一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头制造技术

一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，可解决现有FDM3D打印机打印速度慢、难以成形大型制品的问题，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机。喷头组单元由内芯阀、压紧盖、推力滚针轴承、喷头固定盖、喷头、密封圈、橡胶圈组成。喷头转换驱动单元由电机和齿轮组成。打印大型制品时首先用切片软件对模型进行多级抽壳切片处理，使每层两丝之间的填充距离按照抽壳级数从内到外依次变小，最内部分模型采用较大孔径喷头按较宽路径填充，中间部分模型切换至较小孔径喷头按较窄路径填充，最外部分模型切换至最小孔径喷头按最窄路径填充。本发明专利技术可大幅度提高大型制品的打印速度并保证成形精度。

A nozzle replaceable 3D printer head for rapid prototyping large products

【技术实现步骤摘要】
一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头
本专利技术涉及FDM3D打印领域，尤其涉及一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头。
技术介绍
在传统FDM3D打印领域，成形设备主要为可输送树脂丝料并将其熔融堆积成形的小型设备，其打印幅宽较小，制品成形尺寸严格受成形平台尺寸的限制，难以成形较大甚至超大尺寸的制品。成形平台相对较大的3D打印机的出现，一定程度上解除了FDM工艺中制品成形尺寸的限制，但对于大型制品的成形，由于受耗材尺寸规格的限制，仍需耗费大量时间。更换更大直径的耗材并选用更大孔径的喷头，可解决成形效率低的问题，但打印精度随着喷头直径的增大而降低，因此在FDM成形工艺中，难以同时兼顾打印效率和打印精度。
技术实现思路
针对以上FDM技术成形大型制品的不足，本专利技术提出了一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机。喷头组单元由内芯阀、压紧盖、推力滚针轴承、喷头固定盖、喷头、密封圈、橡胶圈组成。喷头转换驱动单元由电机和齿轮组成。内芯阀上有管道和法兰使其可以与螺杆挤出机连接，内芯阀上同样设有半球结构，用来配合喷头固定盖。喷头固定盖下有4个螺纹孔供不同孔径的喷头旋合。喷头固定盖可绕内芯阀半球部分的中轴线进行旋转，以根据工艺要求对打印喷头进行切换。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，内芯阀通过法兰与挤出机连接，内芯阀的通道与挤出机出口连通，喷头通道与内芯阀通道连通，以输送由挤出机挤出的塑化树脂至喷头出口。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，喷头固定盖与压紧盖之间为螺纹连接，两者与内芯阀的半球部分相配合。压紧盖与内芯阀半球部分上端之间的连接部分为推力滚针轴承，内芯阀半球部分的下端与喷头固定盖之间的连接部分为橡胶圈和推力滚针轴承，通过拧紧压紧盖实现推力滚针轴承与压紧盖、内芯阀半球部分以及喷头固定盖在半球中轴线方向的紧密贴合。内芯阀半球部分与喷头固定盖之间有一定空隙，喷头固定盖与压紧盖的组合体可绕内芯阀半球部分的中轴线旋转，内芯阀内管道轴线与喷头固定盖旋转轴夹角为45°。此专利技术结构可保证喷头在打印过程中的顺利切换。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，内芯阀外圆弧面与喷头固定盖内圆弧面设有密封圈，密封圈与喷头底部采用过盈配合方式连接。喷头盖旋转过程中，密封圈与喷头固定并与内芯阀外圆弧面紧密贴合，以保证在喷头快速切换过程以及打印过程中良好的密封性，避免树脂流入旋转缝隙，导致树脂流失和旋转阻力。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，不同孔径的喷头包括备用的喷头，通过螺纹固定在喷头固定盖的四个螺纹孔上，喷头的孔径可以是0.2mm～5.0mm等不同梯度规格。打印喷头若发生堵塞，步进电机带动喷头固定盖转换到备用喷头，无需停机拆卸喷头，简化了打印工艺，提高了打印效率。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，电机为步进电机或伺服电机，喷头固定盖上有齿轮，与电机配合的齿轮和喷头固定盖上的齿轮相互啮合，以驱动压紧盖与喷头固定盖组合体的旋转，实现喷头的切换。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，螺杆挤出机可熔融塑化多种工程塑料，并可根据喷头直径规格的不同，自动调节挤出流量的大小。切换至大规格喷头时螺杆转速加快，切换至小喷头时螺杆转速降低，使挤出流量与喷头直径规格以及其决定的填充间距相匹配。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，切片软件可对模型进行多级抽壳切片处理，即通过抽壳的方式将模型整体从内到外分至多个包裹部分，再将多级抽壳后的模型分别进行横向切片。填充路径的间距从最内部分至最外部分依次减小，最内部分的填充间距最大，最外部分的填充间距最小。模型的多级抽壳切片处理为同一层模型多喷头填充创造了条件。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，该喷头可换式3D打印机的技术方案为：颗粒状的打印耗材经挤出机塑化成熔融态后通过内芯阀内部管道流向喷头进行打印。在大型制品的打印过程中，首先用切片软件对模型进行多级抽壳切片处理，使每层两丝之间的填充距离按照抽壳级数从内到外依次变小。最内部分模型采用较大孔径喷头较大挤出流量按较宽路径填充，中间部分模型切换至较小孔径喷头采用较小挤出流量按较窄路径填充，以提高内部填充效率，最外部分模型切换至最小孔径喷头采用最小挤出流量按最窄路径填充，以保证最外层的打印精度。喷头转换由电机驱动齿轮转动实现，喷头挤出流量由单螺杆挤出机改变螺杆转速控制。通过打印喷头的不断切换以及单层填充间距由内到外的不断变化，本喷头可换式3D打印机可大幅度提高大型制品的打印速度并保证其成形精度。附图说明图1是可快速成形高精度大型制品的喷头可换式3D打印机的整体结构图；图2是此打印机喷头组的全剖图；图3是喷头局部剖视放大图；图4是喷头组的喷头分布示意图。图中所示的附图标记为：1—螺杆挤出机，2—齿轮驱动电机，3—喷头，4—喷头组系统，4-1—内芯阀，4-2—压紧盖，4-3—推力滚针轴承，4-4—喷头固定盖，4-5—密封圈，4-6—橡胶圈，4-7—推力滚针轴承，5—齿轮。具体实施方式：本专利技术提出了一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机1，由图1所示。喷头组单元由内芯阀4-1、压紧盖4-2、推力滚针轴承4-3和4-7、喷头固定盖4-4、喷头3、密封圈4-5、橡胶圈4-6组成。喷头转换驱动单元由电机2和齿轮5组成。内芯阀4-1上有管道和法兰使其可以与螺杆挤出机1连接，内芯阀4-1上同样设有半球结构，用来配合喷头固定盖4-4。喷头固定盖4-4下有4个螺纹孔供不同孔径的喷头3旋合。喷头固定盖4-4可绕内芯阀4-1半球部分的中轴线进行旋转，以根据工艺要求对打印喷头3进行切换，由图2所示。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，内芯阀4-1通过法兰与挤出机连接，内芯阀4-1的通道与螺杆挤出机1出口连通，喷头通道与内芯阀4-1通道连通，以输送由螺杆挤出机1挤出的塑化树脂至喷头3出口。本专利技术一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，喷头固定盖4-4与压紧盖4-2之间为螺纹连接，两者与内芯阀4-1的半球部分相配合。压紧盖4-2与内芯阀4-1半球部分上端之间的连接部分为推力滚针轴承4-3，内芯阀4-1半球部分的下端与喷头固定盖4-4之间的连接部分为橡胶圈4-6和推力滚针轴承4-3，通过拧紧压紧盖4-2实现推力滚针轴承4-3与压紧盖4-2、内芯阀4-1半球部分以及喷头固定盖4-4在半球中轴线方向的紧密贴合。内芯阀4-1半球部分与喷头固定盖4-4之间有一定空隙，喷头固定盖4-4与压紧盖4-2的组合体可绕内芯阀4-1半球部分的中轴线旋转，内芯阀4-1内管道轴线与喷头固定盖4-4旋转轴夹角为45°。此专利技术结构可保证喷头3在打印过程中的顺利切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机。喷头组单元由内芯阀、压紧盖、推力滚针轴承、喷头固定盖、喷头、密封圈、橡胶圈组成。喷头转换驱动单元由电机和齿轮组成。内芯阀上有管道和法兰使其可以与螺杆挤出机连接，内芯阀上同样设有半球结构，用来配合喷头固定盖。喷头固定盖下有4个螺纹孔，并可绕内芯阀半球结构的中轴线进行旋转。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机。喷头组单元由内芯阀、压紧盖、推力滚针轴承、喷头固定盖、喷头、密封圈、橡胶圈组成。喷头转换驱动单元由电机和齿轮组成。内芯阀上有管道和法兰使其可以与螺杆挤出机连接，内芯阀上同样设有半球结构，用来配合喷头固定盖。喷头固定盖下有4个螺纹孔，并可绕内芯阀半球结构的中轴线进行旋转。


2.根据权利要求1所述的一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，其特征在于：内芯阀通过法兰与挤出机连接，内芯阀的通道与挤出机出口连通，喷头通道与内芯阀通道连通。


3.根据权利要求1所述的一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，其特征在于：喷头固定盖与压紧盖之间为螺纹连接，两者与内芯阀的半球结构相配合。压紧盖与内芯阀半球结构上端之间的连接部分为推力滚针轴承，内芯阀半球结构的下端与喷头固定盖之间的连接部分为橡胶圈和推力滚针轴承，通过拧紧压紧盖实现推力滚针轴承与压紧盖、内芯阀半球结构以及喷头固定盖在半球中轴线方向的紧密贴合。内芯阀半球结构与喷头固定盖之间有一定空隙，喷头固定盖与压紧盖的组合体可绕内芯阀半球结构的中轴线旋转，内芯阀内管道轴线与喷头固定盖旋转轴夹角为45°。


4.根据权利要求1所述的一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，其特征在于：内芯阀外圆弧面与喷头固定盖内圆弧面设有密封圈，密封圈与喷头底部采用过盈配合方式连接。喷头盖旋转过程中，密封圈与喷头固定并与内芯阀外圆弧面紧密贴合。


5.根据权利要求1所述的一种快速成形大型制品的喷头可换式...

【专利技术属性】
技术研发人员：单忠德，刘晓军，战丽，孙启利，范聪泽，梁美芹，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11