[发明专利]基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头。

背景技术

3D打印所代表的FDM增材制造已经成为实现“工业4.0智能制造”的重要推动力，国家近年来大力扶持3D打印相关的创业科研项目。同时，3D打印也暴露出能耗过大、耗时过长、材质单一等问题，3D打印所使用的材料熔点普遍都在二百摄氏度以上，若打印时间过长将带来严重的能源损耗和机械磨损。

针对上述问题，目前德国工程师Cem Schnitzler研发的独特设计让挤压机头部能够旋转，让热纤维丝与不同类型的打印喷头相结合，从而制作不同口径的3D打印制品。通过发动机和滑轮系统控制着喷头的位置，能够转向适当的挤压机。但他的想法仅限于同种材料用不同型号的喷头打印，并不能实现不同材料的"交替彩色打印。

发明内容

本发明的目的是解决目前3D打印技术能耗大、效率低，材质以及色彩单一的问题，提供一种节能型的混色3D打印喷头。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头，包括转盘和喷头。

所述喷头为三进一出混色喷头。所述喷头包括铜喷嘴、三个散热管、加热棒、挡风板、三根喉管和热敏电阻。

所述铜喷嘴的表面包覆着一层陶瓷纤维。所述铜喷嘴呈锥状，其下部的尖端为出料口，其上部表面设置有三个进料口、圆形盲孔Ⅰ和圆形盲孔Ⅱ。这三个进料口分别与出料口之间形成进料通道。每个进料口的内壁刻有一段螺纹。所述圆形盲孔Ⅰ位于铜喷嘴的轴线上。

所述加热棒安装在圆形盲孔Ⅰ内。所述热敏电阻安装在圆形盲孔Ⅱ内。所述加热棒和热敏电阻分别通过导线连接电源。三个散热管分别通过一根喉管与一个进料口连通。所述喉管的下端通过螺纹连接在进料口内，上端嵌入至散热管的内孔中。这三个散热管的上端分别连接输送不同颜色材料的导料管。所述挡风板固定在铜喷嘴 的上方。

所述喷头安装在转盘上。所述转盘绕定轴转动，且转盘上具有若干个球形卡槽，这些球形卡槽分布在同一圆周上。所述转盘还包括一个定位钢珠，该定位钢珠的一侧与弹簧接触，另一侧与球形卡槽所在的圆周表面接触。当转盘转动时，弹簧推动定位钢珠落入球形卡槽对转盘进行限位，继续转动转盘使得定位钢柱滑离球形卡槽。

进一步，三个进料口均匀分布在铜喷嘴的上表面，它们相互之间所对应的圆心角为120°。

进一步，所述转盘上还安装有不同尺寸精度的其他喷头。

进一步，所述圆形盲孔Ⅰ的底部距离铜喷嘴的出料口3mm。

本发明具有如下的技术优点：

1、在打印过程中针对打印的材料要求自由更换打印喷头。转盘式设计使多种材料交替打印成为可能，让不同材料的热纤维丝与不同类型的打印喷头相结合，从而实现不同颜色材料混合的“彩色打印”。

2、同种材料，针对不同部位的打印要求更换不同尺寸精度的喷头。直径小的喷头为细致的部位挤出纤薄的纤维丝，粗大的喷头在进行填充打印时进行高效填充。这样既提高了精细部位的打印精度，又大大减少了3D打印填充时间，从而节约了加热熔化材料所需要的电能，并减少了热量耗散带来的机械磨损以及材料内部热预应力的产生。

附图说明

图1为本发明喷头的示意图；

图2为图1的仰视示意图；

图3为本发明的铜喷嘴的正视图；

图4为从另一角度观测图3时的向视图；

图5为本发明的铜喷嘴的俯视图；

图6为散热管的结构示意图；

图7为本实施例中转盘的结构示意图；

图8为本发明安装于prusa i3 3D打印机上的示意图；

图9为本发明安装于并联臂3D打印机上的示意图；

图10为本发明转盘的旋转定位原理示意图；

图11为喷头进行传热仿真分析的温度分布图；

图12为喷头进行传热仿真分析的温度梯度图；

图13为喷头进行传热仿真分析的储能密度图。

图中：铜喷嘴 1、散热管 2、加热棒 3、挡风板 4、喉管 5、转盘 6、喷头 7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。