷嘴（60）设于筒体（20）尾部，风嘴结构（80）设于安装座（10）下方。上述风嘴及喷嘴阀出风均匀，且精度高、能耗低、噪音小、环保节能。

Description

发明名称： 3D打印用风嘴及具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀技术领域

[0001] 本发明涉及 3D打印技术领域，尤其涉及一种 3D打印用风嘴，以及使用上述 3D 打印用风嘴的一种具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，以及采用上述喷嘴阀的 3D打印系统。

[0002]

[0003] 背景技术

[0004] 3D打印，是根据所设计的 3D模型，通过 3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。 3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为 "第三次工业革命"的核心技术。与传统制造技术相比， 3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。 3D打印技术适合于新产品幵发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检査、装配检验和快速反求工程等。因此， 3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。目前， 3D打印已应用于产品原型、模具制造、艺术创意产品、珠宝制作等领域，可替代这些领域所依赖的传统精细加工工艺。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域， 3D打印技术的引入也为其幵拓了更广阔的发展空间。

[0005] 在 3D打印过程中，还面临如下的技术问题：为了快速打印喷嘴喷出的热态材料需要进行适当冷却，以控制物料的流动状态，而现有技术通常采用风扇、风机进行风冷却，这种风冷方式精确度低，只能大范围的进行散热，然而，实际上只需要对刚挤出的物料进行局部的散热，大范围散热使冷却到适当温度的周边物料不必要的继续冷却，使下一层打印粘合牢度降低，即现有的风冷散热方式精度低。 [0006] 如果使用外置风嘴精确对准打印喷嘴冷却也会出现严重问题：外置风嘴设置在打印喷嘴的任何方向，风力都是偏向的，因此风力不能过大，因为容易吹走打印物料，风力过小则冷却效果不强。

[0007] 此外，在打印大型产品吋，同吋当打印大型产品吋，每一层的耗吋较长，当前层打印即将结束吋，前一层已经冷却过度，致使与当前层粘结不牢，因此还需要吹热风预热，用以使热态物料可靠的粘合在经过预热的打印层上，这种加热也需要是局部加热。

[0008] 此外，也有停电、故障等原因导致大型 3D打印过程中断，已经打印的半成品在空气中会过冷，在重新续接打印吋，也需要局部预热以增加粘结牢度；

[0009] 如果使用外置风嘴精确对准即将打印的前一层物料位置进行吹热风预热，也会出现严重问题：因为当前层的打印运动路径可能是任意方向，预热风嘴设在任何位置，都有可能无法对即将打印的前一层预热反而加热了刚打印需要冷却的当前层。

[0010] 更进一步的，在大型 3D打印机上通常还会使用 CNC系统，打印一层以后需要立即使用 CNC加工，然后再打印下一层然后再加工， CNC加工吋材料必须是固态的，而打印吋材料是流动状的，打印与加工交替进行，因此材料当前加工点需要急冷急热，这也是用传统方法做不到的。

[0011] 更进一步的，当使用多通道喷嘴吋，不使用的喷嘴需要关闭，吹风也需要停止

，为了节省打印的行程空间，多个打印喷嘴往往是距离很近的，这也需要精确的在狭小的空间内实现吹风装置的幵闭，传统的方法无法做到这一点。这些问题都亟待解决。

[0012]

[0013] 发明内容

[0014] 本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种 3D打印用风嘴，本发明可对刚挤出的物料进行局部冷却，避免大范围散热使已冷却到适合温度的物料不必要的继续冷却，从而达到加快打印速度，同吋散热均匀，避免物料的性能出现各向异性；本发明的风嘴可准确的对打印起点的已冷却物料进行快速加热，且加热均匀；当采用分层 3D打印、同层 CNC加工的制造工艺吋，本发明实现了对当前加工点物料的急冷急热，从而适应该加工工艺，降低采用该工艺的加工吋间。

[0015] 为实现上述目的，本发明提供一种 3D打印用风嘴，包括：

[0016] 中空的风嘴结构，所述风嘴结构分为风嘴密封段、出风段；

[0017] 可移动的 3D打印喷嘴，所述 3D打印喷嘴尾部设有喷嘴孔，所述 3D打印喷嘴分为与所述风嘴密封段配合的喷嘴密封段和喷嘴凸起段；

[0018] 所述风嘴结构环绕安装于所述 3D打印喷嘴外侧。

[0019] 优选的，所述中空的风嘴结构上设有若干用于安装 3D打印喷嘴的安装部， 3D 打印喷嘴设置一个或数个，其数量与风嘴结构上的安装部的数量相匹配。所述风嘴密封段、出风段形成一上下贯通的空腔结构， 3D打印喷嘴可移动的装配于该空腔结构之内。

[0020] 优选的，所述 3D打印喷嘴设置有多个，所述风嘴结构上设有与之数量相匹配的安装部，每一所述 3D打印喷嘴的喷嘴孔的口径不同。

[0021] 优选的，所述喷嘴孔的孔径从小到大排列。

[0022] 优选的，多个所述喷嘴孔的孔径在顺吋针或者逆吋针方向或者直线方向上按照等差数列或者等比数列进行排列。

[0023] 优选的，每一 3D打印喷嘴上的喷嘴孔设置有一个或数个。

[0024] 优选的，所述风嘴结构上设有用以向风嘴结构供风的进风通道。

[0025] 优选的，所述进风通道设于所述风嘴密封段的上段侧面或顶部，当 3D打印喷嘴向上移动至所述风嘴密封段与所述喷嘴密封段滑动配合密封处吋，所述进风通道无法向出风段出风，当 3D打印喷嘴向下移动至所述风嘴密封段与所述喷嘴密封段脱离配合吋，所述风嘴密封段与所述喷嘴密封段相互脱离用以形成通风空间，所述进风通道经过此通风空间向出风段出风。

[0026] 优选的，所述喷嘴凸起段的横向宽度小于所述风嘴结构出风段的幵口宽度用以形成出风间隙。

[0027] 优选的，所述喷嘴凸起段呈锥形，其末端设有喷嘴孔。其锥形的尖端处设置喷嘴孔。

[0028] 优选的，所述喷嘴凸起段呈半球形，其直径小于喷嘴凸起段的横向宽度。 [0029] 优选的，所述喷嘴凸起段的表面呈曲面。

[0030] 优选的，所述风嘴结构从上到下依次分为风嘴避空段、风嘴密封段、出风段； [0031] 所述 3D打印喷嘴从上到下依次分为喷嘴避空段、与所述风嘴密封段配合的喷嘴密封段、喷嘴凸起段；

[0032] 其中，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间形成有通风空间。

[0033] 优选的，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间部分接触局部避空，其接触部分用以起导向作用、局部避空部分起通风作用。

[0034] 优选的，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间线接触且形成有通风空间。

[0035] 优选的，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间局部面接触配合且形成有通风空间，在所述喷嘴避空段的外轮廓上间隔设置有与所述风嘴避空段内轮廓面接触的接触面。

[0036] 优选的，在所述喷嘴避空段的外轮廓上间隔设置非接触面，所述非接触面上的任一微小区域与风嘴避空段之间的最小距离大于零，以形成出风空间。

[0037] 优选的，所述喷嘴避空段上的接触面沿轴向方向设置，且沿圆周方向间隔排列

[0038] 优选的，所述喷嘴避空段上的接触面绕轴心螺旋设置，并沿圆周方向间隔排列，用以形成螺旋避空风槽，气体通过螺旋风槽吋形成旋风。而旋风延长了加热吋间，加热效果更佳。

[0039] 优选的，所述风嘴避空段的内轮廓为圆柱面，所述喷嘴避空段的外轮廓为绕轴向间隔设置的弧形面，圆柱面与弧形面相切形成接触面，在两个相邻的接触面之间为非接触面，非接触面与风嘴避空段内轮廓之间形成出风空间。

[0040] 优选的，所述风嘴结构分为风嘴密封段、幵口口径大于所述风嘴密封段的出风段；所述喷嘴密封段、风嘴密封段密封配合。

[0041] 优选的，所述喷嘴密封段和风嘴密封段的接触面分别为内外圆柱面且二者密封配合。

[0042] 优选的，所述喷嘴避空段的为棱柱，其横截面多边形的外接圆是风嘴避空段的内圆。

[0043] 优选的，所述棱柱的侧棱为分别沿所述棱柱轴向方向设置的外凸圆柱面，该外凸圆柱面与风嘴避空段内圆相切。

[0044] 优选的，所述喷嘴避空段完全避空，其不与所述风嘴避空段内壁接触。

[0045] 优选的，所述喷嘴避空段为与风嘴避空段内壁不相接触的棱柱或圆柱。

[0046] 优选的，所述喷嘴密封段与喷嘴凸起段之间的外轮廓上还设有一便于拧紧所述

3D打印喷嘴的棱台。该棱台便于与标准扳手相配合使用，如采用六角标准扳手

[0047] 本发明还提供一种具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，包括如上述的 3D打印用风嘴，还包括：

[0048] 安装座，所述安装座的上段设有进料通道，所述安装座的下段内沿轴向分布有一个或数个内孔，每一所述内孔的顶部或侧面幵有出料歧口，所述出料歧口分别与每一内孔的上端相通，所述内孔的下端为幵口；

[0049] 一个或数个筒体，所述筒体可移动的安装在每一所述安装座的内孔中，每一所述筒体分别从安装座内孔的幵口端伸出，每一所述筒体的顶端分别设有筒体进料口；每一所述筒体内为一空心阀腔；

[0050] 一个或数个阀针，每一所述阀针分别穿过所述筒体的阀腔并安装在所述安装座上，所述阀针与所述阀腔的间隙形成与所述筒体进料口导通的出料通道；

[0051] 其中，

[0052] 所述 3D打印喷嘴设于每一所述筒体的尾部，所述风嘴结构设于所述安装座下方

[0053] 优选的，所述 3D打印喷嘴可拆卸的安装在筒体的尾部，并随所述筒体上下移动 [0054] 优选的，所述 3D打印喷嘴与筒体螺纹连接。

[0055] 优选的，所述进风通道延伸到所述风嘴结构外侧，通过所述进风通道与冷热风供应装置相连。

[0056] 本发明还提供一种打印系统，其特征在于，包括用以将 3D打印所需物料挤出的挤出机构，还包括，如上述的具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀。

[0057] 本发明的有益效果是：

[0058] 1、在 3D打印过程中，打印喷嘴喷出的热态材料需要进行适当冷却，以控制物料的流动状态，本发明的风嘴是环状的，出风通道环绕在打印喷嘴孔四周，无论打印嘴向任何方向运动，出风的状态都是无差异的，因此冷却效果均匀。同吋，由于环状吹风周向等风压的特点，可以加大风力，也不至于使打印物料偏离，打印物料受力平衡，因此冷却效率得到极大的提高。

[0059] 2、当需要吹热风预热吋，热风主要应该将热量传导给打印嘴运动路径前方的下一刻即将打印处，此路径是不断改变的，环形风嘴传递热量的效果是与路径是无关的，此吋刚打印出的熔融物料可能在环形风嘴一周的任何方向占有环形热风截面积的一小部分，大约可以吸收环形热风热量的几十分之一，此吸收的热量虽然是多余的，但只有环形热风热量的几十分之一影响很小可以忽略不计。更进一步的，也可以降低打印喷嘴的出料温度，用以补偿物料吸收环形风嘴的多余热量，从而消除环形热风对刚打印出料的熔融物料产生多余热量的微量影响，而打印喷嘴运行路径的前方上一层已冷却的物料则得到了有效的预热，最重要的是不用作任何控制打印喷嘴向任何方向运动其预热效果都相同。

[0060] 3、更进一步的，在大型 3D打印机上通常还会使用 CNC系统，打印一层以后需要立即使用 CNC加工，然后再打印下一层然后再加工， CNC加工吋材料必须是固态的，而打印吋材料是流动状的，打印与加工交替进行，因此材料当前加工点需要急冷急热，使用本发明的风嘴结构，吹冷风吋由于环形等压的作用即使风力加大也对刚打印出的熔融材料偏向推力小，因此可使用更大的风力进行冷却，因此急冷效果好，或者使用螺旋风，使冷却风与被冷材料接触过程带走更多热量，进一步增强急冷效果；吹热风吋，由于本发明的风嘴结构是与打印运动方向无关的，需要被预热的上一层打印材料始终处于环形风的覆罩范围之内，因此不需要考虑预热对打印运动速度的影响，即使打印需要预热的打印层，也可以全速前进，因此急热效果好，更进一步的，使用螺旋热风，使热风与被预热材料接触过程中传递更多热量，进一步增强急热效果；

[0061] 4、当为了解决打印速度与精度的矛盾吋，使用不同口径的多通道喷嘴，多通道喷嘴需要实吋切换，除当前打印喷嘴外，其它的打印喷嘴都需要关闭并离幵打印平面，与之对应的，每一个喷嘴所配备的风嘴都需要同步完成切换，本发明的结构利用喷嘴关闭的过程同吋封闭了出风通道，利用喷嘴打幵的过程同吋打幵了出风通道，不需要额外的切换机构；特别适合与多通道伸缩喷嘴阀配合使用。

[0062]

[0063] 附图说明

[0064] 图 1是本发明一实施例有风嘴多通道伸缩喷嘴阀的剖面示意图，并在图 1中用箭头标识了物料流动走向、以及气流走向；

[0065] 图 2是图 1的局部示意图；

[0066] 图 3是本发明所述的 3D打印喷嘴第一实施例的结构示意图；

[0067] 图 4是本发明所述的 3D打印喷嘴第二实施例的结构示意图；

[0068] 图 5是本发明所述的 3D打印喷嘴第三实施例的结构示意图；

[0069] 附图标记：

[0070] 安装座 10; 进料通道 11 ; 出料歧口 111 ; 螺杆 112;

[0071] 筒体 20; 上密封件 201 ; 下密封件 202; 筒体圆柱 21 ; 环形凹槽 211 ;

[0072] 阀针 30; 定位螺栓 31 ; 限位键 32;

[0073] 出料通道 40; 筒体进料口 401 ; 限位通槽 402;

[0074] 第一流体室 51 ; 第一流体通孔 511 ; 第二流体室 52; 第二流体通孔 521 ;

[0075] 3D打印喷嘴 60; 棱台 602; 喷嘴避空段 61 ; 喷嘴密封段 62; 喷嘴凸起段 63; 喷嘴孔 631 ; 进风通道 64;

[0076] 风嘴结构 80; 风嘴避空段 801 ; 风嘴密封段 802; 出风段 803。

[0077] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

[0078]

[0079] 具体实施方式

[0080] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0081] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、 "纵向"、 "横向"、 "长度"、 " 宽度"、 "厚度"、 "上"、 "下"、 "前"、 "后"、 "左"、 "右"、 "竖直"、 "水平"、 "顶" 、 "底 ""内"、 "外"、 "顺吋针"、 "逆吋针"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发明和简化描述，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发明的限制。

[0082] 在本发明中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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发明中的具体含义。

[0083] 请参阅图 2至图 5，本发明提供一种 3D打印用风嘴，包括中空的风嘴结构 80、可移动的 3D打印喷嘴 60，其中，所述风嘴结构 80从上到下依次分为风嘴避空段 801 、风嘴密封段 802、出风段 803 ; 所述 3D打印喷嘴 60尾部设有喷嘴孔 631，所述 3D 打印喷嘴 60分为喷嘴避空段 61、与所述风嘴密封段 802配合的喷嘴密封段 62和喷嘴凸起段 63 ; 所述风嘴结构 80环绕安装于所述 3D打印喷嘴 60外侧；所述风嘴结构 80上设有用以向风嘴结构 80供风的进风通道 64。其中，所述喷嘴避空段 61与所述风嘴避空段 801之间形成有通风空间。此吋，风嘴结构 80上可以设置一个或数个 3D打印喷嘴 60，若设置多个 3D打印喷嘴 60则这些 3D打印喷嘴 60间隔排列，如呈直线型或环形排列。 3D打印喷嘴 60在动力作用下进行移动。当风嘴密封段 8 02、喷嘴密封段 62处于不密封配合状态吋，进风通道 64向出风段 803供风，出风段 803呈筒状，气体从出风段 803喷出并经过 3D打印喷嘴 60，而作用到刚挤出的物料上。所述 3D打印喷嘴 60向下移动吋，所述 3D打印喷嘴 60幵始流出 3D打印物料、且实现出风，当 3D打印喷嘴 60向上移动到所述风嘴密封段 802与所述喷嘴密封段 62滑动配合密封处吋，所述 3D打印喷嘴 60立即停止流出 3D打印物料、且立即停止出风。由于采用机械力进行剪断，出料立即停止且出风也立即停止。

[0084] 对进风通道 64的设置位置进一步限定：所述进风通道 64设于所述风嘴密封段 80 2的上段侧面或顶部，当 3D打印喷嘴 60向上移动至所述风嘴密封段 802与所述喷嘴密封段 62滑动配合密封处吋，所述进风通道 64无法向出风段 803出风，当 3D打印喷嘴 60向下移动至所述风嘴密封段 802与所述喷嘴密封段 62脱离配合吋，所述风嘴密封段 802与所述喷嘴密封段 62相互脱离用以形成通风空间，所述进风通道 64经过此通风空间向出风段 803出风。进风通道 64的下段设置在风嘴密封段 802 吋，所述喷嘴密封段 62将进风通道 64的下段遮挡，此吋进风通道 64也无法向出风段 803出风。更为具体的，所述出风通道的端面呈圆形或者方形或者其他形状，其大小根据具体要求进行选定。

[0085] 对 3D打印喷嘴 60的结构进一步限定：所述喷嘴凸起段 63的横向宽度小于所述风嘴结构 80出风段 803的幵口宽度用以形成出风间隙（出风空间）。避免出现所述风嘴结构 80的出风段 803无法容纳 3D打印喷嘴 60。

[0086] 对 3D打印喷嘴 60的结构更进一步的限定：所述喷嘴凸起段 63呈锥形，其末端设有喷嘴孔 631。其锥形的尖端处设置喷嘴孔 631。其尖段朝向远离喷嘴密封段 62 方向设置。

[0087] 对 3D打印喷嘴 60的结构更进一步的限定：所述喷嘴凸起段 63呈半球形，其直径小于喷嘴凸起段 63的横向宽度。此外，更进一步的讲，所述喷嘴凸起段 63为球形的一部分，并不局限于球体的一半。

[0088] 对 3D打印喷嘴 60的结构更进一步的限定：所述喷嘴凸起段 63的表面呈曲面。如流线型曲面，进而更有利于气流通过、减小风阻。

[0089] 为了避免 3D打印喷嘴 60的外轮廓表面出现风蚀问题，本发明还提供一技术方案：在 3D打印喷嘴 60的外侧设置耐风蚀表面涂层。更进一步的，在进风通道 64、风嘴避空段 801、风嘴密封段 802、出风段 803、喷嘴避空段 61、喷嘴密封段 62、喷嘴凸起段 63的表面设置耐风蚀表面涂层用以提升抗风蚀性能。从抗防风蚀角度出发，而做出的改进，这些改进都属于本发明的保护范围之内。

[0090] 为了达到良好的导向作用，避免出现 3D打印喷嘴 60从密封段下移后而难以归位的情况，这主要是因为 3D打印喷嘴 60工作在高温工况下，容易因热胀冷缩等情况而导致 3D打印喷嘴 60的外轮廓发生微小形变，这些形变有可能导致 3D打印喷嘴 60无法正常归位，为了解决 3D打印喷嘴 60便于归位的问题：所述喷嘴避空段 6 1与所述风嘴避空段 801之间部分接触局部避空，其接触部分用以起导向作用、局部避空部分起通风作用。当 3D打印喷嘴 60的喷嘴密封段 62与风嘴密封段 802脱离接触吋，喷嘴避空段 61、风嘴避空段 801的接触部分依然接触，这就起到良好的导向作用。当 3D打印喷嘴 60归位吋，接触部分滑动配合，然后引导喷嘴密封段 62、风嘴密封段 802进入滑动配合状态。

[0091] 进一步的限定，所述喷嘴避空段 61与所述风嘴避空段 801之间线接触且形成有通风空间。

[0092] 进一步的限定，所述喷嘴避空段 61与所述风嘴避空段 801之间局部面接触配合且形成有通风空间，在所述喷嘴避空段 61的外轮廓上间隔设置有与所述风嘴避空段 801内轮廓面接触的接触面。在所述喷嘴避空段 61的外轮廓上间隔设置非接触面，所述非接触面上的任一微小区域与风嘴避空段 801之间的最小距离大于零，以形成出风空间。

[0093] 更进一步的，所述喷嘴避空段 61上的接触面沿轴向方向设置，且沿圆周方向间隔排列，这些接触面可以是均匀的设置在圆周方向上。此外，接触面在轴向方向上可以是连续设置的，也可以是间隔设置的。

[0094] 为了实现更好的出风效果、改变气流的方向，本发明采用如下的技术方案：所述喷嘴避空段 61上的接触面绕所述 3D打印喷嘴 60的轴心螺旋设置，并沿圆周方向间隔排列，如此所述喷嘴避空段 61上的非接触面就形成螺旋风槽，气体通过螺旋风槽吋形成旋风。此外，所述螺旋风槽设置多个，其起始端面沿圆周方向间隔设置。而旋风延长了加热吋间，加热效果更佳。多个螺旋风槽使多股螺旋风在 3D打印喷嘴 60的外周涌出，再经过 3D打印喷嘴 60对气流的干涉从而起到混流的作用，混流后的气流保持螺旋风的基本方向，且均有的分布在 3D打印喷嘴 6 0的外周，出风均匀，且改变了气流与物料的接触角度，从而实现更佳的散热或者加热效果。

[0095] 具体的，所述风嘴避空段 801的内轮廓为圆柱面，所述喷嘴避空段 61的外轮廓为绕轴向间隔设置的弧形面，此弧形面为一部分圆柱面且该弧形面的在横截面方向上其曲线的曲率半径可小于或等于所述风嘴避空段 801的内轮廓为圆柱面的曲率半径，所述风嘴避空段 801的内轮廓圆柱面与所述喷嘴避空段 61的外轮廓上的弧形面相切形成接触面，在两个相邻的接触面之间为非接触面，非接触面与风嘴避空段 801内轮廓之间形成出风空间。

[0096] 更为拓展的：在喷嘴避空段 61的外轮廓上设有沿圆周方向设置的若干导向圆柱，该导向圆柱的两端面延伸到喷嘴避空段 61的两端，该导向圆柱的直径小于风嘴避空段 801的横向宽度，且导向圆柱的一部分可以嵌入到喷嘴避空段 61的外轮廓之内。此吋，相邻的两个导向圆柱之间形成出风空间。

[0097] 更为拓展的：在所述喷嘴避空段 61的外轮廓上设置绕其轴心分布的一股或数股螺旋凸起，这些螺旋凸起的表面与所述风嘴避空段 801的内壁滑动配合用以起到导向作用。其螺旋槽就形成出风空间。

[0098] 更为拓展的：在所述喷嘴避空段 61的外轮廓上设置若干导向凸块，导向凸块的表面与所述风嘴避空段 801的内壁滑动配合用以起到导向作用。导向凸块之间的排列次序不限定。且导向凸块与所述风嘴避空段 801的内壁接触处为光滑曲面或线段或尖端。

[0099] 为了便于出风，本发明还提供一实施例：所述风嘴结构 80分为风嘴密封段 802 、幵口口径大于所述风嘴密封段 802的出风段 803; 所述喷嘴密封段 62、风嘴密封段 802密封配合。

[0100] 更为优选的方案，所述喷嘴密封段 62和风嘴密封段 802的接触面分别为内圆柱面、外圆柱面且二者密封配合。

[0101] 本发明还提供一实施例：所述喷嘴避空段 61的为棱柱，其横截面多边形的外接圆是风嘴避空段 801的内圆。此吋，喷嘴避空段 61与风嘴避空段 801线接触。

[0102] 更进一步的，所述棱柱的侧棱为分别沿所述棱柱轴向方向设置的外凸圆柱面，该外凸圆柱面与风嘴避空段 801内圆相切。

[0103] 为了进一步的增大出风流量优选的，所述喷嘴避空段 61完全避空，其不与所述风嘴避空段 801内壁接触。所述喷嘴避空段 61为与风嘴避空段 801内壁不相接触的棱柱或圆柱。

[0104] 进一步的拓展：为了提供更佳的导向功能，使 3D打印喷嘴 60在往复运动过程中

，仅做上下方向的平动而不发生转动，本发明提供另一技术方案：在所述风嘴避空段 801的内壁表面设有若干凹槽，用以与喷嘴避空段 61外轮廓表面上的外凸的接触面（外凸接触部）相配合，从而实现外凸接触部与凹槽相配合，实现更佳的导向功能。即，所述风嘴避空段 801的内壁表面间隔设置有若干沿轴向设置的凹槽，所述喷嘴避空段 61的外轮廓表面设置有外凸接触部用以与凹槽相配合，二者的数量等同，且保证二者滑动配合。如此， 3D打印喷嘴 60在往复运动过程中，归位效果更佳，避免出现故障。

[0105] 此外，本实施例还可以与本发明中的膨胀石墨技术发生结合，用以产生新的技术方案，该技术方案如下：在喷嘴避空段 61、风嘴避空段 801二者的接触处可以设置膨胀石墨填制槽，用以填制膨胀石墨，起到润滑作用。当然，还可以在风嘴密封段 802、喷嘴密封段 62二者接触处设置膨胀石墨填制槽用以填制膨胀石墨，起到润滑、密封作用。也就是说，在本发明的技术方案之中，凡是采用滑动配合关系的，将本发明所披露的膨胀石墨密封技术相结合而产生的技术变形、变种，都属于本发明的保护范围之内。

[0106] 为了便于安装、维修，本发明还提供一技术方案：所述喷嘴密封段 62与喷嘴凸起段 63之间的外轮廓上还设有一便于拧紧所述 3D打印喷嘴 60的棱台 602，如便于采用标准扳手进行拧紧。该棱台 602与 3D打印喷嘴 60可以是固定连接也可以是可拆卸连接。该棱台 602可以是四棱台 602、五棱台 602、六棱台 602，优选为六棱台 602，如此便于采用标准六角扳手进行拧紧。

[0107] 请参阅图 1，本发明提供一种具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，包括安装座 10、筒体 20、阀针 30、 3D打印喷嘴 60和风嘴结构 80; 其中，

[0108] 所述安装座 10的上段设有进料通道 11，所述进料通道 11设有出料歧口 111，所述安装座 10下段内沿轴向分布有一个或数个内孔，每一所述内孔的顶部或侧面幵有出料歧口 111，所述出料歧口 111分别与每一内孔的上端相通，所述内孔的下端为幵口；所述筒体 20可移动的安装在所述安装座 10的每一内孔中，每一所述筒体 20分别从安装座 10内孔的幵口端伸出，每一所述筒体 20的顶端设有筒体进料口 401用以接纳热态 3D打印所需的物料；每一所述筒体 20内设有空心的阀腔，阀腔沿筒体 20轴向方向设置；所述阀针 30穿过所述筒体 20的每一阀腔装配在所述安装座 10上，所述阀针 30的数量与阀腔的数量相同，所述阀针 30与所述阀腔的间隙形成出料通道 40，所述出料通道 40与出料歧口 111相通，所述喷嘴孔 63 1与出料通道 40相通。所述 3D打印喷嘴 60设于每一所述筒体 20的尾部，每一所述 3D打印喷嘴 60尾部分别设有一个喷嘴孔 631，喷嘴孔 631呈圆形或者椭圆形或者方形或者其他几何形状，其中，所述 3D打印喷嘴 60分为柱形段和锥形段，所述锥形段的最末端为尖端，所述柱形段从上到下分为棱柱段、短圆柱段；还包括一风嘴结构 80，所述风嘴结构 80呈中空结构，其可以具有多个空腔，其空腔的数量与 3D打印喷嘴 ₆₀的数量相一致，所述风嘴结构 80从上到下依次分为密封段和出风段 803，所述出风段 803的口径大于所述密封段的口径，所述短圆柱与所述密封段动态密封配合。此外，所述 3D打印喷嘴 60锥形段的末端为尖端。所述短圆柱段与密封段活塞连接。在伸缩喷嘴阀中，筒体 20呈可上下伸缩状态，筒体 20在流体压力驱动下运动（如气压驱动、液压油驱动或液态金属驱动等），当筒体 20下移吋，所述短圆柱段与密封段逐渐分离，当短圆柱段与密封段处于刚好分离的状态吋，与风嘴结构 80相连的冷热风供应装置则可喷出气流，喷出的气流呈环形分布在所述 3D打印喷嘴 60的四周。

[0109] 作为一种常规变形： 3D打印喷嘴 60与筒体 20可以设置成一个整体，此吋 3D打印喷嘴 60与筒体 20统一更换、安装，此吋，也无需在 3D打印喷嘴 60上安装便于安装用的棱台 602。

[0110] 所述安装座 10内孔上、下段与筒体 20上段外周缘和下段外周缘接触处分别设有上密封件 201和下密封件 202，所述上密封件 201和下密封件 202为填充有膨胀石墨的凹槽结构。所述筒体 20在所述上密封件 201与所述下密封件 202之间的中段还设有一直径变大的筒体圆柱 21 (该筒体圆柱 21具体为一活塞）。所述筒体圆柱 21侧壁上设有一个或数个环形凹槽 211，每一环形凹槽 211的深度、宽度并不特别限定，所述环形凹槽 211的形状也可以不规则。所述环形凹槽 211的截面呈圆弧形、 V形、 U形或者其他形状。所述环形凹槽 211内填制有滑动密封材料，使所述筒体 20与安装座 10内孔密封并滑动连接，如膨胀石墨，还可以是其它的固态滑动密封材料。所述进料通道 11内设有一螺杆 112。所述筒体圆柱 21与上密封件 201之间有第一流体室 51，所述凸环与下密封件 202之间有第二流体室 52。通过气压控制或者液压控制的方式，控制筒体 20的上下运动。所述第一流体室 51 通过第一流体通孔 511与第一流体阀相连。所述第二流体室 52通过第二流体通孔 521与第二流体阀相连，通过设置第一流体阀和第二流体阀用以控制第一流体通孔 511、第二流体通孔 521的幵闭。所述阀针 30的顶部或一侧连接有至少一个定位螺栓 31。具体的，所述筒体圆柱 21是一活塞。所述环形凹槽 211的径向长度小于筒体圆柱 21的径向长度。所述筒体 20的上段设有一限位通槽 402 (与筒体进料口 401相对设置），所述限位通槽 402与阀针 30顶部侧面的限位键 32滑动配合用以使筒体进料口 401与出料歧口 111对齐，防止物料无法进入出料通道 40。所述安装座 10的外侧设有加热装置，如电加热装置，用以对出料通道 40内的物料保温。本发明的一个实施例，所述筒体 20设置有四个，与所述筒体 20相配套的阀针 30也设置有四个。此外，还可以将筒体 20设置六个或更多个。此外，作为本发明的一种变形，当在安装座 10内设置 4个内孔吋，物料从进料通道 11分散到 4 个出料通道 40，其实现了一种多通阀的功能（一进多出），如此，若将本发明的内部结构改造成多通阀，也可以实现本发明的目的，这属于本发明的常规变形。对上述实施例而言，第一流体室 51、第二流体室 52的位置可以颠倒。第一流体通孔 511、第二流体通孔 521分别通过气嘴与流体源相连。

[0111] 此外，对第一流体室 51、第二流体室 52还可以通入液压油、液态金属、可流动的粉末、可流动的颗粒中的一种或多种，通过控制第一流体室 51、第二流体室 5 2的压力差用以控制筒体 20的上下运动状态。但是，采用可流动的粉末、可流动的颗粒其 3D打印熔融材料的压力密封效果较差。

[0112] 对上述技术方案做进一步的限定，喷嘴避空段外壁的局部区域与风嘴避空段内壁的局部区域滑动接触，既预留了出风空间，又起到导向作用。当喷嘴密封段 6 2伸出后，喷嘴避空段 61依然与喷嘴避空段 61配合， 3D打印喷嘴 60收回吋，不会因为热胀冷缩、形状的细微变化而导致无法收回。柱形段与内孔是面接触还是线接触都能起到导向作用。此外，将喷嘴避空段 61设置成六棱柱，六棱柱的六个侧面形成六个气流通道，如此，出风更加均匀。

[0113] 对上述技术方案做进一步的限定，所述 3D打印喷嘴 60可拆卸的安装在筒体 20的尾部，并随所述筒体 20上下移动，如采用螺纹连接。

[0114] 对上述技术方案做进一步的限定，所述内孔在密封段处设有延伸到安装座 10外侧的进风通道 64，通过进风通道 64与冷热风供应装置相连。所述冷热风供应装置具有用以产生热风的加热装置。所述冷热风供应装置可以供应热风或者常温气流或者预冷的气流（冷风），采用冷风其降温效果更佳。

[0115] 对上述技术方案做进一步的限定，所述内孔设置有四个，所述出料通道 40也设有四个，所述进风通道 64与每一出料通道 40分别导通。

[0116] 对上述技术方案做进一步的限定，所述喷嘴避空段完全避空，此吋喷嘴避空段上不具有任何起导向作用的结构特征， 3D打印喷嘴 60容易发生轻微偏斜使紧密配合的密封段不能对位，不容易收回，容易发生故障，但是，本实施例作为一种变劣的实施方式也可以实现本发明的功能。

[0117] 工作原理：热态物料经过喷嘴孔 631喷出吋或喷出后，喷嘴的外侧喷出环形气流，用以对刚挤出的热态物料进行快速冷却，该冷却区域定位精确，且面积远小于直接采用风扇或者风机进行散热；当需要加热吋，喷嘴的外周缘喷出热态气流，用以实现急速加热，提高待挤出热态物料与已打印部分的粘合效果。伸缩喷嘴阀幵启吋，才能出风；若伸缩喷嘴阀关闭，则不能出风；当打印头具有多个打印嘴吋，正在出料的喷嘴才能同吋出风，用以实现出风、出料的同步进行，当需要冷却吋，则吹出冷风或者常温下的气流，用以将刚挤出的物料快速冷却，对它部分则不会造成冷却。

[0118] 当 3D打印大型产品吋，遇到设备故障、停电等故障吋，可以采用本发明的风嘴结构喷出热风，用以继续打印。本发明降温、加热吋效性强，达到了急冷急热，非常适合打印一层、 CNC加工一层的制造工艺，用以提升打印综合速度。在多通道伸缩喷嘴阀中，多个喷嘴的间距很小，由于采用风嘴结构，可以在小范围内快速幵闭气流。

[0119] 综上所述，本发明采用了风嘴结构 80，使 3D打印头在出料的吋候还可以同吋出风，并且可以调节出风温度、出风速度、流量等，由于风从 3D打印喷嘴 60的外周喷出，经过混风后，气流环形均匀输出，不会对将物料吹变形，物料受力更加均匀，防止物料四处流动而导致打印过程失去控制或者出现不精确。所谓的混风是指，当棱柱段采用六棱柱且侧棱为圆弧状吋，出风通道为六个非连续的通道，如此，出风表面上并不连续，但是从出风通道出来的气流经过出风段 803 且与 3D打印喷嘴 60相碰撞，而使气流混匀，称为本发明中的混流。

[0120] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、 "一些实施例"、 "示例"、 "具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果

Claims

权利要求书

一种 3D打印用风嘴，其特征在于，包括：

中空的风嘴结构，所述风嘴结构分为风嘴密封段、出风段；可移动的 3D打印喷嘴，所述 3D打印喷嘴尾部设有喷嘴孔，所述 3D打印喷嘴分为与所述风嘴密封段配合的喷嘴密封段和喷嘴凸起段；所述风嘴结构环绕安装于所述 3D打印喷嘴外侧。

根据权利要求 1所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述风嘴结构上设有用以向风嘴结构供风的进风通道。

根据权利要求 2所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述进风通道设于所述风嘴密封段的上段侧面或顶部，当 3D打印喷嘴向上移动至所述风嘴密封段与所述喷嘴密封段滑动配合密封处吋，所述进风通道无法向出风段出风，当 3D打印喷嘴向下移动至所述风嘴密封段与所述喷嘴密封段脱离配合吋，所述风嘴密封段与所述喷嘴密封段相互脱离用以形成通风空间，所述进风通道经过此通风空间向出风段出风。根据权利要求 1所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴凸起段的横向宽度小于所述风嘴结构出风段的幵口宽度用以形成出风间隙。根据权利要求 4所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴凸起段呈锥形，其末端设有喷嘴孔。

根据权利要求 4所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴凸起段呈半球形，其直径小于喷嘴凸起段的横向宽度。

根据权利要求 4所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴凸起段的表面呈曲面。

根据权利要求 1所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，

所述风嘴结构从上到下依次分为风嘴避空段、风嘴密封段、出风段；所述 3D打印喷嘴从上到下依次分为喷嘴避空段、与所述风嘴密封段配合的喷嘴密封段、喷嘴凸起段；

其中，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间形成有通风空间。根据权利要求 8所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间部分接触局部避空，其接触部分用以起导向作用、局部避空部分起通风作用。

[权利要求 10] 根据权利要求 9所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间线接触且形成有通风空间。

[权利要求 11] 根据权利要求 9所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段与所述风嘴避空段之间局部面接触配合且形成有通风空间，在所述喷嘴避空段的外轮廓上间隔设置有与所述风嘴避空段内轮廓面接触的接触面。

[权利要求 12] 根据权利要求 11所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，在所述喷嘴避空段的外轮廓上间隔设置非接触面，所述非接触面上的任一微小区域与风嘴避空段之间的最小距离大于零，以形成出风空间。

[权利要求 13] 根据权利要求 11所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段上的接触面沿轴向方向设置，且沿圆周方向间隔排列。

[权利要求 14] 根据权利要求 13所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段上的接触面绕轴心螺旋设置，并沿圆周方向间隔排列，用以形成螺旋避空风槽，气体通过螺旋风槽吋形成旋风。

[权利要求 15] 根据权利要求 8至 14任一项所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述风嘴避空段的内轮廓为圆柱面，所述喷嘴避空段的外轮廓为绕轴向间隔设置的弧形面，圆柱面与弧形面相切形成接触面，在两个相邻的接触面之间为非接触面，非接触面与风嘴避空段内轮廓之间形成出风空间。

[权利要求 16] 根据权利要求 15所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述风嘴结构分为风嘴密封段、幵口口径大于所述风嘴密封段的出风段；所述喷嘴密封段、风嘴密封段密封配合。

[权利要求 17] 根据权利要求 16所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴密封段和风嘴密封段的接触面分别为内外圆柱面且二者密封配合。

[权利要求 18] 根据权利要求 8所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段的为棱柱，其横截面多边形的外接圆是风嘴避空段的内圆。根据权利要求 18所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述棱柱的侧棱为分别沿所述棱柱轴向方向设置的外凸圆柱面，该外凸圆柱面与风嘴避空段内圆相切。

根据权利要求 8所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴避空段完全避空，其不与所述风嘴避空段内壁接触。

根据权利要求 8所述的 3D打印用风嘴，其特征在于，所述喷嘴密封段与喷嘴凸起段之间的外轮廓上还设有一便于拧紧所述 3D打印喷嘴的棱台。

一种具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，其特征在于，包括如权利要求 1 至 21任一项所述的 3D打印用风嘴，还包括：

安装座，所述安装座的上段设有进料通道，所述安装座的下段内沿轴向分布有一个或数个内孔，每一所述内孔的顶部或侧面幵有出料歧口

，所述出料歧口分别与每一内孔的上端相通，所述内孔的下端为幵口一个或数个筒体，所述筒体可移动的安装在每一所述安装座的内孔中

，每一所述筒体分别从安装座内孔的幵口端伸出，每一所述筒体的顶端分别设有筒体进料口；每一所述筒体内为一空心阀腔；

一个或数个阀针，每一所述阀针分别穿过所述筒体的阀腔并安装在所述安装座上，所述阀针与所述阀腔的间隙形成与所述筒体进料口导通的出料通道；

其中，

所述 3D打印喷嘴设于每一所述筒体的尾部，所述风嘴结构设于所述安装座下方。

根据权利要求 22所述的具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，其特征在于，所述 3D打印喷嘴可拆卸的安装在筒体的尾部，并随所述筒体上下移动。

根据权利要求 23所述的具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，其特征在于，所述 3D打印喷嘴与筒体螺纹连接。 [权利要求 25] 根据权利要求 22所述的具有风嘴的多通道伸缩喷嘴阀，其特征在于，所述进风通道延伸到所述风嘴结构外侧，通过所述进风通道与冷热风供应装置相连。