[发明专利]一种具有旋转式数字阀的3D打印装置

说明书

技术领域

本发明是涉及用于快速成型的装置，特别是涉及一种具有旋转式数字阀的3D打印装置。

背景技术

当前主流的3D打印技术，通过材料的逐层叠加与固化成型，实现快速制造。在单层打印过程中，打印头工作腔内液体材料在外部驱动力的作用下形成液滴，并以一定频率和速率喷射到相应位置。因此，稳定、精确和快速的微滴喷射是确保3D打印品质的关键。

3D微滴喷射主要有热气泡式，压电式和阀控式三种形式。热气泡式（如参考专利200980159776.5）通过将液体材料加热至300℃以产生蒸汽气泡，使材料在喷嘴处挤压分离；然而，高温加热工艺对打印材料及喷头提出了苛刻要求，大幅压缩了其使用范围。压电式（如参考专利201110098956.6，US10035055）利用压电材料在通电时产生形变的原理实现喷射，具有喷射装置简单、喷射精度较高等优点，但因压电材料形变范围有限，主要应用于小流量系统。阀控式（如参考专利US005988807A）则是通过阀芯的快速启闭来形成离散的喷射液滴，增大阀芯开度可迅速提升喷射流量，面对工业级3D打印的大流量需求，该喷射方式逐渐成为了研究热点。然而，其仍存在以下一些不足，主要表现为：

1）作为核心指标的打印效率仍不足，制约了3D打印的进一步大规模推广。当前阀控式喷射主要采用直动式开关阀，该阀每个启闭周期均存在阀芯加减速过程，启闭时间长；尤其在大流量工况下，阀芯启闭惯性力的不利影响更加显著，由此严重制约了打印效率的提升。

2）阀控式喷射的可靠性随输出流量增大而降低，流量提升遇到瓶颈。面对大流量3D打印需求，由于阀芯的开度大小有限，阀控式喷射常通过增大阀芯直径提升流量，却大幅增加了阀芯的重量与惯性。高速喷射下，大质量阀芯的惯性冲击迫使输出压力及流量发生波动，打印可靠性随之迅速降低。

3）两次喷射间易发生微液体滴落，制约高品质打印。在完成一次喷射、二次喷射未开始的时间内，喷头内的液体在重力作用易发生滴落，这严重影响了打印的精度。当前阀控式喷射（如参考专利WO058373A2）缺乏对液体滴落的有效控制，抑制了打印精度的进一步提升。

发明内容

本发明目的是提供一种适用于3D打印系统的旋转式数字阀，通过旋转式阀体的快速通断，实现高频响、大流量的精确液滴喷射，尤其适用于大尺寸产品的快速成型。

本发明的具体实施方案是：一种具有旋转式数字阀的3D打印装置，包括3D喷射液体进料装置，与进料装置出液端相连通的旋转式数字阀、与旋转式数字阀出料口相连接的打印喷头，所述旋转式数字阀内设有可与打印喷头连通以形成3D喷射液体的输料通道的原料腔，所述原料腔还连通有负压管路，所述负压管路与负压装置相连接，当打印喷头停止喷料时，负压装置控制经负压管路控制原料腔形成负压以防止打印喷头内的3D喷射液体液体因重力发生滴落。

进一步的，所述旋转式数字阀包括：

一阀体：阀体左侧上开设有与进料装置连通的进料口，阀体右侧与负压管连通的负压口、与打印喷头连通的出料口；

一阀套：所述阀固定于阀体内，所述阀套的套体设有与进料口连通的进料孔、与负压口连通的负压孔以及与出料口连通的出料孔；

一阀芯：所述阀芯固定于阀体内，所述阀芯包括套设于一转轴上且与转轴同步旋转的左凸肩与右凸肩，所述转轴一端穿过阀套与阀体与驱动装置相连接，所述阀套内左凸肩与右凸肩之间的空间形成原料腔，所述左凸肩与右凸肩分别与阀套两内侧端形成弹簧腔与控制腔，所述控制腔与弹簧腔经电磁阀控制连通以驱动左凸肩与右凸肩沿转轴轴向滑动，当左凸肩外壁遮蔽进料孔时，原料腔与负压孔相连通，当右凸肩外壁遮蔽负压孔时，左凸肩与原料腔连通。

进一步的，所述左凸肩表面上开有周期性分布的左槽口阵列，右凸肩表面上开有周期性分布的右槽口阵列，所述任意一个以阀芯轴线为边界的平面，只与左槽口阵列和右槽口阵列其中一个相交，以使当左槽口位于进料孔下方时，负压孔与右槽口错位，当右槽口位于负压孔下方时，进油孔与左槽口错位。

进一步的，所述左槽口阵列为三角槽阵列，所述右槽口阵列也为三角槽阵列，所述左槽口与右槽口的形状为等腰三角形，所述进料孔与负压孔截面为菱形，所述进料孔的内锐角与左槽口顶角相等，负压孔的内锐角与右槽口顶角相等。

进一步的，所述的菱形进料口的长对角线距离值与阀芯在向右移动的最大位移处进料孔外顶点和左槽口阵列外顶点之间轴向距离值相等；负压孔的长对角线距离值与阀芯在向左移动的最大位移处负压孔外顶点和右槽口外顶点之间轴向距离值相等。