一种光固化-FDM组合材料打印机喷头的制作方法

一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印装置技术领域，具体的涉及一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头。


背景技术：

2.熔融沉积成型技术(fdm)是将打印耗材经过高温喷头熔融后，根据打印的轨迹逐层累加最终生产出三维立体模型。料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结，每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。该种3d打印方法简单、工艺成熟、具有较低的成本等一系列优点。该技术可以打印多种材料，常用的材料包括有机聚合物，例如abs、pla、pc等材料；也可以是含有陶瓷粉末的丝线，也可以是含有金属的丝线。该技术广泛应用于原型的开发、生物医疗、艺术品展示等领域。
3.光固化成型原理是聚合物单体与预聚体组成光引发剂(光敏剂)，简称(szg
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3d)经过uv光(例如，250
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405nm波长)照射后，引起聚合反应，完成固化。
4.现有的3d打印中，如需要使打印出的材料内部和表层是不同的材料构成的，需要分次打印，打印效率低。
5.申请公布号为cn 111032251 a的中国专利于2020年4月17日公布了一种3d打印机，通过混合两个进料器内的金属粉末，使得制品的不同部分具有不同的特性(例如强度、颗粒度、导电性、导热性、耐腐蚀性、硬度、耐磨性、裂纹偏转或吸能特性)，但是使用的材料为金属粉末的组合或金属粉末与非金属材料的组合，未解决有机物、陶瓷的组合打印，也未解决打印出的材料内部和表层材料的本质不同问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中部件的内部和表层材料不同需分次打印的问题，本实用新型提出一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头，该喷头结构可以同时喷出丝材和浆料两种材料，同时进行打印，实现一次性打印一个部件使其内部和表层具有不同的材料。
7.本实用新型的技术方案是这样实现的：
8.一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头，包括喷头和动力单元，喷头包括内喷头和外喷头，该外喷头连通浆料腔，浆料腔为中空腔体，且该浆料腔下方对应外喷头喷射位置设有紫外光灯，该浆料腔内设有内喷头；内喷头内部设有导丝管，该导丝管外侧包裹加热器；动力单元固定连接喷头并为其提供动力。
9.作为优选，内喷头贯穿浆料腔并伸入外喷头内，内喷头的喷嘴与外喷头的喷嘴对应。
10.作为优选，内喷头与外喷头之间设有起支撑连接作用的支撑梁。内喷头下侧设置支撑梁以加强固定效果。
11.作为优选，支撑梁数量为3个，且平面内相邻两个支撑梁角度相差120度。选取此方
法，能够在使用的支撑梁材料最少的情况下达到最稳定的支撑效果。
12.作为优选，加热器外侧设有温度传感器，温度传感器为电阻式加热器和/或电感式加热器。针对高分子复合材料，加热温度的范围在150℃至300℃之间；针对陶瓷材料，加热的温度在1000℃至1500℃之间；针对金属材料，加热温度在700℃至1500℃之间，并且加热器的加热方式为电感加热。
13.作为优选，动力单元包括导丝器和气压传动装置，导丝器固定连接在导丝管上方，气压传动装置通过管道连接浆料腔。导丝器安装在导丝管正上方为丝材提供向下传动的动力，气压传动装置通过加压，为浆料腔内的浆料提供向下喷射的动力。
14.作为优选，管道上分别设有测量和显示管道气压状态的气压传感器和气压计，所述气压传感器和气压计电性连接所述气压传动装置。
15.作为优选，导丝管内装有丝材，该丝材为高分子材料、陶瓷材料、金属材料中的一种或几种。
16.作为优选，浆料腔内装有浆料，该浆料为含有光敏树脂的陶瓷浆料和/或高分子浆料。
17.一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头工作方法，采用以下步骤：
18.步骤1：使用三维绘图软件绘制三维模型，并根据打印精度选择切片厚度并设为参数保存；
19.步骤2：将丝材、浆料分别填充进导丝管和浆料腔内，将打印参数导入打印机中；
20.步骤3：加热器对喷嘴进行预热，同时根据打印材料的不同，设置加热器的加热温度；打开紫外光灯，准备打印；
21.步骤4：开始打印，动力单元开始工作，动力单元的气压传动装置为浆料腔提供压力，使浆料从外喷头喷出；动力单元的导丝器为丝材提供动力，丝材向下传动经过加热器加热融化后从内喷头喷出；
22.步骤5：打印系统同时检测内喷头出丝速率和外喷头出浆速率是否满足同步的要求，当不满足要求时，调整导丝器和气压传动装置直至内喷头与外喷头的工作速率恰巧合适，满足打印要求；
23.步骤6：丝材自动冷却成型，浆料经紫外光灯辐照后成型，打印完成后关闭紫外光灯，完成一次打印。
24.有益效果：
25.(1)本实用新型能够将通过内喷头喷出丝材，通过外喷头喷出浆料，将丝材和浆料两种材料进行组合打印，打印出表面和内部具有不同的材料部件，突破传统单一材料的限制；
26.(2)本实用新型的内喷头喷出的丝材的打印方法是基于fdm熔融沉积成型技术，外喷头喷出浆料的打印方法是基于光固化打印技术，fdm打印具有较高的打印效率，光固化打印具有较高的打印精度，本实用新型将fdm打印和光固化打印融合，提高了打印的成品的效率和精度。
27.(3)本实用新型使用紫外灯辐照外喷头喷出的浆料，进行光固化，可以有效改善打印零件表面的质量，且后处理简单方便。
28.(4)本实用新型使用气压传动装置为浆料提供动力，且使用气压传感器实时监测，
能够有效降低打印的出错率，提高打印的精度。
29.(5)本实用新型使用加热器为导丝管加热，可以根据不同的丝材选择不同的温度，丝材的适用范围广，且使用温度传感器实时监测内喷头的温度，实时控制打印时的温度，提高打印的精度。
附图说明
30.图1为本实用新型的一个实施例的打印机喷头结构示意图；
31.图2为本实用新型的一个实施例的打印机喷头工作方法示意图。
32.附图标记：
33.1外喷头、2内喷头、3温度传感器、4加热器、5导丝管、6浆料口、7导丝器、8螺纹、9气压传感器、10气压计、11气压传动装置、12紫外光灯、13支撑梁。
具体实施方式
34.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，所描述的实施例仅仅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做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。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.结合图1所示，一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头，结合打印的精度，喷头的直径优选为0.1至2mm之间，喷头包括内喷头2和外喷头1，外喷头1连通中空的浆料腔，使得浆料可以从浆料腔流入外喷头，浆料腔上方设有浆料口6，用于及时补充浆料。浆料腔下方设有紫外光灯12，紫外光灯12的照射位置对应外喷头1喷出浆料的位置，用于及时固化喷出的浆料。浆料腔内设有内喷头2并且通过螺纹8固定内喷头2，内喷头2穿过中空的浆料腔并伸入外喷头1内，内喷头2的喷嘴与外喷头1的喷嘴对应。内喷头2与外喷头1之间还设有将其二者固定的支撑梁13，支撑梁13优选数量为3个，平面内相邻两个支撑梁13相差120
°
。内喷头2内部设有放置丝材的导丝管5，该导丝管5上方设有导丝器7以对丝材提供动力，导丝管5外侧包裹加热器4用于融化丝材，加热器4外包裹温度传感器3。气压传感器11通过管道连接浆料腔，管道与浆料腔的连接处为气压接口，气压接口处设有密封橡胶圈以保证气压传递时的高气密性，管道上还设有可以测量和显示管道气压状态的气压传感器9和气压计10，气压传感器9和气压计10电性连接气压传动装置11。
38.结合图2所示，具体阐述一种光固化
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fdm组合材料打印机喷头工作方法：
39.步骤1：使用三维绘图软件绘制三维模型，并根据打印精度选择切片厚度并设为参数保存。
40.步骤2：将丝材、浆料分别填充进导丝管和浆料腔内，将打印参数导入打印机中。
41.步骤3：加热器对喷嘴进行预热，同时根据打印材料的不同，设置加热器的加热温度，针对高分子复合材料，加热温度的范围在150℃至300℃之间；针对陶瓷材料，加热的温度在1000℃至1500℃之间，温度传感器实时监测喷嘴的温度并进行反馈调节；针对金属材料，加热温度在700℃至1500℃之间；打开紫外光灯，准备打印。
42.步骤4：开始打印，动力单元开始工作，动力单元的气压传动装置为浆料腔提供压力，使浆料从外喷头喷出；动力单元的导丝器为丝材提供动力，丝材向下传动经过加热器加热融化后从内喷头喷出。
43.步骤5：打印系统同时检测内喷头出丝速率和外喷头出浆速率是否满足同步的要求，当不满足要求时，调整导丝器内的滚轮转速以调整出丝速率，调整气压传动装置以调整气压值，改变出浆速率，直至内喷头与外喷头的工作速率恰巧合适，满足打印要求。
44.步骤6：丝材自动冷却成型，浆料经紫外光灯辐照后成型，打印完成后关闭紫外光灯，完成一次打印。
45.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。