一种多流道3D打印机喷头的制作方法

一种多流道3d打印机喷头
技术领域
1.本发明涉及一种3d打印机喷头，具体涉及一种具有多材料流道的3d打印机喷头。


背景技术：

2.如图1所示的注射器式3d打印机可打印稀薄或粘稠的流态材料，结构简单、价廉，喷头易清洁、易更换，广泛用于生物医疗器件和复杂功能结构件的 3d打印成形，但这种3d打印机通常只有一个注射器式喷头和一个材料流道，只能打印一种材料。如何用注射器式3d打印机实现多材料打印，是增材制造行业面临的一个重要课题。
3.解决上述问题的一个现有的办法是如图2所示，在打印机的右侧设置注射器库，注射器库中有多个注射器，每个注射器内注入不同的流态材料，喷头上可安装一个注射器，内有一种流态材料，当此喷头打印所需图形之后，打印机驱动喷头自动移至注射器库的上方，卸下喷头上的注射器，从注射器库中选择另一个注射器，并自动将其安装在喷头上，然后喷头返回工作位置，打印第二种流态材料。这种办法可以实现多材料的打印，但需往返更换注射器，结构复杂，浪费时间，打印效率不高。
4.解决上述问题的另一个现有的办法是如图3所示，在打印机的喷头上设置多个横向并列的注射器，每个注射器内注入不同的流态材料。打印时，每个注射器轮流工作，打印不同的材料。这种办法可以实现多材料的打印，但需要频繁更换注射器进行打印，而且必须确保每个注射器下端的喷嘴处于相同的高度，否则会造成打印失败，或打印件表面品质缺陷。实际打印时，由于喷嘴的孔径大小需根据所用流态材料的黏度而变更，往往不得不更换喷嘴，然而外购喷嘴的长度不能确保恒定，因此必须设置复杂的对高机构，否则难于确保每个注射器的喷嘴处于相同的高度。这种办法的另一个缺点是，为了能在横向并列多个注射器，只能选用直径和容积较小的注射器，因此无法实现长时间连续打印。


技术实现要素：

5.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
6.本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种多流道3d打印机喷头，这种喷头中有多个材料流道，所有流道汇集于一个共同的喷嘴，用高速电磁阀和阻隔器实现流道的快速通断切换，从而完成多材料的3d打印。
7.本发明的技术方案为：本发明揭示了一种2流道的3d打印机喷头，包括两个注射器、两个流道、一个喷嘴、一个阻隔器、两个供料筒和两个电磁阀，其中：
8.第一注射器和第二注射器，用于喷射流态材料；
9.第一流道和第二流道，用于流态材料的流通；
10.喷嘴，用于第一流道和第二流道的汇集；
11.阻隔器，用于阻隔第一流道和第二流道；
12.第一供料筒和第二供料筒，用于向第一注射器和第二注射器供应流态材料；
13.第一电磁阀和第二电磁阀，用于控制流态材料的喷射；
14.其中通过第一电磁阀和第二电磁阀、以及阻隔器，控制第一流道和第二流道之间的通断切换，以使同一个喷嘴打印多种流态材料。
15.根据本发明的2流道的3d打印机喷头的一实施例，第一注射器的上进口和第一供料筒的下出口之间连通，第一注射器的下出口和第一流道的上进口自之间连通；第二注射器的上进口和第二供料筒的下出口之间连通，第二注射器的下出口和第二流道的上进口之间连通。
16.根据本发明的2流道的3d打印机喷头的一实施例，第一流道的下出口和第二流道的下出口汇合后与喷嘴的内孔相通。
17.根据本发明的2流道的3d打印机喷头的一实施例，阻隔器由微型气缸、连接板、阻隔栓、横孔和堵头组成；微型气缸的外伸活塞杆与连接板连接，微型气缸的2个进气口分别与第二电磁阀的2个下通口连接，连接板的下端与阻隔栓的中段连接，阻隔栓的外表面与横孔配合以使阻隔栓在横孔中能够沿左右方向往复运动，横孔相对第一流道和第二流道的上段呈垂直布置，两个堵头分别位于横孔的左右两端，用于阻隔栓的左右运动限位。
18.根据本发明的2流道的3d打印机喷头的一实施例，阻隔栓为圆柱形橡胶件。
19.根据本发明的2流道的3d打印机喷头的一实施例，第一供料筒和第二供料筒的上进口分别与第一电磁阀的两个下通口连接。
20.根据本发明的2流道的3d打印机喷头的一实施例，第一电磁阀和第二电磁阀的进口均与压缩空气源相通，第二电磁阀的出口自与微型气缸连接。
21.本发明还揭示了一种多流道3d打印机喷头，其特征在于，由多个如上所述的2流道的3d打印机喷头并列组成。
22.本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的多流道3d打印机喷头中设有多个材料流道，可供多种流态材料流通，所有流道汇集于一个共同喷嘴，用高速电磁阀和阻隔器控制各个流道的快速通断切换。相较于现有的3d打印机喷头，本发明能用一个喷嘴打印多种流态材料。此外，本发明用容积大的供料筒向注射器供应流态材料，能实现长时间的连续打印。
附图说明
23.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
24.图1是现有的单注射器式3d打印机的结构示意图。
25.图2是现有的用注射器库实现多材料打印的3d打印机的结构示意图。
26.图3是现有的用多个并列注射器的喷头的结构示意图。
27.图4示出了本发明的2流道的3d打印机喷头的实施例的结构示意图。
28.图5示出了本发明的4流道的3d打印机喷头的实施例的结构示意图。
29.附图标记：
30.1a
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第一注射器
31.2a
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第二注射器
32.3a
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第一流道
33.15a
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第二流道
34.5a
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喷嘴
35.8a
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第一供料筒
36.9a
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第二供料筒
37.10a
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第一电磁阀
38.14a
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第二电磁阀
39.6a
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微型气缸
40.7a
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连接板
41.4a
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隔离栓
42.17a、18a 堵头
43.11a
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压缩空气
44.12a
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流态材料
45.13a
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流态材料
46.16a
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横孔
47.1b、2b、3b、4b
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注射器
48.5b、6b、7b、8b
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流道
49.9b
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喷嘴
50.10b、11b 阻隔器
具体实施方式
51.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.图4示出了本发明的一种2流道的3d打印机喷头的实施例的结构示意图。请参见图4，本实施例的2流道的3d打印机喷头主要包括：注射器(包括第一注射器1a、第二注射器2a)、流道(包括第一流道3a、第二流道15a)、喷嘴 5a、阻隔器、供料筒(包括第一供料筒8a、第二供料筒9a)和电磁阀(包括第一电磁阀10a、第二电磁阀14a，均为高速电磁阀)。
55.第一注射器1a的上进口和第一供料筒8a的下出口之间连通，第一注射器 1a的下出口和第一流道3a的上进口自之间连通。第二注射器2a的上进口和第二供料筒9a的下出口之间连通，第二注射器2a的下出口和第二流道15a的上进口之间连通。
56.第一流道的3a下出口和第二流道15a的下出口汇合后与喷嘴5a的内孔相通。
57.阻隔器由微型气缸6a、连接板7a、阻隔栓4a、横孔16a、和堵头17a、18a 组成。微型气缸6a的外伸活塞杆与连接板7a连接，微型气缸6a的2个进气口分别与第二电磁阀14a的2个下通口连接。连接板7a的下端与阻隔栓4a的中段连接，阻隔栓4a为圆柱形橡胶件，圆柱外表面与横孔16a配合以使阻隔栓4a在横孔16a中能够沿左右方向往复运动，横孔16a相对第一流道3a和第二流道15a的上段呈垂直布置，两个堵头17a、18a分别位于横孔16a的左右两端，用于阻隔栓4a的左右运动限位。
58.第一供料筒8a和第二供料筒9a的上进口分别与第一电磁阀10a的两个下通口连接。
59.第一电磁阀10a和第二电磁阀14a的进口均与压缩空气源相通，第二电磁阀14a的出口自与微型气缸6a连接。
60.请参见图4，当第一电磁阀10a处于断电状态时，压缩空气11a进入供第一料筒8a，迫使其中的流态材料12a，通过下方的软管流向第一注射器1a。由于此时第二电磁阀14a也处于断电状态，压缩空气11a进入微型气缸6a的右侧，微型气缸6a的左侧通过第二电磁阀14a排气，微型气缸6a的活塞向左移动，通过连接板7a带动阻隔栓4a向左移动，直到阻隔栓4a的左前端触及左堵头 18a，因此快速阻隔第二注射器2a下方的第二流道15a，同时快速开启第一注射器1a下方的第一流道3a，流态材料12a通过第一注射器1a、第一流道3a 和喷嘴5a，喷射至打印机工作台(未示出)。此时第二供料筒9a上方处于排气状态，释放气压，流态材料13a不会从喷嘴5a流出。用流态材料12a打印一层所需图形后，若需打印流态材料13a时，第一电磁阀10a快速切换为通电状态，阀芯向右移动，压缩空气11a进入第二供料筒9a，迫使其中的流态材料 13a，通过下方的软管流向第二注射器2a。与此同时，第二电磁阀14a快速切换为通电状态，阀芯向右移动，压缩空气11a进入微型气缸6a的左侧，微型气缸6a的右侧通过第二电磁阀14a排气，微型气缸6a的活塞向右移动，通过连接板7a带动阻隔栓4a向右移动，直到阻隔栓4a的右前端触及右堵头17a，快速阻隔第一注射器1a下方的第一流道3a，同时快速开启第二注射器2a下方的第二流道15a，流态材料13a通过第二注射器2a、第二流道15a和喷嘴5a 喷射至打印机工作台(未示出)。此时第一供料筒8a上方处于排气状态，释放气压，流态材料12a不会从喷嘴5a流出。
61.采用本发明的上述实施例的结构后，在变更打印材料时，用高速电磁阀快速切换相应供料筒的供料和相应流道的通断(切换时间小于1ms)，而且第二电磁阀14a的位置贴近微型气缸6a，微型气缸6a的活塞和阻隔栓4a的动作灵敏，从其导致的流道关闭口至喷嘴5a之间的距离小，其中的流态材料质量微小，因而可实现打印材料的干净、实时快速切换。
62.当需要打印4种材料时，可采用并列的两套图4所示的系统，即，图5所示的4流道的3d打印机喷头的实施例的结构。其中有4个注射器1b、2b、3b 和4b，分别注入4种不同的流态材料，流道5b和6b的通断用阻隔器10b控制，流道7b和8b的通断用阻隔器11b控制，流道5b、6b、7b和8b汇聚后与喷嘴 9b的内孔连通。
63.由于4流道的3d打印机喷头实际上就是由两套2流道的3d打印机喷头并列组成，因
此其具体的实施原理同上述的2流道的3d打印机喷头，在此不再赘述。
64.同理，6流道可以采用3套如图4所示的结构，多流道的3d打印机喷头的结构均可以此类推，是由多组如图4所示的2流道的3d打印机喷头并列组成。
65.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。