[发明专利]一种3D打印柔性喷头及其在线调控方法

权利要求书

1.一种3D打印柔性喷头，其特征在于，由流量控制塞杆驱动机构(1)、进料管道(2)、进料阀门(3)、喷头顶盖(4)、流量控制塞杆(5)、喷头(6)、调压阀门(7)和气体管道(8)组成；喷头(6)用于盛装液态原料，其下部开有一个倒锥形出料口，且出料口底部的直径为液态原料仅在重力作用下能够从喷头(6)下部的出料口流出的临界直径的1～10倍；喷头顶盖(4)位于喷头(6)上方，并与喷头(6)相密封，用于安装进料管道(2)、气体管道(8)和流量控制塞杆(5)；进料管道(2)穿过喷头顶盖(4)进入喷头(6)内，其外壁与喷头顶盖(4)相密封，用于向喷头(6)内加入液态原料；进料阀门(3)安装于进料管道(2)上，用于关闭和开启进料管道(2)；气体管道(8)穿过喷头顶盖(4)进入喷头(6)内，其外壁与喷头顶盖(4)相密封，用于向喷头(6)内充入气体，所充入气体的压力由出料速度、液态原料的物理性质和流量控制塞杆(5)下部出料孔的直径共同决定；调压阀门(7)安装于气体管道(8)上，用于控制喷头(6)内气压的大小；流量控制塞杆(5)穿过喷头顶盖(4)进入喷头(6)内，并与喷头(6)下部的出料口保持对中，其下部为倒锥形，用于堵塞和开启喷头(6)下部的出料口，同时，流量控制塞杆(5)下部的中心开有一个圆柱形出料孔，且出料孔的直径为液态原料在重力作用下不能从流量控制塞杆(5)下部的出料孔流出的临界直径的0.1～1倍，用于使液态原料在气压的作用下，从流量控制塞杆(5)下部的出料孔以细圆柱形液流喷出；流量控制塞杆驱动机构(1)位于流量控制塞杆(5)上方，用于控制流量控制塞杆(5)上下运动，实现对喷头(6)下部的出料口的堵塞和开启以及喷头(6)出料流量的在线连续调控。

2.如权利要求1所述一种3D打印柔性喷头，其特征在于，流量控制塞杆驱动机构(1)的驱动方式为电动机驱动或电磁机构驱动。

3.如权利要求1所述一种3D打印柔性喷头，其特征在于，喷头(6)内的液态原料为粘合剂或塑料熔体或石蜡熔体或金属熔体。

4.如权利要求1所述一种3D打印柔性喷头，其特征在于，喷头(6)外部周围安装了加热器，对喷头(6)内液态原料的温度进行调控。

5.一种采用权利要求1所述的一种3D打印柔性喷头的在线调控方法，其特征在于，将喷头顶盖(4)密封于喷头(6)上方，通过流量控制塞杆驱动机构(1)控制流量控制塞杆(5)将喷头(6)下部的出料口堵塞，打开进料阀门(3)，通过进料管道(2)向喷头(6)中装入液态原料，液态原料初始液面高度为30～100mm；通过流量控制塞杆驱动机构(1)控制流量控制塞杆(5)开启喷头(6)下部的出料口，使液态原料在重力的作用下，从喷头(6)下部的出料口以粗圆柱形液流流出，并通过流量控制塞杆(5)对喷头(6)出料流量进行连续调控；在出料过程中通过进料管道(2)向喷头(6)中补充液态原料，保持液态原料液面高度的稳定，从而获得流量可连续调控的大液流；然后通过流量控制塞杆驱动机构(1)控制流量控制塞杆(5)堵塞喷头(6)下部的出料口，将压力高于喷头(6)外部环境气压5～50kPa的气体通过气体管道(8)充入喷头(6)内，使液态原料在气压的作用下，从流量控制塞杆(5)下部的出料孔以细圆柱形液流喷出，并通过调压阀门(7)对喷头(6)出料流量进行连续调控，从而获得流量可连续调控的小液流；最后通过调压阀门(7)改变喷头(6)内的气压，使喷头(6)内外气压相等，能使喷头(6)内的液态原料停止喷出。

6.如权利要求5所述的一种3D打印柔性喷头的在线调控方法，其特征在于，通过调节流量控制塞杆(5)底部与喷头(6)出料口底部之间的相对距离以及喷头(6)内气压的大小分别对喷头(6)出料流量进行在线连续调控，当流量控制塞杆(5)将喷头(6)下部的出料口堵塞时，流量控制塞杆(5)通过其中上部的倒锥形结构与喷头顶盖(4)形成密封，防止喷头(6)内的气体从流量控制塞杆(5)与喷头顶盖(4)之间的缝隙中逸出。