一种针对颗粒状材料的单流道多加热模块打印喷头

1.本发明属于3d打印领域，具体涉及一种针对颗粒状材料的单流道多加热模块打印喷头。


背景技术：

2.3d打印(3d printing)，又称为增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它区别于传统的加工技术，通常以逐层堆叠累积的方式将材料连接起来构造物体的过程，其内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”(rapid prototyping)和全生产周期的“快速制造”(rapid manufacturing)相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。而在3d打印中，fdm 3d打印是应用最为广泛，使用最为普及的一种。
3.现阶段，对于颗粒状材料的打印一般都是通过做成丝状带用料，或者是将熔解装置置于外端，下端通过直写式的喷头进行打印。但是这两种方法，对于配比极为严格的含能材料都是不合适的。含能材料是由多种不同颗粒材料进行混合就导致其不能在打印前将其做成丝状材料。同时粘性大的材料在进行直写式的3d 打印式容易造成料管堵塞。
4.在现在的fdm桌面式3d打印机中，对于颗粒状的材料进行打印的打印机，应用最多的模式为喷口进行z轴方向运动，打印平台进行xy轴方向的运动。但是由于料筒的容积一定，在料筒内剩余材料不足以支持一次打印时，就需要对料筒内剩余材料进行清洗(材料加热再次冷却后，材料的性能会发生改变，故不能向料筒内直接添加未加热的材料)，这就造成了极大的浪费，并且及其的消耗时间，降低打印效率，以火药颗粒的代用料(纤维素衍生物与乙酸乙酯按一定比例混合调制)来说,运用加热块对直径为50mm高70mm的料简进行加热至安全打印温度 (约60～70摄氏度之间)，它的加热时长平均在30-40分钟，而手动清洗料筒的时长约为40-60分钟。这对于本身料筒容量较小的3d打印机，一天需要进行多次打印操作的情况，是及其不友好的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种有多个材料加热储存仓的打印喷头，通过设置两个副加热料筒来避免反复抬起挤压装置导致内部温度降低，材料性质改变的问题，通过这种方式降低材料消耗，减少设备清洗次数。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：一种针对颗粒状材料的单流道多加热模块打印喷头，包括一个主料筒和两个副料筒；
7.主料筒底部通过固定结构连接喷头，主料筒的侧面设有与副料筒出口连接的入口；
8.两个副料筒的结构相同，主体呈l型，l型副料筒包括竖向流道、横向流道和设置在竖向流道上的料腔，料腔和竖向流道之间设有可翻转的阻流板，竖向流道和横向流道之间设有推送板，通过推送板的水平移动实现对熔融态材料的推送，横向流道的出口连接主料
筒的侧面入口；处于阻流板上部料腔内的材料呈现熔融态，主料筒位于侧面入口下的部分外周套设硅胶加热套，使材料呈现熔融态。
9.进一步的，阻流板在料筒内可做xz方向上的转动。
10.进一步的，阻流板相对的两侧分别设有圆柱型突起，插入到副料筒预先设置的圆柱型缺口中，使其在副料筒内部仅可做xz方向上的转动，副料筒表面设有按钮，通过按钮调节阻流板的状态。
11.进一步的，副料筒位于阻流板上部的外周设有硅胶加热套。
12.进一步的，副料筒竖直部分下半区的内部设置有漏斗形收缩口，漏斗形收缩口与副料筒竖直方向同心，阻流板设置在漏斗形收缩口的正上方。
13.进一步的，推送板外侧固定连接伸缩推送杆，副料筒上配设有供伸缩推送杆穿过的通孔。
14.进一步的，推送板的制作过程是：取一个厚度为竖直实际流道一半的空心圆管，切除为一个半圆管，再将一个与横向实际流道平面形状相同的模具放置于半圆柱表面，切除多余部分即得到推送板的形状；推送板竖直方向与上半流道内腔贴合，推送板水平方向与水平流道内腔贴合。
15.进一步的，横向实际流道内侧底部设有半圆形导轨，推送板底部设有与半圆形导轨相配合的缺口。
16.进一步的，副料筒和主料筒通过螺纹连接。
17.一种采用上述的打印喷头进行打印的方法，包括如下步骤：
18.步骤(1)：对主料筒和副料筒同时进行加热处理，阻流板处于关闭状态，材料在副料筒上端加热，使内部的打印材料处于熔融的状态；
19.步骤(2)：当主料筒内的剩余材料不能支持一次打印时，上移主料筒内的挤出轴的高度，启动使阻流板开始翻转，阻流板失效，熔融态打印材料通过漏斗形收缩口，进入副料筒实际流道；
20.步骤(3)：通过副料筒顶部观察材料的剩余量，所剩较少时翻转阻流板至平行于平面的方向，将剩余材料送入收缩口，并再次起到阻流作用；
21.步骤(4)：启动伸缩推拉杆，推送板沿着半圆形导轨将进入实际流道的材料向前推送，最终将副料筒内的全部材料送至主料筒内时，一轮的工作结束，伸缩推送杆收缩，推送板归位，准备下一轮的工作；
22.步骤(5)：主料筒内的打印料得到补充，3d打印机进行再次调平即可打印。
23.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
24.(1)本发明的整体料筒结构具有可持续添加材料的功能，减少了传统dfm 打印机对于颗粒状材料的添加时间；
25.(2)通过副料筒进行反复填料，避免从z轴主料筒填料，省去了再次加热、清洗、调平等系列操作，填料时间显著减少，同时避免了在填料过程中由于温度的变化对于材料性质的改变；
26.(3)整体结构简单，只需在原有dfm 3d打印机的基础上进行改进即可，零部件数目少，制造改进方便；
27.(4)左右的两个副料筒设计的是可拆卸的结构，上端的主料桶与打印喷头之间也
是可拆卸的结构，清洗方便。
28.(5)这种多加热模块的打印喷口能减少了由于不同产品所需打印材料多少不同，导致的剩余材料的损失，并且减少料筒的清理次数和时间；总体结构简单，只需要在原有的dfm打印机打印喷口模组的基础上进行改进即可，零部件数目较少，制造改进方便；制造装配和维修都比较容易，因而成本大大降低；在设计完成之后就可制造出产品，易于推广。
附图说明
29.图1为本发明的整体喷头模块示意图。
30.图2为本发明的副料筒下端内部结构示意图。
31.图3为本发明的异型推送板结构示意图；其中，(a)为仰视图，(b)为三维示意图，(c)为右视图，(d)为左视图。
32.图4为本发明的异型推送板和横向实际流道内壁贴合半剖示意图；其中(a) 为推拉杆侧视图，(b)为剖面侧视图。
33.图5为本发明的异型推送板和竖直方向实际流道内壁贴合示意图。
34.附图标记说明：
35.1-主料筒，2-副料筒，3-副料筒硅胶加热套，4-阻流板，5-按钮，6-漏斗形收缩口，7-伸缩推拉杆，8-推送板，9-副料筒下端外壳，10-主料筒硅胶加热套，11
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固定结构，12-喷头，13-主料筒实际流道，14-副料筒实际流道，15-半圆导轨， 16-副料筒接口。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
37.本发明的目的是提供一种有多个材料加热储存仓的打印喷头，通过设置两个副加热料筒来避免反复抬起挤压装置导致内部温度降低，材料性质改变的问题，通过这种方式降低材料消耗，减少设备清洗次数。
38.本发明是一种针对颗粒状材料的单流道多加热模块新型打印喷口，包括以下的几个部分：打印材料料筒，料筒外部设有螺纹侧边设置有两个可以添加额外输入的连接口，下端连接有一个120
°
锥角的正式流道，下端安装有一个直径为 0.4mm的打印喷头，同时在料筒下端光滑部分包裹有硅胶加热条，侧边的输入口安装了额外两个用于加热预备料的辅助料筒，辅助料筒加热结构和主料筒完全一致，在辅助料筒内部安装有一个可以翻转的阻流板，下端口部分有一个可伸缩的推送杆。
39.本发明的两个副料筒内部的圆形阻流结构不仅仅起到阻流作用，在其翻转时对于处于底端的粘稠液体也有推送作用；副料筒的水平方向的末端设置了螺纹结构，保证与主料筒连接时打印过程中内部压力不受影响，并保证了整体是可以拆卸的，清洗方便；副料筒的异形推送板与x、z两个方向的流道壁面可以完全贴合，减少内腔占用空间的同时，保证挤出效率。副料筒和主料筒之间设有螺纹和密封圈。
40.本发明公布了一种针对颗粒状材料的单流道多加热模块新型打印喷口，如图 1所示，包括与主料筒1连接的副料筒2，二者通过螺纹连接口16螺纹连接。在主料筒1上包含有主料筒硅胶加热套10，放置在主料筒1的最下端。在主料筒1的下方是一个打印的喷头12，两者在竖直方向上通过圆形的法兰片连接，四颗螺钉进行固定。在主料筒的内部下方是主料
筒实际流道13。在副料筒2上设置有副料筒硅胶加热套3，包裹在副料筒2的上半区外部，紧接着设置了启动按钮5。在副料筒竖直部分下半区的内部设置有漏斗形收缩口6，与副料筒竖直方向同心。在副料筒2含有的阻流结构由阻流板4，其设置在漏斗形收缩口6的正上方。阻流板4 两侧设置有一个圆柱的突起，插入到副料筒预先设置的圆柱型缺口中，使其在副料筒内部仅可做xz方向上的转动。副料筒的水平部分最右侧为伸缩推送杆7，异型推送板8固定在推送杆7的端部，(推送板形状见图4，其制作的的过程是：取一个厚度为竖直实际流道一半的空心圆管，切除为一个半圆管，再将一个与横向实际流道平面形状相同的模具放置于半圆柱表面，切除多余部分即得到推送板的模型)，共同在副料筒实际流道14内，沿着半圆形导轨15运动。推送板8竖直方向与上半流道内腔贴合，见图5(b)。推送板8水平方向与水平流道内腔贴合, 见图5，使其能进行水平的滑动，从而实现纵向挤出的目的。
41.本发明的工作原理为：首先对于主料筒1副料筒2同时进行加热处理，这时候副料筒2内的装置未启动，启动键5限制阻流板4的转动，阻流板4处于关闭状态，材料在副料筒上端加热，使内部的打印材料处于熔融的状态。当桌面级3d打印机主料筒内的剩余材料不能支持一次打印时，上移挤出轴的高度，启动副料筒2 上的按钮5，此时阻流板4开始翻转，阻流板4失效，熔融状打印材料由于主料筒内部的气压降低和自身材料的重力作用通过漏斗形收缩口6，进入副料筒实际流道14。
42.通过副料筒顶部观察材料的剩余量，所剩较少时再次启动按钮5，阻流板4 由于按钮5的限制作用，再次翻转至平行于平面的方向，将剩余材料送入收缩口，并再次起到阻流作用。下端的推送结构7启动，推送板8沿着轨道15将进入实际流道14的材料向前推送，最终将副料筒2内的全部材料送至主料筒1内时，一轮的工作结束，伸缩推送杆收缩，推送板归位，准备下一轮的工作。
43.此时主料筒1内的打印料得到补充，且剩余的材料没有反复的熔化，材料性质没有发生改变，桌面级3d打印机进行再次调平即可打印。