一種3d打印機(jī)噴頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種3D打印機(jī)噴頭。本實(shí)用新型包括有輸料管路、擠料噴嘴；擠料噴嘴位于輸料管路下方；還包括有外圍殼體和驅(qū)動裝置，輸料管路內(nèi)嵌于外圍殼體內(nèi)，輸料管路與擠料噴嘴同軸連接；擠料噴嘴在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，可以相對于輸料管路轉(zhuǎn)動而調(diào)節(jié)噴頭噴絲的截面積。本實(shí)用新型可以控制打印的速度和精度，在確保精度要求的情況下，提升整體打印速度；可以應(yīng)用于3D打印機(jī)的噴頭結(jié)構(gòu)及控制上。
【專利說明】一種3D打印機(jī)噴頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種3D打印機(jī)噴頭。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是一種快速成形技術(shù)，它通過軟件將3D數(shù)字模型進(jìn)行分層離散化處理，然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合性材料，通過逐層堆積的方式來構(gòu)造實(shí)體。3D打印技術(shù)屬于一種加式制造范疇，有別于傳統(tǒng)的減式制造范疇，能夠更好的節(jié)約生產(chǎn)原料。
[0003]常見的3D打印技術(shù)有熔絲沉積技術(shù)，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個微細(xì)通道的噴頭擠噴出來，從噴嘴噴出后，沉積在工作臺上，溫度低于固化溫度后開始固化，通過材料的層層堆積最終形成成品。其中的噴頭就是一個核心部件，但是，現(xiàn)有的3D打印機(jī)打印噴頭的擠料噴嘴內(nèi)徑截面形狀只有固定的圓形，單位時間內(nèi)噴嘴噴絲的體積時固定的。由于噴嘴內(nèi)徑截面面積的不可調(diào)，我們不能控制3D打印機(jī)的打印精度和速度；然而針對不同的打印目的和不同的打印區(qū)域，需要不同的打印精度和速度。即使是同一模型，模型內(nèi)部和邊緣也有不同的精度要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于基于目前的3D打印機(jī)噴嘴內(nèi)徑截面形狀都是圓形的，不能做到針對不同模型或者同一模型不同區(qū)域的打印速度和精度的控制的現(xiàn)狀，提供一種3D打印噴頭，可以調(diào)節(jié)打印速度和精度。
[0005]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0006]包括有輸料管路、擠料噴嘴；擠料噴嘴位于輸料管路下方；其特征在于:還包括有外圍殼體和驅(qū)動裝置，輸料管路內(nèi)嵌于外圍殼體內(nèi)，輸料管路與擠料噴嘴同軸連接；擠料噴嘴在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，可以相對于輸料管路轉(zhuǎn)動而調(diào)節(jié)噴頭噴絲的截面積。
[0007]所述的驅(qū)動裝置包括主動齒輪、從動齒輪和電機(jī)；主動齒輪固定于外圍殼體內(nèi)，從動齒輪固定在擠料噴嘴上；主動齒輪與從動齒輪嚙合；電機(jī)驅(qū)動主動齒輪；從動齒輪在主動齒輪的帶動下，帶動擠料噴嘴轉(zhuǎn)動。
[0008]所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀的重心與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的重心重合于垂直輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面的同一軸；擠料噴嘴可繞該軸旋轉(zhuǎn)。
[0009]所述的從動齒輪固定在擠料嗔嘴上端。
[0010]所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀均為規(guī)則的多邊形。
[0011]所述的規(guī)則的多邊形可為三角形、四邊形類的規(guī)則的多邊形。
[0012]所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀是邊長為3a的等邊三角形；擠料噴嘴繞垂直于輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的軸的旋轉(zhuǎn)角度為Θ ;兩截面的重合區(qū)域的面積為擠料噴嘴單位時間內(nèi)實(shí)際擠出物料的截面積S ;則

J0

1本 ta π..............9t fS,X I vm>A.A.
[0013]a =---^7r-U
4「 Θ

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[0014]所述的Θ亦為電機(jī)調(diào)控?cái)D料噴嘴的旋轉(zhuǎn)角度。
[0015]所述的外圍殼體內(nèi)包含有加熱裝置，用于加熱輸料管路中的ABS或PLA類的易熔融的傳輸物料，使其為熔融狀態(tài)。有益效果:
[0016]本實(shí)用新型通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制擠料噴嘴相對于輸料管路的旋轉(zhuǎn)角度；從而實(shí)現(xiàn)對噴嘴實(shí)際噴絲截面積的控制；以控制打印機(jī)的打印精度和速度?？舍槍Σ煌拇蛴∧康暮筒煌拇蛴^(qū)域，調(diào)整不同的打印精度和速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明:
[0018]圖1是本實(shí)用新型打印機(jī)噴頭主視圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型打印機(jī)噴頭主要組成部件示意圖；
[0020]其中:a_輸料管路斜視圖b_輸料管路俯視圖[0021 ] C-擠料噴嘴斜視圖d-擠料噴嘴俯視圖
[0022]圖3是本實(shí)用新型輸料管路內(nèi)通道截面和擠料噴嘴內(nèi)通道截面俯視圖，其中O為兩個相同等邊三角形的重心，Θ為它們中垂線的夾角；
[0023]圖4是Θ = Ji /3時，輸料管路和擠料噴嘴內(nèi)通道截面俯視圖；
[0024]圖5是Θ = O時，輸料管路和擠料噴嘴內(nèi)通道截面俯視圖；
[0025]圖6是本實(shí)用新型打印速度影響因素的邏輯圖；
[0026]圖7是本實(shí)用新型打印速度調(diào)控系統(tǒng)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示為本實(shí)用新型3D打印機(jī)噴頭的主視圖，主要組成部件示意圖如圖2所示；包含輸料管路103和擠料噴嘴107和外圍殼體101，輸料管路103與外圍殼體101固定在打印機(jī)機(jī)體上，輸料管路103內(nèi)嵌于外圍殼體101。外圍殼體內(nèi)包含有加熱裝置,加熱輸料管路103中的傳輸物料，使其為熔融狀態(tài)，該傳輸物料可為ABS或PLA等易熔融材料。
[0028]輸料管路103與擠料噴嘴107同軸連接，輸料管路的內(nèi)通道102截面形狀與擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面形狀均為規(guī)則的多邊形，該規(guī)則的多邊形可為三角形、四邊形等。其中，輸料管路的內(nèi)通道102截面形狀的重心與擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面形狀的重心在垂直于輸料管路的內(nèi)通道102截面和擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面的同一軸上。
[0029]擠料噴嘴107的上部固定有一從動齒輪104，從動齒輪104的轉(zhuǎn)動可帶動擠料噴嘴107的轉(zhuǎn)動。外圍殼體101內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)動可帶動主動軸106的轉(zhuǎn)動，主動軸106上端固定有一主動齒輪105，主動齒輪105可帶動從動齒輪104的轉(zhuǎn)動。本實(shí)用新型通過軟件精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)來調(diào)控?cái)D料噴嘴107繞垂直于輸料管路的內(nèi)通道102截面和擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面軸的旋轉(zhuǎn)角度Θ。
[0030]如圖3所示，擠料噴嘴107繞垂直于輸料管路的內(nèi)通道102截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面形狀軸的旋轉(zhuǎn)角度為Θ。其中陰影部分為輸料管路的內(nèi)通道102截面三角形與擠料噴嘴內(nèi)通道108截面三角形重合區(qū)域，該重合區(qū)域的面積也即為擠料噴嘴107單位時間內(nèi)實(shí)際擠出物料的截面積。
[0031]下面以本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行闡述；設(shè)計(jì)輸料管路的內(nèi)通道102截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面形狀均為邊長為3a的等邊三角形，通過電機(jī)調(diào)控?cái)D料噴嘴107旋轉(zhuǎn)的角度為Θ，輸料管路的內(nèi)通道102截面與擠料噴嘴的內(nèi)通道108截面的重合區(qū)域的面積為圖3中陰影區(qū)域的面積S。則
I , 2 Θ

fj-τννννννI I知
9/; I t WLU
V32 2
[0032]5:--±---a 2
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I + sf i t3,n —


2
[0033]通過電機(jī)調(diào)控Θ值來改變單位時間內(nèi)擠料噴嘴107實(shí)際擠出物料的截面積。由于打印噴頭的工作移動速度不變，為確保每層Z軸成形高度為一定值，要實(shí)時地根據(jù)擠料噴嘴107實(shí)際擠出物料的截面積來調(diào)控輸料管路103的進(jìn)料速度。進(jìn)料速度與傳輸物料的熱熔速度大小相等，同時也為打印機(jī)工作時的打印速度V。
[0034]如圖4、7所示情況下，陰影部分的面積最小，也即打印速度最小的時候，可以應(yīng)用在對打印精度要求較高的情況下。如圖5所示情況中陰影區(qū)域的面積的最大，也即打印速度最大的時候，可以應(yīng)用在對打印精度要求不高的情況下，來縮短打印時間。
[0035]如圖6、7所示，本實(shí)用新型中，打印速度調(diào)控方法是:
[0036]打印速度V = K*S*L ;其中S為噴嘴實(shí)際噴絲的截面積，L為單位打印成形面積，K是與打印機(jī)有關(guān)的常量；
[0037]噴嘴實(shí)際噴絲截面積S和單位打印成形面積L決定進(jìn)料速度，并影響熱熔速度；進(jìn)料速度和熱熔速度共同決定打印速度；
[0038]通過S與L的改變形成一個信號來控制打印速度，即調(diào)控噴頭輸料管路的進(jìn)料速度。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印機(jī)噴頭，包括有輸料管路、擠料噴嘴；擠料噴嘴位于輸料管路下方；其特征在于:還包括有外圍殼體和驅(qū)動裝置，輸料管路內(nèi)嵌于外圍殼體內(nèi)，輸料管路與擠料噴嘴同軸連接；擠料噴嘴在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，可以相對于輸料管路轉(zhuǎn)動而調(diào)節(jié)噴頭噴絲的截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的驅(qū)動裝置包括主動齒輪、從動齒輪和電機(jī)；主動齒輪固定于外圍殼體內(nèi)，從動齒輪固定在擠料噴嘴上；主動齒輪與從動齒輪嚙合；電機(jī)驅(qū)動主動齒輪；從動齒輪在主動齒輪的帶動下，帶動擠料噴嘴轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀的重心與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的重心重合于垂直輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面的同一軸；擠料噴嘴可繞該軸旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀的重心與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的重心重合于垂直輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面的同一軸；擠料噴嘴可繞該軸旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的從動齒輪固定在擠料噴嘴上端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀均為規(guī)則的多邊形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的規(guī)則的多邊形可為三角形、四邊形類的規(guī)則的多邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀是邊長為3a的等邊三角形；擠料噴嘴繞垂直于輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的軸的旋轉(zhuǎn)角度為Θ ;兩截面的重合區(qū)域的面積為擠料噴嘴單位時間內(nèi)實(shí)際擠出物料的截面積S ;則
1 , I Θ
fZ~ I + tEH —-? 9V32 Λ 2
4t—⑩I + ^/3 _ —2 所述的θ亦為電機(jī)調(diào)控?cái)D料噴嘴的旋轉(zhuǎn)角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀是邊長為3a的等邊三角形；擠料噴嘴繞垂直于輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的軸的旋轉(zhuǎn)角度為Θ ;兩截面的重合區(qū)域的面積為擠料噴嘴單位時間內(nèi)實(shí)際擠出物料的截面積S ;則I 0.n nr I + tan "—cr =2%
U%Λ.4 1_j3......1.......—^ M I $3 Sg.............1里7 所述的Θ亦為電機(jī)調(diào)控?cái)D料噴嘴的旋轉(zhuǎn)角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的3D打印機(jī)噴頭，其特征在于:所述的外圍殼體內(nèi)包含有加熱裝置，用于加熱輸料管路中的ABS或PLA類的易熔融的傳輸物料，使其為熔融狀態(tài)。
【文檔編號】B29C67/00GK204020008SQ201420385365
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】王飛躍, 沈震, 劉學(xué) 申請人:東莞中國科學(xué)院云計(jì)算產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心