一种3D打印喷头结构的制作方法

一种3d打印喷头结构
技术领域
1.本实用新型涉及增材制造领域，尤其涉及一种3d打印喷头结构。


背景技术：

2.3d打印技术(又被称为增材制造)因具有可定制化、打印产品结构复杂、节约材料等诸多优点被应用于航空航天、汽车、医疗、军事等战略及民生领域。《“十四五”规划》等一系列国家政策文件均将高端装备，特别是以增材制造为主的智能制造列为重点且优先发展的目标。
3.目前3d打印工艺仍然存在打印时间长、散热效果差、喷嘴难清洗、材料性能差等诸多弊端。尤其打印长纤维复合材料时，现有技术通过螺杆推送方式挤出导致纤维易搅断、方向一致性差、散热性能差。而该关键问题的解决有利于打印出高性能产品，推动相关行业高质量快速发展，对建设制造强国具有重要战略意义。
4.采用一种新型打印喷头结构解决以上关键问题急迫而十分必要。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种3d打印喷头结构，以解决在先技术中散热效果差、喷嘴难清洗及材料性能差的问题。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：
7.一种3d打印喷头结构，用于3d打印，其特征在于，包括喷头和旋转机构，所述喷头内设有内螺纹结构，所述旋转机构带动所述喷头旋转，所述喷头内打印物料在内螺纹带动下扰动打印物料流动形成湍流并螺旋挤出。
8.可选地，所述喷头具有相同壁厚的中空圆柱与锥形组合结构，所述喷头内表面设有相同牙型结构的螺旋螺纹；
9.所述牙型结构可以是矩形螺纹或梯形螺纹或锯齿形螺纹或圆弧螺纹或三角形螺纹；
10.所述喷头喷嘴为一定规格尺寸的圆孔以使不同打印物料被挤出。
11.可选地，所述喷头与储料箱通过轴承连接，所述喷头相对所述储料箱绕所述喷头中轴线做旋转运动；
12.所述储料箱与所述喷头内部连通；
13.所述储料箱设有检测装置及控制开关，所述检测装置可以是光学传感器或压力传感器；
14.所述检测装置与所述控制开关连通，所述检测装置根据打印物料检测情况以控制所述控制开关打开或关闭；
15.所述旋转机构与所述储料箱连接。
16.可选地，所述旋转机构包括齿轮、电机、啮合齿轮，所述电机固定端与所述储料箱连接，所述电机输出端与所述齿轮连接，所述啮合齿轮与所述喷头连接；
17.所述齿轮与所述啮合齿轮啮合；
18.所述电机带动所述齿轮旋转，所述齿轮带动所述啮合齿轮转动进而带动所述喷头转动。
19.可选地，所述打印物料为塑料或复合材料或金属，例如pla或peek或光敏树脂或碳纤维复合材料或碳纳米管复合材料。
20.在本实用新型实施例中，通过设置喷头内螺纹结构，可以有效增加打印物料与所述喷头内表面接触面积，从而使散热性能更好，更易于固化；设置旋转机构可以控制喷头旋转速度进而调节喷出速度；内螺纹结构与旋转机构二者相互配合，使喷头内打印物料阻力增大，通过摩擦旋转由层流变湍流挤出，尤其可以使纤维复合材料的方向一致性更好，性能更佳；而且通过控制电机正反转可以有效清除喷头内残余附着物解决难清洗易堵塞问题；同时，该喷头结构简单，打印物料广泛不限于废料、粒料且形式多样；本技术在现有技术上创新性增加旋转螺纹，本实用新型实施例解决了在先技术中散热效果差、喷嘴难清洗及材料性能差的问题。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1表示本实用新型实施例提供的一种3d打印喷头结构剖视图；
23.附图标记说明：
24.10.喷头；20.旋转机构；21.电机；22.齿轮；23.啮合齿轮；30.储料箱；40. 检测装置；50.控制开关；60.轴承；
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
27.参见图1，一种3d打印喷头结构，用于3d打印，其特征在于，包括喷头 10和旋转机构20，所述喷头10内设有内螺纹结构，所述旋转机构20带动所述喷头10旋转，所述喷头10内打印物料在内螺纹带动下扰动打印物料流动形成湍流并螺旋挤出。
28.在本实用新型实施例中，通过设置喷头10内螺纹结构，可以有效增加打印物料与所述喷头10内表面接触面积，从而使散热性能更好，更易于固化；设置旋转机构20可以控制喷头10旋转速度进而调节喷出速度；内螺纹结构与旋转机构二者相互配合，使喷头10内打
印物料阻力增大，通过摩擦旋转由层流变湍流挤出，尤其可以使纤维复合材料的方向一致性更好，性能更佳；而且通过控制电机21正反转可以有效清除喷头内残余附着物解决难清洗易堵塞问题；同时，该喷头10结构简单，打印物料广泛不限于废料、粒料且形式多样；本技术在现有技术上创新性增加旋转螺纹，本实用新型实施例解决了在先技术中散热效果差、喷嘴难清洗及材料性能差的问题。
29.需要说明的是，在本实用新型实施例中，采用的原理是非牛顿流体具有粘弹性，与螺纹角接触位置具有剪切力、摩擦力，从而带动流体形成湍流，从而在旋转力的作用下更好地挤出，对材料性能提高具有有益效果。
30.需要说明的是，在本实用新型实施例中，可以用于3d打印多种工艺，例如： fdm打印工艺或sla打印工艺或sls打印工艺或slm打印工艺或复合材料打印；
31.其中，在本实用新型实施例中，fdm打印工艺为将热塑性塑料熔融后经喷头挤出冷却成型；
32.其中，在本实用新型实施例中，sla打印工艺为将光敏材料(例如光敏树脂)通过喷头喷出并辅助紫外光照后固化成型；
33.其中，在本实用新型实施例中，sls打印工艺为将金属颗粒材料经喷头喷出并辅助激光直接烧结成型；
34.其中，在本实用新型实施例中，slm打印工艺为将金属颗粒材料经喷头喷出并辅助激光直接熔融成型；
35.其中，在本实用新型实施例中，复合材料打印工艺所使用的打印材料为复合材料(例如纤维增强复合材料、碳纳米管增强复合材料)，该打印喷头10对该材料作用尤为明显，打印出的形状呈旋转状，受热均匀，对材料性能提升具有有益效果；
36.需要说明的是，在本实用新型实施例中，现有技术中，打印喷头10为内部光滑口径，阻力小，有利于打印物料的喷出/挤出，然而需要辅助压力作用打印物料才被挤出/喷出，本方案采用螺纹旋转摩擦使打印物料挤出/喷出；
37.其中，在本实用新型实施例中，打印物料具有多样性，针对热塑性塑料可以是废料熔融后导入储料箱或粒料熔融后导入储料箱等，有效节约成本；
38.需要说明的是，在本实用新型实施例中，通过调节旋转喷头10的速度可以使复合材料增强相调节不同的方向，根据编程确定打印成型样件的强度；
39.需要说明的是，在本实用新型实施例中，通过调节旋转喷头10的反转可以将清洗液吸进喷头流道内，正转则喷出，从而清洁喷头，对防止喷头阻塞具有有益效果；
40.需要说明的是，在本实用新型实施例中，现有技术在打印物料喷出后需辅助冷却装置(例如风扇)或打印速度慢，本方案喷头10内部由于存在螺纹结构，增大了物料与喷头10的接触面积，而且旋转机构有利于更快降温并且保证温度均匀，对材料性能提升与打印效率具有有益效果；
41.可选地，所述喷头10具有相同壁厚的中空圆柱与锥形组合结构，所述喷头 10内表面设有相同牙型结构的螺旋螺纹；
42.所述牙型结构可以是矩形螺纹或梯形螺纹或锯齿形螺纹或圆弧螺纹或三角形螺纹；
43.所述喷头10喷嘴为一定规格尺寸的圆孔以使不同打印物料被挤出。
44.需要说明的是，在本实用新型实施例中，设置不同的牙型是根据不同的打印物料粘度导致剪切力、摩擦力不同，因而具有不同型号；
45.需要说明的是，在本实用新型实施例中，喷头锥尖位置圆孔具有不同的规格同样根据不同的打印需求及物料属性进行更换，喷嘴圆孔直径可以是0.1mm 或0.2mm或0.4mm等；
46.可选地，所述喷头10与储料箱30通过轴承60连接，所述喷头10相对所述储料箱30绕所述喷头10中轴线做旋转运动；
47.所述储料箱30与所述喷头10内部连通；
48.所述储料箱30设有检测装置40及控制开关50，所述检测装置40可以是光学传感器或压力传感器；
49.所述检测装置40与所述控制开关50连通，所述检测装置40根据打印物料检测情况以控制所述控制开关50打开或关闭；
50.所述旋转机构20与所述储料箱30连接。
51.需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述储料箱30作用是存储打印物料并提供给喷头10；
52.需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述储料箱30设有检测装置40 可以根据设置判断打印物料的多少，从而打开或关闭控制开关50，保证打印物料在储料箱30的存料具有相同体积，进而实现不间断打印；
53.需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述储料箱30与所述喷头10内部连通，从而保证储料箱30的打印物料进入喷头10，实现持续供应；
54.需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述旋转机构20与所述储料箱30 连接，在具有加热需要的工艺条件下，所述旋转机构20与所述储料箱30通过隔热装置相连接，所述储料箱30具有保温效果；
55.可选地，所述旋转机构20包括齿轮22、电机21、啮合齿轮23，所述电机 21固定端与所述储料箱30连接，所述电机21输出端与所述齿轮22连接，所述啮合齿轮23与所述喷头10连接；
56.所述齿轮22与所述啮合齿轮23啮合；
57.所述电机21带动所述齿轮22旋转，所述齿轮22带动所述啮合齿轮23转动进而带动所述喷头10转动。
58.需要说明的是，在本实用新型实施例中，设置齿轮22与啮合齿轮23啮合实现转动，电机21带动喷头旋转，结构简单，可靠性好；
59.可选地，所述打印物料为塑料或复合材料或金属，例如pla或peek或光敏树脂或碳纤维复合材料或碳纳米管复合材料。
60.需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述打印物料为塑料时，可以为热塑性塑料或树脂，热塑性塑料有pla、abs、pa、tpu等，树脂有光敏树脂、环氧树脂等；复合材料增强相可以是碳纤维、尼龙、碳纳米管等；金属为不锈钢、铝合金、钛合金等金属粉末颗粒。
61.本实用新型的工作原理和工作过程如下：
62.(1)打开控制开关50，所述打印物料进入储料箱30；
63.(2)所述打印物料达到所述设置后，关闭所述控制开关50；
64.(3)所述旋转机构20带动所述喷头10旋转并挤出所述打印物料；
65.(4)检测装置40检测所述储料箱物料，所述打印物料低于所述设置后，打开所述控制开关50；
66.(5)控制所述喷头10转速，以调节打印速度，并移动所述喷头10形成打印工件；
67.(6)打印完成后，将所述喷头10置于相应清洗液中，所述喷头10反向旋转以吸入清洗液清洗流道，正向旋转喷出清洗液，完成清洗。
68.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
69.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对在先技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。
70.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。