[实用新型]打印头及三维打印机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于快速成型的挤出装置及该挤出装置构建的快速成型设备，具体地说，涉及一种用于熔融挤压成型的打印头及该打印头构建的三维打印机。

背景技术

三维打印机是一种利用快速成型技术进行打印三维物体的设备，其以数字模型为基础，利用塑料或粉末金属等材料，逐层地打印出三维物体。按照工作原理的不同，其所利用的快速成型技术有熔融挤压成型、激光选择性烧结成型、光固化成型等。

图1及图2所示的三维打印机01是采用熔融挤压成型技术的三维打印机，其具有机架015及安装于机架015上的控制单元、工作台014、丝料软管013、供料装置012及打印头011。供料装置012具有一个缠绕有耗材丝料0123的供料盘0121;打印头011由进料装置0113、加热器0112及打印喷嘴0111组成。供料盘0121被安装于三维打印机01的供料盘安装架的转轴0122上，从而将耗材丝料0123提供给打印头011。在使用过程中，将耗材丝料0123从供料盘0121上拉出，使被拉直的耗材丝料通过由摩擦阻力较小的材料制成的丝料软管013，并供给到进料装置0113，在进料装置0113的驱动下，耗材丝料进入加热器0112并被加热成熔融状态的成型材料，后续进入加热器0112内的耗材丝料挤压熔融状态的成型材料，使熔融状态的成型材料按一定的体积速率从打印喷嘴0111的挤出口挤出，最终沉积于工作台014的台面上。三维打印机01的控制单元通过控制打印头011在水平的X-Y平面内移动，同时控制工作台014沿垂向的Z轴移动，熔融状态的成型材料逐层叠加并冷却凝固形成三维物体。三维物体通常由外表面部分和内部填充部分组成，为了满足外表面部分对高精度的要求，需使用具有较小口径挤出口的打印喷嘴；对于较大型的三维物体，小口径挤出口的印喷嘴受挤出体积速率的限制，需要花费大量的时间进行打印对精度要求不高的内部填充部分，降低打印效率，增加了打印成本；如果尝试修改内部填充部分的打印参数以缩小打印内部填充部分的时间，这样对三维打印机整体的系统包括软件都要求较高。

公布号为CN104085111A的专利文献中公布了一种三维打印机，其打印头设置有多个不同口径的打印喷嘴，多个打印喷嘴布置在转盘下端，打印时调节转盘以切换不同口径的打印喷嘴；公布号为CN104044271A的专利文献公布了一种双打印头机构的三维打印机，其中两个并排的打印头具有加热块及不同口径的打印喷嘴，根据打印需求可将其中一个打印头切换成工作位置。

上述两种三维打印机在打印三维物体的高精度部分,如外表面部分时，将小口径打印喷嘴切换至工作位置，而在打印三维物体对精度要求较低的部分，如内部填充部分时，将大口径打印喷嘴切换至工作位置，以在满足精度需求的前提下缩减打印时间，但多个打印喷嘴的结构较为复杂，在切换不同口径打印喷嘴之后，之前工作状态下的打印喷嘴上残留的熔融状态的打印耗材可能会拉伸或滴到工作台上，影响打印；另外，在以某些特殊的打印方式打印三维物体时，切换不同口径打印喷嘴的过程中也可能与打印面发生剐蹭现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便于提高打印效率的打印头；

本实用新型的另一目的是提供一种使用上述打印头构建的三维打印机；

本实用新型的再一目的是提供一种使用上述三维打印机打印三维物体的方法。

为了实现上述主要目的，本实用新型提供了一种用于三维打印机的打印头，包括加热器及设于加热器下端的打印喷嘴，打印喷嘴有一个供成型材料通过的垂向管道，其中，切换单元通过一铰轴铰接在打印头上，铰轴的轴线与管道的轴线垂直，切换单元具有朝远离打印喷嘴方向凸出的凸出部分，凸出部分设置有两个以上的喷孔，每个喷孔的出口面积各不相同，且均小于等于打印喷嘴的挤出口的面积，每个喷孔的进口可通过切换单元绕铰轴的转动，有选择地与挤出口对接，弹性件，在打印头的工作状态下，其恢复力迫使打印喷嘴在垂向远离加热器，并与凸出部分抵靠。

由上述方案可见，通过旋转切换单元，可使不同口径的喷孔与打印喷嘴对接，实现熔融状态的成型材料的出口的切换，使熔融状态下的成型材料最终从喷孔的出口挤出。其打印头结构简单紧凑，解决了多打印头存在的弊端，并且在打印时满足不同精度要求。当打印三维物体的外表面部分时，调整切换单元使小口径喷孔与打印喷嘴对准；当打印三维物体的内部填充部分时，调整切换单元使大口径喷孔与打印喷嘴对接。从小口径喷孔挤出的熔融状态的成型材料直径小，满足高精度要求的外表面部分，而从大口径喷孔挤出的熔融状态的成型材料直径较大，单位时间内挤出的熔融状态的成型材料较多，降低了打印时间。