本发明专利技术属于熔融沉积成型3D打印技术领域，并具体公开了一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置。所述装置包括送粉模块、混粉模块、加热模块以及挤出模块，送粉模块包括气泵、气流管、粉料筒、气流阀和粉料支路软管，混粉模块包括混粉管和搅拌风扇，加热模块包括加热片和测温元件；挤出模块包括设于所述混粉管内的步进电机、联轴器、变芯径螺杆以及设于所述混粉管底部的喷嘴，变芯径螺杆用于将加热片熔融的混合粉料挤压至所述喷嘴处进行打印。本发明专利技术可有效解决现有技术中多喷头打印装置的繁重复杂、难以实现高精细材料梯度成型件打印的问题，同时还具备装置结构简单、只需要单个喷头即可实现多功能复合梯度材料的高精细梯度打印。
A Powder Mixing and Feeding Nozzle Device for Fused Deposition Molding 3D Printer
【技术实现步骤摘要】
一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置
本专利技术属于熔融沉积成型3D打印
，更具体地，涉及一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置。
技术介绍
随着科技的发展，人们对材料性能的要求日益提高，由单一材料制成的成型件的性能已经不能满足人们的要求，多功能梯度复合材料的制备成为研究的热点。3D打印技术又称快速成型技术(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)或增材制造技术(AdditiveManufacturingTechnology)，它涉及到机械工程、材料工程、数字控制、逆向制造、CAD技术以及计算机技术等学科。3D打印技术的基本原理为“逐层打印、层层叠加”，以3D打印快速成型技术为核心，利用材料的不同特性，出现了不同打印原理的3D打印技术，其中，熔融沉积成型(FDM)设备依靠其使用方便、操作简单而成为当下应用的主流。其硬件核心是热熔打印喷头，打印材料多为热熔性高分子材料，打印过程中，利用材料达到熔点后的熔融状态粘接成型。然而，进一步的研究，在利用3D打印技术制备多功能梯度材料进行打印的过程中，混粉进料喷头装置仍然存在以下的缺陷或不足：首先，利用3D打印技术制备多功能梯度材料主要通过设置多喷头实现，打印路径规划复杂，喷头交替运动形成较多无效时间，且难以实现高精细材料梯度的成型件打印；其次，现有技术采用繁重复杂的多喷头打印，使得打印装置繁重复杂，打印精度不高；最后，现有技术中成型件的梯度受限于喷头个数及喷嘴口径，无法对打印件各区间的材料进行任意的个性化定制，极大地限制了3D打印领域多功能复合梯度材料的研究进展。基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置做出进一步的改进设计，构建结构简化的混粉进料喷头装置，以摆脱多喷头的束缚，解决现有熔融沉积成型3D打印机无法打印高精细材料梯度的成型件的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置，可有效解决现有技术中多喷头打印装置的繁重复杂、难以实现多功能复合梯度材料成型件打印的问题，同时还具备装置结构简单、只需要单个喷头即可实现多功能复合梯度材料的高精细梯度打印，因而尤其适用于熔融沉积成型3D打印的应用场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置，包括送粉模块、混粉模块、加热模块和挤出模块，其中，所述送粉模块包括气泵、气流管、粉料筒、气流阀和粉料支路软管，所述气泵通过气流管与所述粉料筒连接，所述气流阀设于所述气流管上，用于控制所述粉料筒内的气压，所述粉料支路软管的进料口与所述粉料筒连接，用于输出所述粉料筒内的粉料；所述混粉模块包括混粉管和搅拌风扇，所述粉料支路软管的出料口与设于所述混粉管侧壁上的进料口连接，用于向混粉管内输送粉料；所述加热模块包括加热片和测温元件，所述加热片设于所述混粉管的外壁上，用于加热熔融所述混合粉料，所述测温元件设于所述加热片与混粉管之间，用于实时调控所述加热片的加热温度；所述挤出模块包括设于所述混粉管上部的步进电机和联轴器、设于所述混粉管内部的变芯径螺杆以及设于所述混粉管底部的喷嘴，所述步进电机、联轴器、变芯径螺杆依次相连，所述搅拌风扇套设于所述变芯径螺杆上且所述搅拌风扇与所述粉料支路软管的出料口平齐，并在粉料气流的带动作用下转动；所述步进电机驱动所述联轴器转动，进而带动所述变芯径螺杆转动，用于将混合均匀且被所述加热片熔融的混合粉料挤压至所述喷嘴处进行打印。进一步的，所述粉料筒、粉料支路软管和气流阀均有多个，且每个所述粉料筒对应设置一个所述气流阀和一个所述粉料支路软管。进一步的，所述混粉管的进料口设置有多个，多个所述进料口沿所述混粉管的周向均匀布置，且每个所述进料口都对应一个所述粉料支路软管。进一步的，所述变芯径螺杆包括变径杆和渐变螺纹，所述变径杆的上端与所述联轴器连接，所述渐变螺纹设于所述搅拌风扇的下方且沿所述变径杆的周向呈螺旋布置。进一步的，所述变径杆靠近所述喷嘴的一端为圆锥形，且其直径从所述搅拌风扇处到所述圆锥形处逐渐增大。进一步的，所述渐变螺纹的外边缘与所述混粉管间隙配合设置。进一步的，所述变径杆、混粉管、联轴器的中心轴共线。进一步的，所述加热片包括第一加热片、第二加热片以及第三加热片，其中，所述第一加热片、第二加热片以及第三加热片沿所述混粉管的径向依次间隔布置。进一步的，所述测温元件包括设于所述混粉管与第一加热片之间的第一测温元件、设于所述混粉管与第二加热片之间的第二测温元件以及设于所述混粉管与第三加热片之间的第三测温元件。进一步的，所述装置在工作时，所述第二加热片的加热温度大于所述第一加热片的加热温度。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术结合混粉进料喷头装置自身的特征及其混料和混料挤出的工艺特点，相应设计了熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置，并对其关键组件如送粉模块、混粉模块、加热模块以及挤出模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决现有技术中多喷头打印装置的繁重复杂、难以实现高精细材料梯度成型件打印的问题，同时还具备装置结构简单、只需单个喷头即可实现多功能复合梯度材料的高精细梯度打印。2.本专利技术比原有依赖多喷头进行多材料打印的方式，利用分布支管路进粉的方式提供打印原料，淘汰掉繁重复杂的多喷头打印，使得本装置的结构大大简化，只需单个喷头即可实现多功能复合材料的高精细梯度打印，解决了多打印头质量沉重，与提升打印速度的矛盾，显著提升了打印效率。3.本专利技术送粉模块由独立的气泵提供动力气体，气体流经气流管后，经打印程序同步控制的气流阀控制流过各粉料筒的气体流速，利用各粉料筒中气管内与外界的气压差从各粉料筒中吸入打印所需体积的粉料。4.本专利技术多个所述粉料支路软管的出料口沿所述混粉管的周向均匀布置，且搅拌风扇与粉料支路软管的出料口平齐布置，粉料经混粉管喷出后，撞击到混粉管内的搅拌风扇上，利用各软管内气体流速的不同驱动搅拌风扇，在风扇的转动下形成气体湍流，各支路软管内喷出的粉末得以充分混合，继而沉降到下方的变芯径螺杆上。5.本专利技术挤出模块使用变芯径螺杆，在变芯径螺杆进给过程中，随着粉料的进给，粉料的空间被压缩，气体被挤出，粉料密度增大，有助于成型出无气泡高质量的打印样件。6.本专利技术加热模块可以利用热熔性高分子材料的熔化粘结成型方式，掺入其他非热熔性材料粉体进行成型(比如陶瓷粉末、金属粉末)，从而可以打印一般无法利用熔融沉积成型的材料，极大地扩展了熔融沉积成型3D打印机的可打印材料范围，其中，加热片包覆在混粉管外部分，分三段加热，由第一加热片控制的部分温度稍低，使粉料开始熔化，由第二加热片控制的区域温度最高，使得其中的粉料完全熔化并可自由流动，第三加热片控制的区域保持形成的稳定的待挤出物料。总而言之，本专利技术在粉料尺度上制备梯度复合材料，梯度尺度突破喷嘴口径的限制，大幅度提高成型件的材料个性化定制程度，且本专利技术装置简化原有的多喷头设计的同时，提高了其成型多功能复合梯度材料的精细度，将熔融沉积成型3D打印机的可打印材料范围从仅限于热熔性高分子材料扩展到其他多种材料，比如陶瓷、金属等，显著本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置，其特征在于，包括送粉模块、混粉模块、加热模块和挤出模块，其中：所述送粉模块包括气泵(1)、粉料筒(4)、气流阀(3)和粉料支路软管(5)，所述气泵(1)通过气流管(2)与所述粉料筒(4)连接，所述气流阀(3)设于所述气流管(2)上，用于控制所述粉料筒(4)内的气压，所述粉料支路软管(5)的进料口与所述粉料筒(4)连接；所述混粉模块包括混粉管(6)和搅拌风扇(15)，所述粉料支路软管(5)的出料口与设于所述混粉管(6)侧壁上的进料口连接；所述加热模块包括加热片和测温元件，所述加热片设于所述混粉管(6)的外壁上，所述测温元件设于所述加热片与混粉管(6)之间；所述挤出模块包括设于所述混粉管(6)上部的步进电机(10)和联轴器(12)、设于所述混粉管(6)内部的变芯径螺杆(16)以及设于所述混粉管(6)底部的喷嘴(20)，所述步进电机(10)、联轴器(12)、变芯径螺杆(16)依次相连，所述搅拌风扇(15)套设于所述变芯径螺杆(16)上且所述搅拌风扇(15)与所述粉料支路软管(5)的出料口平齐，并在粉料气流的带动作用下转动；所述步进电机(10)驱动所述联轴器(12)转动，进而带动所述变芯径螺杆(16)转动，用于将混合均匀且被所述加热片熔融的混合粉料挤压至所述喷嘴(20)处进行打印。...
【技术特征摘要】
1.一种熔融沉积成型3D打印机的混粉进料喷头装置，其特征在于，包括送粉模块、混粉模块、加热模块和挤出模块，其中：所述送粉模块包括气泵(1)、粉料筒(4)、气流阀(3)和粉料支路软管(5)，所述气泵(1)通过气流管(2)与所述粉料筒(4)连接，所述气流阀(3)设于所述气流管(2)上，用于控制所述粉料筒(4)内的气压，所述粉料支路软管(5)的进料口与所述粉料筒(4)连接；所述混粉模块包括混粉管(6)和搅拌风扇(15)，所述粉料支路软管(5)的出料口与设于所述混粉管(6)侧壁上的进料口连接；所述加热模块包括加热片和测温元件，所述加热片设于所述混粉管(6)的外壁上，所述测温元件设于所述加热片与混粉管(6)之间；所述挤出模块包括设于所述混粉管(6)上部的步进电机(10)和联轴器(12)、设于所述混粉管(6)内部的变芯径螺杆(16)以及设于所述混粉管(6)底部的喷嘴(20)，所述步进电机(10)、联轴器(12)、变芯径螺杆(16)依次相连，所述搅拌风扇(15)套设于所述变芯径螺杆(16)上且所述搅拌风扇(15)与所述粉料支路软管(5)的出料口平齐，并在粉料气流的带动作用下转动；所述步进电机(10)驱动所述联轴器(12)转动，进而带动所述变芯径螺杆(16)转动，用于将混合均匀且被所述加热片熔融的混合粉料挤压至所述喷嘴(20)处进行打印。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粉料筒(4)、粉料支路软管(5)和气流阀(3)均有多个，且每个所述粉料筒(4)对应设置一个所述气流阀(3)和一个所述粉料支路软管(5)...
【专利技术属性】
技术研发人员：单斌，邢泽华，陈蓉，胡镔，徐子又，杜纯，邹无有，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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