一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥及3d打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，包括閥套、左閥芯和右閥芯；左閥芯和右閥芯能左右軸向移動(dòng)且同步旋轉(zhuǎn)地安裝在閥套內(nèi)部；閥套上開有左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔；左閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的左承接槽陣列，且左承接槽陣列連通左供料通道；所述右閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的右承接槽陣列，且右承接槽陣列連通右供料通道；左邊供料和右邊供料的比例輸出量取決于左閥芯和右閥芯軸向運(yùn)動(dòng)位移形成的機(jī)械占空比；旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的開關(guān)頻率等于左閥芯和右閥芯同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速與左承接槽陣列或右承接槽陣列中的槽個(gè)數(shù)的乘積。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，通過旋轉(zhuǎn)式閥芯的快速通斷與雙閥芯的比例輸出，能實(shí)現(xiàn)高頻響、精確供料，可以應(yīng)用于3D打印設(shè)備。
【專利說明】一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥及3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及用于快速成型的數(shù)字閥，特別是涉及一種用于復(fù)合材料3D打印的精確旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥。

【背景技術(shù)】
[0002]基于液滴噴射的3D打印是最具生命力的快速成型技術(shù)之一，通過材料逐層添加的方式突破了復(fù)雜零件制造困難的瓶頸，大幅提高了生產(chǎn)效率。在單層打印過程中，打印頭工作腔內(nèi)液體材料在外部驅(qū)動(dòng)力的作用下形成液滴，并以一定頻率和速率噴射到相應(yīng)位置。因此，穩(wěn)定、精確和快速的微滴噴射是確保3D打印品質(zhì)的關(guān)鍵。
[0003]當(dāng)前的3D打印技術(shù)主要研究圍繞著其高效性、精確性和復(fù)合材料打印等方面進(jìn)行展開。
[0004](I)在高效打印方面:采用閥控式噴射方式(如美國發(fā)明專利US005988807A)，相對于壓電式和熱氣泡式可獲得較大的噴射流量；或者采用液體支撐方式(如中國發(fā)明專利200510029726.9)，節(jié)省支撐材料的打印過程以提高生產(chǎn)效率。
[0005](2)在精確打印方面:主要通過閉環(huán)控制方法對打印行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償(如中國發(fā)明專利201410122566.1)，實(shí)現(xiàn)行走運(yùn)動(dòng)的精確控制以提高噴射位置的精確度，進(jìn)而提升3D打印精度。
[0006](3)在復(fù)合材料打印方面:主要通過多供料單元分別與各自的噴頭相連(如中國發(fā)明專利201310339204.3)以實(shí)現(xiàn)多噴頭獨(dú)立噴射，或者將噴頭分隔成相互獨(dú)立的腔室以及與各腔室相通的混合腔室(如中國發(fā)明專利201410010519.8)，多種顏色材料通過相互混合實(shí)現(xiàn)彩色打印。
[0007]現(xiàn)有的專利有助于復(fù)合材料的高效精確打印，但仍存在以下一些不足，主要表現(xiàn)為:
[0008]I)打印效率仍不足，制約了 3D打印的進(jìn)一步大規(guī)模推廣。當(dāng)前的3D打印主要采用的是單噴頭打印的形式，打印速度慢，打印材料單一；而多噴頭打印正逐漸發(fā)展起來，一定程度上增大了打印寬度，可實(shí)現(xiàn)單程多層打印，這提高了打印效率，但多噴頭打印通常需要多個(gè)電機(jī)和控制元件等，導(dǎo)致打印機(jī)體積偏大、成本較高。
[0009]2)多材料同步比例噴射實(shí)現(xiàn)困難，成品性能差。3D快速成型技術(shù)為復(fù)合材料成型提供了一種新的方法，為追求高品質(zhì)復(fù)合材料產(chǎn)品，精確配比極其重要。然而，當(dāng)前通常采用相互獨(dú)立的多個(gè)噴頭進(jìn)行噴射打印，快速長時(shí)間工作下同步性難以保證，這將導(dǎo)致輸出材料比例不均，最終影響制品質(zhì)量。
[0010]3)打印產(chǎn)品的精度有待進(jìn)一步提升。3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量取決于均勻、穩(wěn)定的液滴噴射，而在打印過程中常存在主液滴和副液滴。由于副液滴的位置不易控制，會對產(chǎn)品打印精度帶來不利影響，同時(shí)兩次噴射間的液滴滴漏問題同樣也會造成打印精度低，導(dǎo)致產(chǎn)品表面粗糙。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一，在于提供一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，通過旋轉(zhuǎn)式閥芯的快速通斷與雙閥芯的比例輸出，能實(shí)現(xiàn)高頻響、精確供料。
[0012]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，包括閥套、左閥芯和右閥芯；所述左閥芯和右閥芯能左右移動(dòng)且同步旋轉(zhuǎn)地安裝在閥套內(nèi)部；所述閥套上開有左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔；所述左閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的左承接槽陣列，且左承接槽陣列連通左供料通道；所述右閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的右承接槽陣列，且右承接槽陣列連通右供料通道；所述左閥芯沿軸向移動(dòng)的過程中具有下述兩種狀態(tài):即所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔軸向?qū)佣B通的狀態(tài)，或所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔軸向錯(cuò)開不連通的狀態(tài)，且所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔在軸向的對接位置決定左邊供料的大?。凰鲇议y芯沿軸向移動(dòng)的過程中也具有下述兩種狀態(tài):即所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔軸向?qū)佣B通的狀態(tài)，或所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔軸向錯(cuò)開不連通的狀態(tài)，且所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔在軸向的對接位置決定右邊供料的大小；當(dāng)所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔軸向?qū)訒r(shí)，所述左閥芯旋轉(zhuǎn)的過程中具有所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔圓周向?qū)佣B通和錯(cuò)開不連通兩個(gè)狀態(tài)交替出現(xiàn)；當(dāng)所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔軸向?qū)訒r(shí)，所述右閥芯旋轉(zhuǎn)的過程中具有所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔圓周向?qū)佣B通和錯(cuò)開不連通兩個(gè)狀態(tài)交替出現(xiàn)；所述左邊供料和右邊供料的比例輸出量取決于左閥芯和右閥芯軸向運(yùn)動(dòng)位移形成的機(jī)械占空比；所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的開關(guān)頻率等于左閥芯和右閥芯同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速與左承接槽陣列或右承接槽陣列中的槽個(gè)數(shù)的乘積。
[0013]進(jìn)一步的,所述閥套上還開有左回吸孔及右回吸孔,所述左閥芯的圓周表面還設(shè)有周期性分布的左回吸槽陣列，且左回吸槽陣列連通所述左供料通道；所述右閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的右回吸接槽陣列，且右回吸槽陣列連通所述右供料通道；當(dāng)所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔連通時(shí)，所述左回吸槽陣列與左回吸孔不連通，當(dāng)所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔連通時(shí)，右回吸槽陣列與右回吸孔不連通；反之，當(dāng)所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔不連通時(shí)，所述左回吸槽陣列與左回吸孔連通，當(dāng)所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔不連通時(shí)，所述右回吸槽陣列與右回吸孔連通；所述左閥芯的左端、右閥芯的右端及左閥芯和右閥芯之間分別形成一控制腔，任一所述控制腔均連接一電磁比例閥以控制左閥芯和右閥芯的軸向移動(dòng)狀態(tài)。
[0014]進(jìn)一步的，所述左進(jìn)料孔、左回吸孔、右進(jìn)料孔、右回吸孔在所述閥套上沿軸向由左至右依次排布，且對應(yīng)的，所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列由左至右依次排布；所述左供料通道位于左承接槽陣列和左回吸槽陣列之間，右供料通道位于右承接槽陣列和右回吸槽陣列之間。
[0015]進(jìn)一步的，所述左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔、左回吸孔及右回吸孔為菱形孔，且菱形孔的兩內(nèi)銳角軸向左右分布；所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列中的槽為等腰三角形槽，且左承接槽陣列和右承接槽陣列中每個(gè)槽的頂角朝左布置，左回吸槽陣列和右回吸槽陣列中每個(gè)槽的頂角朝右布置；所述等腰三角形的頂角與菱形孔的內(nèi)銳角相等；所述右閥芯在向右移動(dòng)的最大位移處時(shí)，右進(jìn)料孔的外頂點(diǎn)和左承接槽陣列的外頂點(diǎn)之間軸向距離值hl，與右進(jìn)料孔的長對角線距離值h2相等。
[0016]進(jìn)一步的，所述左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔、左回吸孔及右回吸孔的大小和形狀一致，所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列的大小和形狀一致。
[0017]進(jìn)一步的，所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列中槽的個(gè)數(shù)均為3?10個(gè)。
[0018]進(jìn)一步的，所述左閥芯左端凸肩上開設(shè)有環(huán)形槽，同時(shí)左閥芯上開有軸向通孔，該環(huán)形槽和該軸向通孔形成液壓流體通道，所述左閥芯和右閥芯之間的控制腔通過該液壓流體通道連通所述電磁比例閥。
[0019]進(jìn)一步的，還包括位移傳感器以及限位開關(guān)；所述位移傳感器通過一測試桿連接在左閥芯的左端，以測量左閥芯的軸向移動(dòng)距離，所述限位開關(guān)安裝在右閥芯的右向最大位移處。
[0020]進(jìn)一步的，所述右閥芯的左端插設(shè)在左閥芯的右端內(nèi)，且所述右閥芯和左閥芯通過鍵連接并由電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。
[0021]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二，在于提供一種3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)，通過使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，實(shí)現(xiàn)快速通斷與雙閥芯的比例輸出，以實(shí)現(xiàn)3D打印設(shè)備的高頻響、復(fù)合材料的精確液滴噴射。
[0022]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)，包括兩供料分支和兩打印噴頭，還包括如上本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，所述兩供料分支分別連接所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左進(jìn)料孔和右進(jìn)料孔，所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左供料通道和右供料通道分別連接一所述打印噴頭。
[0023]進(jìn)一步的，本發(fā)明的3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)還包括兩負(fù)壓裝置，所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左回吸孔及右回吸孔分別連接一負(fù)壓裝置，且負(fù)壓裝置的液面高度低于與其相連通打印噴頭內(nèi)的最低液面高度。
[0024]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0025]I)本發(fā)明的數(shù)字閥的雙閥芯聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)并通過單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，打印效率明顯提升。閥套上開有左、右進(jìn)料孔，左右兩閥芯凸肩位置開有周期性分布的左、右承接槽陣列，伴隨左右兩閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，該左、右進(jìn)料孔與左、右承接槽陣列周期快速通斷，以實(shí)現(xiàn)左、右現(xiàn)供料通道周期性的快速通斷，由此實(shí)現(xiàn)高頻響應(yīng)，若與3D打印設(shè)備的雙噴頭連接，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的高頻率輸出，從而有效提升打印效率。
[0026]2)左右兩閥芯的軸向移動(dòng)獨(dú)立控制，可實(shí)現(xiàn)兩種材料的精確同步比例噴射，成品性能好。該閥左右兩個(gè)閥芯分別控制兩噴頭輸出，結(jié)合位移傳感器監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)兩閥芯的同步運(yùn)動(dòng)或單一閥芯運(yùn)動(dòng)的精確閉環(huán)控制，從而保證多材料比例輸出，同步性好，尤其適用于復(fù)合材料(尤其是彩色產(chǎn)品)的3D打印成型。
[0027]3)閥套上還開有左回吸孔及右回吸孔，左右兩閥芯的圓周表面還設(shè)有周期性分布的左、右回吸槽陣列，形成聯(lián)動(dòng)吸液結(jié)構(gòu)，有效抑制了副液滴和其他不必要噴射的形成，打印精度高。在液滴噴射過程中，所設(shè)置的負(fù)壓裝置可增強(qiáng)液滴的斷裂能力，防止副液滴的生成，同時(shí)在兩次噴射之間，負(fù)壓作用使噴頭內(nèi)的液體微幅回吸，避免了液體因重力發(fā)生滴落，由此保證了均勻穩(wěn)定的液滴噴射，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0029]圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)數(shù)字閥一較佳實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)數(shù)字閥左閥芯工作狀態(tài)下所開三角槽與閥套上菱形孔的位置關(guān)系圖。
[0031]圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)數(shù)字閥右閥芯復(fù)位狀態(tài)下所開三角槽與閥套上菱形孔的位置關(guān)系圖。
[0032]圖4是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)數(shù)字閥控制兩閥芯軸向運(yùn)動(dòng)示意簡圖。
[0033]圖5a至圖5c是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)數(shù)字閥的兩閥芯軸向運(yùn)動(dòng)示意簡圖。
[0034]圖6a至圖6c表征本發(fā)明旋轉(zhuǎn)數(shù)字閥的兩閥芯復(fù)位運(yùn)動(dòng)示意簡圖。
[0035]圖7是基于本發(fā)明的3D打印噴射系統(tǒng)示意圖。
[0036]圖8表征本發(fā)明在噴射狀態(tài)下的工作原理示意圖。
[0037]圖9表征本發(fā)明在回吸狀態(tài)下的工作原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]如圖1至圖6所示，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100—較佳實(shí)施例，包括閥套1、左閥芯2和右閥芯3，還包括閥體4、閥蓋5、位移傳感器6以及限位開關(guān)7 ;所述左閥芯2和右閥芯3能左右移動(dòng)且同步旋轉(zhuǎn)地安裝在閥套I內(nèi)部；其中，所述右閥芯3的左端插設(shè)在左閥芯2的右端內(nèi)，且所述右閥芯3和左閥芯2通過鍵連接并通過電機(jī)軸82由電機(jī)8帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。所述閥蓋5設(shè)在閥體4的右端，所述閥套I設(shè)在閥體4內(nèi)，所述閥套I上沿軸向由左至右依次開有左進(jìn)料孔11、左回吸孔12、右進(jìn)料孔13及右回吸孔14 ;所述左閥芯2的圓周表面設(shè)有周期性分布的左承接槽陣列21、左回吸槽陣列22，且左承接槽陣列21和回吸槽陣列22連通左供料通道23 ;所述右閥芯3的圓周表面設(shè)有周期性分布的右承接槽陣列31及右回吸槽陣列32，且右承接槽陣列31及右回吸槽陣列32連通右供料通道33 ;所述左供料通道23位于左承接槽陣列21和左回吸槽陣列22之間，右供料通道33位于右承接槽陣列31和右回吸槽陣列32之間；設(shè)計(jì)時(shí)，可將左承接槽陣列21和左回吸槽陣列22設(shè)在左閥芯2的兩凸肩部分，左供料通道23則可由兩凸肩部分之間的細(xì)部自然形成，右供料通道33同理可得。所述閥體4上沿軸向由左至右依次開有左進(jìn)料口 41、左回吸口 42、右進(jìn)料口 43、右回吸口 44分別與所述左進(jìn)料孔11、左回吸孔12、右進(jìn)料孔13、右回吸孔14對接。所述位移傳感器6通過一測試桿62連接在左閥芯2的左端，以測量左閥芯2的軸向移動(dòng)距離，所述限位開關(guān)7安裝在右閥芯3的右向最大位移處，最大位移處一般是閥套端蓋15的內(nèi)端面。
[0039]所述左閥芯2沿軸向移動(dòng)的過程中具有下述兩種狀態(tài):即所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11軸向?qū)佣B通的狀態(tài)，或所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11軸向錯(cuò)開不連通的狀態(tài)，且所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11在軸向的對接位置決定左邊供料的大?。凰鲇议y芯3沿軸向移動(dòng)的過程中也具有下述兩種狀態(tài):即所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13軸向?qū)佣B通的狀態(tài)，或所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13軸向錯(cuò)開不連通的狀態(tài)，且所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13在軸向的對接位置決定右邊供料的大小。
[0040]當(dāng)所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11軸向?qū)訒r(shí)，所述左閥芯2旋轉(zhuǎn)的過程中具有所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11圓周向?qū)佣B通和錯(cuò)開不連通兩個(gè)狀態(tài)交替出現(xiàn)；當(dāng)所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13軸向?qū)訒r(shí)，所述右閥芯3旋轉(zhuǎn)的過程中具有所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13圓周向?qū)佣B通和錯(cuò)開不連通兩個(gè)狀態(tài)交替出現(xiàn)；所述左邊供料和右邊供料的比例輸出量取決于左閥芯2和右閥芯3軸向運(yùn)動(dòng)位移形成的機(jī)械占空比；所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100的開關(guān)頻率等于左閥芯2和右閥芯3同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速與左承接槽陣列21或右承接槽陣列31中的槽個(gè)數(shù)的乘積。
[0041]當(dāng)所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11連通時(shí)，所述左回吸槽陣列22與左回吸孔12不連通，當(dāng)所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13連通時(shí)，右回吸槽陣列32與右回吸孔14不連通；反之，當(dāng)所述左承接槽陣列21與左進(jìn)料孔11不連通時(shí)，所述左回吸槽陣列22與左回吸孔12連通，當(dāng)所述右承接槽陣列31與右進(jìn)料孔13不連通時(shí)，所述右回吸槽陣列32與右回吸孔14連通。以滿足旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100在工作狀態(tài)(即供料狀態(tài))不回吸，使能正常工作，而在非工作狀態(tài)(如復(fù)位時(shí))回吸的需求，使兩出口 101(102)不滴液。
[0042]在較佳節(jié)的實(shí)施例中，所述左進(jìn)料孔11、右進(jìn)料孔13、左回吸孔12及右回吸孔14為大小和形狀均一致的菱形孔，且菱形孔的兩內(nèi)銳角軸向左右分布；所述左承接槽陣列21、左回吸槽陣列22、右承接槽陣列31以及右回吸槽陣列32中的槽為大小和形狀均一致的等腰三角形槽，且左承接槽陣列21和右承接槽陣列31中每個(gè)槽的頂角朝左布置，左回吸槽陣列22和右回吸槽陣列32中每個(gè)槽的頂角朝右布置；所述等腰三角形的頂角與菱形孔的內(nèi)銳角相等；所述右閥芯3在向右移動(dòng)的最大位移處時(shí)，右進(jìn)料孔13的外頂點(diǎn)和右承接槽陣列31的外頂點(diǎn)之間軸向距離值hl，與右進(jìn)料孔13的長對角線距離值h2相等。
[0043]所述左承接槽陣列21、左回吸槽陣列22、右承接槽陣列31以及右回吸槽陣列32中槽的個(gè)數(shù)均為3?10個(gè)。
[0044]其中左進(jìn)料孔11、左回吸孔12分別與左承接槽陣列21、左回吸槽陣列22連通的情況具體如圖2所示，將左閥芯2上的左承接槽陣列21和左回吸槽陣列22所對應(yīng)的凸肩部分沿圓周方向展開；同時(shí)將左進(jìn)料孔11和與左回吸孔12，分別投影到左承接槽陣列21和左回吸槽陣列22的展開圖上。左承接槽陣列21和左回吸槽陣列22中每個(gè)三角槽的大小和形狀完全一致，但所開的位置不同；由此可實(shí)現(xiàn)當(dāng)左進(jìn)料孔11與左承接槽陣列21連通時(shí)，左回吸孔12與左回吸槽陣列22處于斷開狀態(tài)，結(jié)合圖1，這避免了左進(jìn)料口 41輸入的液體直接從左回吸口 42經(jīng)負(fù)壓裝置抽離，反之亦然。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100的開關(guān)頻率，等于電機(jī)8轉(zhuǎn)速與左承接槽陣列21的三角槽個(gè)數(shù)的乘積，因此可通過增大電機(jī)轉(zhuǎn)速與三角槽個(gè)數(shù)，使旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100獲得更高的開關(guān)頻率。
[0045]如圖3表征的是右閥芯3處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，閥套I上所開的右進(jìn)料孔13和右回吸孔14，與右閥芯3上開設(shè)的右承接槽陣列31和右回吸槽陣列32的位置關(guān)系。為精確控制占空比和實(shí)現(xiàn)復(fù)位狀態(tài)下的回吸要求，右承接槽陣列31的三角槽頂角α I與右進(jìn)料孔13投影圖平行四邊形的內(nèi)銳角α 2相等，左承接槽陣列21的三角槽頂端到左進(jìn)料孔11的外頂點(diǎn)的軸向距離值hl，與左進(jìn)料孔11的長對角線h2相等。同時(shí)，由于此時(shí)右閥芯22處于復(fù)位狀態(tài)，即右極限位置，右進(jìn)料孔13與右承接槽陣列31不連通，液體不輸入，即不發(fā)生噴射，機(jī)械占空比為0%。與此同時(shí)，右回吸孔14位于右回吸槽陣列32的最左端，在左閥芯2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下右回吸孔14與右回吸槽陣列32處于連通狀態(tài)，這樣即可通過負(fù)壓裝置回吸材料，不會發(fā)生滴液現(xiàn)象。
[0046]圖4表征的是控制本發(fā)明閥芯軸向運(yùn)動(dòng)的示意圖。旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100的左閥芯2和右閥芯3通過鍵A連接。結(jié)合圖1，電機(jī)8帶動(dòng)右閥芯3旋轉(zhuǎn)，而右閥芯3又通過鍵A帶動(dòng)左閥芯2旋轉(zhuǎn)，從而保證左閥芯2和右閥芯3的同步旋轉(zhuǎn)。所以，旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100兩出口 101和102的比例輸出量取決于左閥芯2和右閥芯3軸向運(yùn)動(dòng)位移形成的機(jī)械占空比。
[0047]為實(shí)現(xiàn)精確的比例輸出，所述左閥芯2的左端、右閥芯3的右端及左閥芯2和右閥芯3之間分別形成一控制腔，任一所述控制腔均連接一電磁比例閥，以控制左閥芯2和右閥芯3的軸向移動(dòng)。控制腔分別為第一控制腔B1、第二控制腔B2和第三控制腔B3，電磁比例閥包括第一電磁比例閥91、第二電磁比例閥92和第三電磁比例閥93，分別控制第一控制腔B1、第二控制腔B2和第三控制腔B3。當(dāng)?shù)谝浑姶疟壤y91左位工作時(shí)，第二電磁比例閥92中位工作、第三電磁比例閥93右位工作；液體進(jìn)第一控制腔BI推動(dòng)右閥芯3往左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)由于第二控制腔B2處于封閉狀態(tài)，且液體壓縮性小，所以可通過第二控制腔B2內(nèi)的液體推動(dòng)左閥芯2往左運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)右閥芯3和左閥芯2的同步往左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)诙姶疟壤y92左位工作時(shí)，第三電磁比例閥93右位工作、第一電磁比例閥92中位工作；液體進(jìn)第二控制腔B2，第三控制腔B3出液體，由于第一控制腔BI處于封閉狀態(tài)，此時(shí)左閥芯2單獨(dú)往左運(yùn)動(dòng)，右閥芯3保持靜止。當(dāng)?shù)谌姶疟壤y93左位工作時(shí)，第二電磁比例閥62右位工作、第一電磁比例閥32中位工作；液體進(jìn)第三控制腔B3，第二控制腔B2回液體，由于第一控制腔BI處于封閉狀態(tài)，此時(shí)左閥芯2單獨(dú)往右運(yùn)動(dòng)，右閥芯3保持靜止。
[0048]左閥芯2和右閥芯3軸向移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括下述三種情況:
[0049](I)如圖5a，所述左閥芯2和右閥芯3為一整體，同步地往左移動(dòng)xl，實(shí)現(xiàn)等比例的輸出。復(fù)位時(shí)，保持左閥芯2和右閥芯3為一整體，一起往右運(yùn)動(dòng)xl ;如圖6a，左閥芯2左端通過測試桿62與位移傳感器6連接，因此其位置由位移傳感器6檢測；
[0050](2)如圖5b，首先左閥芯2與右閥芯3同步往左運(yùn)動(dòng)xl，然后右閥芯3保持靜止，左閥芯2單獨(dú)往左移動(dòng)x2，實(shí)現(xiàn)左供料通道23和右供料通道33的不同比例噴射；復(fù)位時(shí)，左閥芯2往右運(yùn)動(dòng)xl+x2的距離，如圖6b，其位置由位移傳感器6檢測，右閥芯3往右移動(dòng)xl，其位置由限位開關(guān)7檢測；
[0051](3)如圖5c，首先左閥芯2與右閥芯3同步往左運(yùn)動(dòng)xl，然后右閥芯3保持靜止，左閥芯2單獨(dú)往右移動(dòng)x2，實(shí)現(xiàn)左供料通道23和右供料通道33的不同比例輸出；復(fù)位時(shí)，左閥芯2往右運(yùn)動(dòng)xl-x2的距離，如圖6c，其位置由位移傳感器6檢測，而右閥芯3往右移動(dòng)xl，其位置由限位開關(guān)7檢測。
[0052]所述左閥芯2左端凸肩上開設(shè)有環(huán)形槽24，同時(shí)左閥芯2上開有軸向通孔25，所述左閥芯2和右閥芯3之間的控制腔即第二控制腔B2通過該通孔25和環(huán)形槽24連通一所述電磁比例閥即第二電磁比例閥92。
[0053]圖7示意性地表示了本發(fā)明實(shí)施方案的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥7在3D打印噴射系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要參考圖7至圖9，同時(shí)結(jié)合圖1至圖6，隨著復(fù)合材料的快速發(fā)展，快速成型技術(shù)為加速新產(chǎn)品的開發(fā)、制造技術(shù)的提高起到了很大的推動(dòng)作用，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100具有兩個(gè)輸出口 101和102，為兩種材料的復(fù)合成型提供了一種新的方案，實(shí)現(xiàn)快速通斷與雙閥芯的比例輸出，以實(shí)現(xiàn)3D打印設(shè)備的高頻響、復(fù)合材料的精確液滴噴射。
[0054]該3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)，包括兩供料分支200和兩打印噴頭300，還包括兩負(fù)壓裝置400，還包括如上本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100，所述供料分支200包括材料盒201、加熱裝置202、泵203、溢流閥204、過濾器205以及單向閥206。所述兩供料分支200分別連接所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左進(jìn)料孔21和右進(jìn)料孔31，旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100的左回吸孔22及右回吸孔32分別連接一負(fù)壓裝置400，所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100的左供料通道23和右供料通道33分別連接一所述打印噴頭300。且負(fù)壓裝置400的液面高度低于與其相連通打印噴頭內(nèi)的最低液面高度。
[0055]該噴射系統(tǒng)工作過程中，首先利用加熱裝置202分別對兩種材料進(jìn)行加熱，使其滿足噴射條件。當(dāng)旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100處于左位工作時(shí)，其中一種材料經(jīng)泵一供料分支200后進(jìn)入旋裝式數(shù)字閥100，而后從一打印噴頭300中噴射出；另一種材料經(jīng)另一供料分支進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100，再從另一打印噴頭300中噴射出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥100右位工作時(shí)，兩打印噴頭300分別與兩負(fù)壓裝置400相通，在負(fù)壓作用下，兩打印噴頭300內(nèi)的液體材料形成微幅回吸狀態(tài)，避免了重力作用下液體的滴漏現(xiàn)象。由于從打印噴頭300噴射出的液體呈離散的液滴狀，所以為便于分析，定義“占空比”為液體輸出狀態(tài)與液體未輸出狀態(tài)的比值，該參數(shù)與閥芯旋轉(zhuǎn)速度，決定了噴射的速率及頻率。
[0056]圖8?9表征本發(fā)明3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)噴射狀態(tài)與回吸狀態(tài)工作原理圖。結(jié)合圖1，當(dāng)處于噴射狀態(tài)時(shí)，液體由閥體4上的左進(jìn)料口 41進(jìn)入，并經(jīng)與左閥芯2對應(yīng)的出料口 101與打印噴頭300相通，此時(shí)左吸料口 42關(guān)閉，由此實(shí)現(xiàn)一種液體的噴射。與此同時(shí)，另一種液體從閥體4上的右進(jìn)料口 43進(jìn)入，并經(jīng)與右閥芯3對應(yīng)的出料口 102 口與打印噴頭300相通，此時(shí)右吸料口 43關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)另一種液體的噴射，即完成出料口 101和出料口 102 口同時(shí)噴射。當(dāng)完成一次噴射后，進(jìn)入回吸狀態(tài)，此時(shí)，閥體4上的左進(jìn)料口 41和右進(jìn)料口 43關(guān)閉，打印噴頭300經(jīng)左吸料口 42和右吸料口 43后與負(fù)壓裝置400連接，打印噴頭300內(nèi)的液體小幅回吸,使打印噴頭300內(nèi)的液體小幅回吸，以此避免液體滴漏，為下一次噴射做好準(zhǔn)備。
[0057]如圖9的回吸狀態(tài)實(shí)施例中，負(fù)壓裝置400的液面高度低于與其相連通打印噴頭300內(nèi)的最低液面高度，二者液位差為h可調(diào)，由此獲得滿足不同噴射需求的回吸負(fù)壓值。
[0058]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:包括閥套、左閥芯和右閥芯；所述左閥芯和右閥芯能左右軸向移動(dòng)且同步旋轉(zhuǎn)地安裝在閥套內(nèi)部； 所述閥套上開有左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔；所述左閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的左承接槽陣列，且左承接槽陣列連通左供料通道；所述右閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的右承接槽陣列，且右承接槽陣列連通右供料通道； 所述左閥芯沿軸向移動(dòng)的過程中具有下述兩種狀態(tài):即所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔軸向?qū)佣B通的狀態(tài)，或所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔軸向錯(cuò)開不連通的狀態(tài)，且所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔在軸向的對接位置決定左邊供料的大小；所述右閥芯沿軸向移動(dòng)的過程中也具有下述兩種狀態(tài):即所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔軸向?qū)佣B通的狀態(tài)，或所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔軸向錯(cuò)開不連通的狀態(tài)，且所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔在軸向的對接位置決定右邊供料的大??； 當(dāng)所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔軸向?qū)訒r(shí)，所述左閥芯旋轉(zhuǎn)的過程中具有所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔圓周向?qū)佣B通和錯(cuò)開不連通兩個(gè)狀態(tài)交替出現(xiàn)；當(dāng)所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔軸向?qū)訒r(shí)，所述右閥芯旋轉(zhuǎn)的過程中具有所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔圓周向?qū)佣B通和錯(cuò)開不連通兩個(gè)狀態(tài)交替出現(xiàn)； 所述左邊供料和右邊供料的比例輸出量取決于左閥芯和右閥芯軸向運(yùn)動(dòng)位移形成的機(jī)械占空比；所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的開關(guān)頻率等于左閥芯和右閥芯同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速與左承接槽陣列或右承接槽陣列中的槽個(gè)數(shù)的乘積； 所述左閥芯的左端、右閥芯的右端及左閥芯和右閥芯之間分別形成一控制腔，任一所述控制腔均連接一電磁比例閥以控制左閥芯和右閥芯的軸向移動(dòng)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:所述閥套上還開有左回吸孔及右回吸孔，所述左閥芯的圓周表面還設(shè)有周期性分布的左回吸槽陣列，且左回吸槽陣列連通所述左供料通道；所述右閥芯的圓周表面設(shè)有周期性分布的右回吸接槽陣列，且右回吸槽陣列連通所述右供料通道； 當(dāng)所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔連通時(shí)，所述左回吸槽陣列與左回吸孔不連通，當(dāng)所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔連通時(shí)，右回吸槽陣列與右回吸孔不連通；反之，當(dāng)所述左承接槽陣列與左進(jìn)料孔不連通時(shí)，所述左回吸槽陣列與左回吸孔連通，當(dāng)所述右承接槽陣列與右進(jìn)料孔不連通時(shí)，所述右回吸槽陣列與右回吸孔連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:所述左進(jìn)料孔、左回吸孔、右進(jìn)料孔、右回吸孔在所述閥套上沿軸向由左至右依次排布，且對應(yīng)的，所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列由左至右依次排布； 所述左供料通道位于左承接槽陣列和左回吸槽陣列之間，右供料通道位于右承接槽陣列和右回吸槽陣列之間； 所述左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔、左回吸孔及右回吸孔為菱形孔，且菱形孔的兩內(nèi)銳角軸向左右分布；所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列中的槽為等腰三角形槽，且左承接槽陣列和右承接槽陣列中每個(gè)槽的頂角朝左布置，左回吸槽陣列和右回吸槽陣列中每個(gè)槽的頂角朝右布置； 所述等腰三角形的頂角與菱形孔的內(nèi)銳角相等； 所述右閥芯在向右移動(dòng)的最大位移處時(shí)，右進(jìn)料孔的外頂點(diǎn)和左承接槽陣列的外頂點(diǎn)之間軸向距離值hl，與右進(jìn)料孔的長對角線距離值h2相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:所述左進(jìn)料孔、右進(jìn)料孔、左回吸孔及右回吸孔的大小和形狀一致，所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列的大小和形狀一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:所述左承接槽陣列、左回吸槽陣列、右承接槽陣列以及右回吸槽陣列中槽的個(gè)數(shù)均為3?10個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:所述左閥芯左端凸肩上開設(shè)有環(huán)形槽，同時(shí)左閥芯上開有軸向通孔，該環(huán)形槽和該軸向通孔形成液壓流體通道，所述左閥芯和右閥芯之間的控制腔通過該液壓流體通道連通所述電磁比例閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:還包括位移傳感器以及限位開關(guān)；所述位移傳感器通過一測試桿連接在左閥芯的左端，以測量左閥芯的軸向移動(dòng)距離，所述限位開關(guān)安裝在右閥芯的右向最大位移處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，其特征在于:所述右閥芯的左端插設(shè)在左閥芯的右端內(nèi)，且所述右閥芯和左閥芯通過鍵連接并由電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。
9.一種3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)，包括兩供料分支和兩打印噴頭，其特征在于:還包括如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥，所述兩供料分支分別連接所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左進(jìn)料孔和右進(jìn)料孔，所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左供料通道和右供料通道分別連接一所述打印噴頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種3D打印設(shè)備的噴射系統(tǒng)，其特征在于:還包括兩負(fù)壓裝置，所述旋轉(zhuǎn)式數(shù)字閥的左回吸孔及右回吸孔分別連接一負(fù)壓裝置，且負(fù)壓裝置的液面高度低于與其相連通打印噴頭內(nèi)的最低液面高度。
【文檔編號】B29C67/00GK104389832SQ201410628455
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】陳暉 , 李良光, 吳強(qiáng)斌, 杜恒, 廖永輝 申請人:福建海源自動(dòng)化機(jī)械股份有限公司