一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构制造技术

一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构，包括：具有挤出螺杆和挤出机筒的单螺杆式挤出结构、至少两个物料输送信息可调节的储料筒、位于挤出机筒下方的喷嘴、间隔设置于挤出机筒外围的冷却装置和加热装置，挤出螺杆自上而下划分为固体混合段、加料段、压缩段和计量段；固体混合段的主体外围间隔分布有锥形螺棱、第一叶片和第二叶片；锥形螺棱的径向尺寸沿着轴向传输方向逐步减小；第一叶片的叶片旋转直径大于锥形螺棱的最大径向尺寸；第二叶片的叶片旋转直径小于锥形螺棱的最小径向尺寸；冷却装置位于加热装置上方。该结构用于3D打印能在线沉积不同配比的材料组分，实现可变组分复合材料连续打印，使同一零件不同位置具有所需性能。具有所需性能。具有所需性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构


[0001]本公开涉及3D打印
，尤其涉及一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构。

技术介绍

[0002]随着产品功能或性能需求的不断提高，单一均质材料已无法满足应用需求，有时甚至需要同一零部件中不同位置具有不同的功能或性能。为了满足这种需求，非均质材料应运而生，即同一个零部件由不同的材料构成，通过调控不同材料的分布来满足性能需求。
[0003]3D打印技术以数字化的形式逐点逐层累加材料，理论上可以通过控制原材料中不同组分的比例变化方便地实现非均质材料的制备，因此得到了广泛关注。但是当前3D打印技术中，应用较广泛的是以聚合物基复合材料为原材料的熔丝打印(FFF)，需要将聚合物复合材料提前制备为长丝，这种方式无法在特定区域沉积特定材料，存在周期长、费用高和在特定区域内较难实现不同材料组分组合以及调控等的问题。
[0004]近年来出现了螺杆挤出式3D打印机，即将螺杆挤出头集成到3D打印机上，然而目前的螺杆挤出式3D打印机在多组分可变材料混合打印方面的性能仍有待于提升，例如利用单螺杆挤出式3D打印机进行粉体形式的多种物料混合打印时存在多组分物料混合效果差，难以实时在线调控材料组分，打印出来的产品的性能合格率较低。

技术实现思路

[0005]为了提升多种组分物料的在线打印效果，本公开一些实施例提供一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构。
[0006]本公开一些实施例提供了一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构，所述3D打印头结构包括：单螺杆式挤出结构、至少两个物料输送信息可调节的储料筒、喷嘴、冷却装置和加热装置；
[0007]所述单螺杆式挤出结构包括：挤出螺杆和挤出机筒，所述挤出机筒位于所述挤出螺杆的外围且与所述挤出螺杆之间具有容置空间；所述挤出螺杆自上而下划分为固体混合段、加料段、压缩段和计量段；所述固体混合段的主体外围间隔分布有：锥形螺棱、第一叶片和第二叶片；所述锥形螺棱的径向尺寸沿着轴向传输方向逐步减小；所述第一叶片的叶片旋转直径大于所述锥形螺棱的最大径向尺寸；所述第二叶片的叶片旋转直径小于所述锥形螺棱的最小径向尺寸；
[0008]所述储料筒分布于所述挤出机筒的顶部，所述储料筒的物料输出口用于将粉末或颗粒形式的物料输出至所述容置空间；
[0009]所述喷嘴设置于所述挤出机筒底部；
[0010]所述冷却装置和加热装置间隔设置于所述挤出机筒外围，所述冷却装置位于所述加热装置上方。
[0011]在一些实施例中，所述锥形螺棱的径向尺寸在10mm～100mm内可变化；所述第一叶
片的数量为多个，多个第一叶片沿着轴向自上而下分布，多个第一叶片的叶片旋转直径沿着轴向逐步减小；所述第二叶片的数量为多个，多个第二叶片沿着轴向自上而下设置且分布于所述锥形螺棱的间隙处。
[0012]在一些实施例中，所述第一叶片的叶片旋转直径为20mm～40mm；所述第二叶片的叶片旋转直径为6mm～18mm；所述锥形螺棱的径向尺寸为10mm～30mm。
[0013]在一些实施例中，所述计量段的主体外围分布有用于熔体混合均匀化的销钉，所述销钉的高度不超过所述计量段的螺槽深度或螺纹高度；
[0014]所述销钉的截面形状包括以下一种或多种的组合：椭圆形、圆形、半圆形、锯齿形、包含三角形在内的多边形。
[0015]在一些实施例中，所述销钉的截面直径或截面边长大小为0.3mm～1mm；
[0016]所述销钉之间的间距为3mm～10mm；
[0017]所述销钉的高度为1mm～2mm；
[0018]所述销钉沿着所述挤出螺杆的周向分布的个数为6个～20个。
[0019]在一些实施例中，所述固体混合段、所述加料段、所述压缩段和所述计量段之间的长度比例4：4：3：3。
[0020]在一些实施例中，所述加料段的螺槽深度为2mm～4mm，所述计量段的螺槽深度为1mm～2mm。
[0021]在一些实施例中，所述挤出螺杆的直径为8mm～20mm，长径比(螺杆工作部分长度(带有螺纹部分的长度)与螺杆直径之比称为长径比)为8：1～10：1，压缩比为2～4；
[0022]所述挤出机筒与所述固体混合段匹配的部分呈漏斗状，所述挤出机筒与所述加料段、所述压缩段和所述计量段匹配的部分呈直筒状；
[0023]所述挤出机筒的直筒状部分的内径为8.2mm～20.2mm，外径为15mm～30mm。
[0024]在一些实施例中，所述挤出螺杆和所述挤出机筒均采用3D打印工艺制备得到；
[0025]所述挤出螺杆和所述挤出机筒的材料为不锈钢或模具钢。
[0026]在一些实施例中，所述挤出螺杆用于在驱动件的驱动作用下发生旋转；所述冷却装置为功率可调的风冷装置或水冷装置，所述风冷装置或水冷装置用于根据所述加热装置的温度来确定目标散热速率，所述目标散热速率用于防止由于下方加热装置加热导致的所述固体混合段和所述加料段内的固体物料结块以及保护所述驱动件免受高温损害。
[0027]相对于相关技术，本公开实施例提供的技术方案至少具有以下技术效果：
[0028]通过在固体混合段的挤出螺杆的主体外围间隔设置锥形螺棱、第一叶片和第二叶片，锥形螺棱的径向尺寸沿着轴向传输方向逐步减小，第一叶片的叶片旋转直径大于锥形螺棱的最大径向尺寸，第二叶片的叶片旋转直径小于锥形螺棱的最小径向尺寸，第一叶片的设置有利于物体物料的充分搅拌混合，锥形螺棱的设置有利于固体物料的充分搅拌混合和轴向输送，第一叶片和锥形螺棱的配合能够在物料传输过程中形成梯度渐变式的切割受力面和混合空间，提升搅拌的充分性和至少两种物料之间的混合均匀性；第二叶片的设置能够防止物料在混合过程中部分物料在螺杆根部堆积残留，提升物料的混合充分性和保证传输到加料区的物理组分配比的精准性；
[0029]通过在挤出机筒的外围设置冷却装置和加热装置，加热装置能够通过加热来改变其中物料的熔化特性，实现复合材料的熔融混合或者相转变等，冷却装置能够防止由于下
方加热装置加热导致的固体混合段和加料段内的固体物料结块，还能够同时保护用于驱动挤出螺杆的驱动件免受高温损害；
[0030]在此基础上，至少两个储料筒内的粉末或颗粒状的物料可以经由单螺杆式挤出结构进行固态混合、熔化并均匀化挤出，通过喷嘴进行多组分可调节配比的材料打印，在应用于3D打印的情况下，通过单一喷嘴按需沉积不同配比的材料组分，实现可变组分复合材料连续打印，使同一零件不同位置具有不同的性能，满足特殊性能或功能需求。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本公开一些实施例提供的3D打印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于可变组分复合材料制备的3D打印头结构，其特征在于，包括：单螺杆式挤出结构，包括：挤出螺杆和挤出机筒，所述挤出机筒位于所述挤出螺杆的外围且与所述挤出螺杆之间具有容置空间；所述挤出螺杆自上而下划分为固体混合段、加料段、压缩段和计量段；所述固体混合段的主体外围间隔分布有：锥形螺棱、第一叶片和第二叶片；所述锥形螺棱的径向尺寸沿着轴向传输方向逐步减小；所述第一叶片的叶片旋转直径大于所述锥形螺棱的最大径向尺寸；所述第二叶片的叶片旋转直径小于所述锥形螺棱的最小径向尺寸；至少两个物料输送信息可调节的储料筒，分布于所述挤出机筒的顶部，所述储料筒的物料输出口用于将粉末或颗粒形式的物料输出至所述容置空间；喷嘴，设置于所述挤出机筒底部；冷却装置和加热装置，间隔设置于所述挤出机筒外围，所述冷却装置位于所述加热装置上方。2.根据权利要求1所述的3D打印头结构，其特征在于，所述锥形螺棱的径向尺寸在10mm～100mm内可变化；所述第一叶片的数量为多个，多个第一叶片沿着轴向自上而下分布，多个第一叶片的叶片旋转直径沿着轴向逐步减小；所述第二叶片的数量为多个，多个第二叶片沿着轴向自上而下设置且分布于所述锥形螺棱的间隙处。3.根据权利要求1所述的3D打印头结构，其特征在于，所述第一叶片的叶片旋转直径为20mm～40mm；所述第二叶片的叶片旋转直径为6mm～18mm；所述锥形螺棱的径向尺寸为10mm～30mm。4.根据权利要求1所述的3D打印头结构，其特征在于，所述计量段的主体外围分布有用于熔体混合均匀化的销钉，所述销钉的高度不超过所述计量段的螺槽深度或螺纹高度；所述销钉的截面形状包括以下一种或多种的组合：椭圆形、圆形、半...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涤尘，鲁思伟，杨春成，石长全，
申请(专利权)人：陕西聚康高博医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：