[发明专利]3D打印机喷丝截面积可调结构及其速度和精度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种3D打印机喷丝截面积可调结构及其速度和精度控制方法。

背景技术

3D打印，作为一种快速成形技术，是通过软件将3D数字模型进行分层离散化处理，然后运用粉末状金属或塑料等可粘合性材料，通过逐层堆积的方式来构造实体。3D打印技术是一种加式制造范畴，有别于传统的减式制造范畴，能够更好的节约生产原料。

目前，常见的3D打印技术有熔丝沉积技术，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细通道的喷头挤喷出来，从喷嘴喷出后，沉积在工作台上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积最终形成成品。3D打印中，喷头是其一个核心部件；但是常规的3D打印机的打印喷头的挤料喷嘴内径截面形状只有固定的圆形，单位时间内喷嘴喷丝的体积一定。由于喷嘴内径截面面积的不可调，我们不能控制3D打印机的打印精度和速度；无法针对不同的打印目的和不同的打印区域(不同模型或者同一模型)，实现不同的打印精度和速度。

发明内容

本发明解决的技术问题之一在于基于目前的3D打印机喷嘴内径截面形状都是圆形的，不能做到针对不同模型或者同一模型不同区域的打印速度和精度的控制的现状，提供一种3D打印机喷丝截面积可调结构，可以调节打印速度和精度。

本发明解决的技术问题之二在于基于目前的3D打印机喷嘴内径截面形状都是圆形的，不能做到针对不同模型或者同一模型不同区域的打印速度和精度的控制的现状，提供一种可以根据打印需求控制打印速度和精度的速度和精度控制方法。

本发明解决上述技术问题之一的技术方案是：

包括有输料管路、挤料喷嘴；挤料喷嘴位于输料管路下方；其特征在于：还包括有外围壳体和驱动装置，输料管路内嵌于外围壳体内，挤料喷嘴同轴固定连接在输料管路下方；输料通道与挤料喷嘴的内通道截面形状的重心位于垂直输料管路和挤料喷嘴内通道截面的同一轴上；输料管路在驱动装置的驱动下可以相对于挤料喷嘴绕前述轴转动；从而调节喷头喷丝的截面积。

所述的驱动装置包括转盘和电机；转盘与打印机机体相连，电机位于外围壳体内并可驱动转盘转动；输料管路固定安装于转盘的下端。

所述的输料管路的内通道截面形状与挤料喷嘴的内通道截面形状均为规则的多边形。

所述的规则的多边形可为三角形、四边形等规则的多边形。

所述的输料管路的内通道截面形状和挤料喷嘴的内通道截面形状为相同的矩形，其中矩形的长边为L_max，短边为L_min；输料管路绕垂直于输料管路和挤料喷嘴的内通道截面形状的轴的旋转角度为θ；当旋转角度为θ的喷头往一方向进行工作时，有效的打印区域宽度为L_maxsinθ+L_mincosθ；在喷头移动速度大小不变、每层的Z轴成型高度为一定值时，单位时间内不同旋转角度的喷头有效的打印区域面积与打印区域宽度成正比。

所述的外围壳体内包含有加热装置，用于加热输料管路中的ABS或PLA等易熔融的传输物料，使其为熔融状态。

本发明解决上述技术问题之二的技术方案是：

所述的打印速度调控方法是：

打印速度V＝K*S*L；其中S为喷嘴实际喷丝的截面积，L为单位打印成形面积，K是与打印机有关的常量；

喷嘴实际喷丝截面积S和单位打印成形面积L决定进料速度，并影响热熔速度；进料速度和热熔速度共同决定打印速度；

通过S与L的改变形成一个信号来控制打印速度，即调控喷头输料管路的进料速度；

所述的精度调控方法是：根据打印精度的不同需求，调整打印速度以控制打印精度；打印精度要求高时，打印速度慢；打印精度要求低时，打印速度快。

通过电机调控挤料喷嘴旋转的角度来改变单位时间内挤料喷嘴实际挤出物料的截面积S；由于打印喷头的工作移动速度不变，为确保每层Z轴成形高度为一定值，要实时地根据挤料喷嘴实际挤出物料的截面积S来调控输料管路的进料速度；进料速度与传输物料的热熔速度大小相等，同时也为打印机工作时的打印速度V。