[发明专利]一种可切换打印头的三维打印机螺杆式挤出系统

说明书

本发明公开了一种可切换打印头的三维打印机螺杆式挤出系统，包括固定打印头组件和在至少第一状态和第二状态之间可定位的活动打印头组件；当活动打印头组件定位在第一状态时，活动打印头组件的喷嘴低于固定打印头组件的喷嘴；当活动打印头组件定位在第二状态时，活动打印头组件的喷嘴高于固定打印头组件的喷嘴。本发明设计“一动一定”两个打印挤出头，仅通过切换活动打印头的高度，即可实现两个打印头之间的高度差切换，容易保证两个打印头切换的精度。

技术领域

本发明涉及基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机，具体涉及一种可切换打印头的三维打印机螺杆式挤出系统。

背景技术

基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机是使用直径为1～2mm左右的塑料丝料，通过计算机控制的打印挤出头将塑料丝料熔融挤压成0.2～0.4mm左右的细丝并逐层打印堆积成三维物体。通常，熔融堆积快速成型工艺在制造有悬臂结构的物件时需要添加支撑。若三维打印机挤出头只有单熔融流道设计结构，打印的物体和支撑只能用同一种材料来构建。尽管在打印过程中，可以通过控制挤出头的运行方式使得支撑部分变得较为疏松以达到便于剥离的目的，但由于是使用同一种材料，打印完成后在物体和支撑的边界难以辨认造成剥离困难，支撑剥离时也容易造成物体精细结构损伤。为了解决该问题，目前，基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机打印挤出头多采用双流道结构，其中一个流道用于熔融挤出ABS塑料等模型成型材料，另一个流道用于熔融挤出可容易物理剥离或化学剥离的支撑材料，剥离时不会损伤已成型的模型。

发明专利(ZL200780020529.8)公开了一种具有多个挤出线的单电动机挤出头，使用一个驱动电机，通过一套复杂的机械机构使熔融挤出头及被动送料压轮以摆动的方式实现成型材料和支撑材料两种丝料的打印头流道和送料驱动切换控制，其切换机构复杂且增加了挤出头组件的重量，不利于挤出头的高速打印运动，在打印较短线段时，容易使挤出头定位不准，误差大。

实用新型专利(ZL 200820206342.9)公开了一种用于熔融堆积快速成型的微型柱塞式挤出系统，通过两个驱动电机分别对成型材料和支撑材料单独驱动，并以机械升降移动的方式实现流道喷嘴的切换控制。由于高聚物成型时所需的驱动力较大，驱动力大的电机体积和重量较大，增加了挤出头组件的成本、体积和重量；其次，流道喷嘴切换的方式和效果完全依赖于丝料对流道的推力、机械部件的加工和装配精度等，另外，两个喷嘴在打印不同材料时，不同材料对流道的推力是不同的，势必影响两个喷嘴切换高度的精度，同时还受温度变化的影响。

上述公开的两种设计在进行挤出头流道的切换时，两个喷嘴的机械位置都需要移动和复位，移动过程极易产生机械定位误差从而影响打印物体的尺寸精度，甚至出现废品。除了上述打印挤出头切换结构的不足，还存在以下缺点：

(1)液化器内的流道较长，容易出现加热不均的现象，增大了丝料进入流道的阻力，也易出现溢流现象。另外，ABS等高聚物成型时粘性大，流动性差，欲使丝料顺利进入流道并挤出成型，丝料就要有足够的摩擦力，对驱动电机提出了较高要求，使其既具备较大驱动力又要有较小的体积和重量，这两者是矛盾的。

(2)驱动轮为圆形并具有“V”型齿状结构，与丝料接触的齿较少，欲使丝料顺利进入流道并挤出成型，需具备较大的摩擦力，就必须增大被动轮上的压紧力F，当F达到一定值时，驱动轮上的齿状结构就会严重压伤甚至刮伤丝料，破坏驱动电机转速与挤出丝料体积的匹配，刮下的丝料粉末也会洒落在成型的模型上，严重影响模型的成型精度。当F达不到特定值时，丝料不会被推进流道内。所以，在这种工作原理中，丝料顺利挤出成型与减少丝料刮伤是矛盾的。

目前也有双流道打印挤出头等高的设计，两个挤出头无需切换，避免了挤出头切换产生机械定位不准问题而影响打印物体的尺寸精度。但这种结构的两个打印挤出头调平困难，容易刮伤打印的模型，并且喷嘴的流涎会严重影响工件的表面质量。

发明内容