[實用新型]一種變截面通道的3D打印頭的混料器

有效

• 申請號: 201721069102.4
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN207172765U
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王琛;劉露楊;張浩浩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B29C64/314
• 分類號: B29C64/314;B29C64/118;B33Y40/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于三維成型的技術領域，涉及一種變截面通道的3D打印頭的混料器，適用于機械臂。

背景技術

1.FDM三維成型技術：熔融擠出成型(FDM)是一種應用廣泛的三維成型技術，其工作原理是將材料加熱融化后，通過擠料機構從打印頭中擠出并迅速冷卻凝固成型，這種技術在應用早期只局限于單一色彩的材料成型，所以打印物件的顏色種類單調，顏色選擇受材料顏色的限制。隨著技術的不斷發展，后來人們開發出利用三原色混合原理工作的熔融擠出式彩色3D打印頭，通過紅、綠、藍三種顏色的分配來調和出多種顏色的熔融材料并將其擠出成型。目前可檢索的專利或文獻中，對于三原色分配產生多種顏色的原理或結構具有較多的描述，但是目前市場上并無三原色混合配色質量較高的彩色3D打印機，這其中的原因之一是因為采用三原色配色原理應用到熔融擠出式3D打印中時，由于熔融3D打印材料的粘稠性較高，并不能像水粉顏料一樣得到效果較高的次生色，所以打印出的物件顏色多為隨機不可控的多彩色，而并不能精確控制打印出的物件色彩。應用三原色配色原理欲打印出色控嚴格的物件，必須對三原色材料熔融后進行充分混料，使三原色配色充分均勻，而現在熔融式3D打印機的打印頭中均沒有真正實現這一功能的裝置，相關技術亟需得到突破。

2.3D打印噴頭：最近，美國哈佛大學科學家設計了一種新型多材料打印頭，能混合并打印濃縮的、有粘彈性的“墨水”材料，在打印過程中能同時控制成分和幾何形狀。打印頭通過一種主動混合、快速切換的噴嘴，在運行中改變材料成分。

這項研究由哈佛大學波爾森工程與應用科學學院仿生工程教授詹妮弗·劉易斯負責。據研究人員介紹，打印多種材料的基礎是混合復雜液體，以往大部分方法是被動的，即讓兩股液體擴散混合，對高粘度液體，尤其在容積小、時間短的情況下很難奏效。于是他們設計了一種主動混合多材料打印頭，微噴嘴內有一種旋轉推進器，能有效混合多種復雜液體。但由于噴嘴內部空間有限，這種噴頭結構較為復雜，制作成本較高。

3.裹層噴涂技術：考慮到傳統的逐層堆疊打印方式并沒有較高的效率，且精度也不能保證，因此華北電力大學的研究員提出了一種從內向外的、基于裹層噴涂理念的3D打印算法，先進行整體輪廓的制作，再在其表面進行精加工。

其主要流程是(1)在接收到打印指令后，分析計算物體的大致尺寸輪廓；(2)用打印機噴頭將塑料物質融化成液態霧化噴涂在鑄模托盤上形成團狀結構，并進行固化處理，以此獲得所要打印物體的“內核”；(3)對固化后的“內核”繼續進行大流量的霧化噴涂使其完全包裹于新的液態材料中，再進行固化處理，以此循環裹層噴涂的粗加工過程，最終獲得模型的大致輪廓；(4)再由噴出的小流量液態型材進行表面的細加工，最終得到所要打印的物體。

這種先粗后細的方式理論上可以節省逐層堆疊所用的時間，并有效提高打印精度，同時可在原材料中加入金屬元素形成混合材料，以此提高打印的種類及打印模型的剛度。但是這種方法在實際中遇到的困難是難以找到相應的打印噴頭，使得噴出型材可在大流量的霧化噴涂和小流量的精細化加工之間自由切換。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種變截面通道的3D打印頭的混料器，解決現有熔融式彩色3D打印頭打印出的物件色彩不純正的問題，以及現有3D打印頭難以在大流量的霧化噴涂和小流量的精細化加工之間自由切換的問題，為裹層噴涂技術的實現提供一份技術方案。

技術方案

一種變截面通道的3D打印頭的混料器，其特征在于包括混料器內殼1、電磁加熱線圈5、導料套3、導流柱4、螺旋片7和噴嘴8；混料器內殼1一端為型材進入的開口，另一端固連噴嘴8形成混料器的殼體；殼體內的中軸位置設有導流柱4，通過連接架6與殼體連接，導流柱4與混料器內殼1之間設有導料套3，相互之間的空隙為型材通道；導流柱4的頭部為螺旋片7，形成導流柱4與噴嘴8之間為型材通道的帶螺旋片的通孔；混料器內殼1的外部設有電磁加熱線圈5；所述導流柱4外部和導料套3內壁為規則的凹凸波浪結構，且兩者按照凸對凸，凹對凹的原則相互配合，形成對流體能量局部損失產生渦流的變截面管道。

電磁加熱線圈5外部設有電磁加熱線圈外殼，與混料器內殼1緊密連接共同將5處電磁線圈包裹在內。

有益效果