[发明专利]一种3D打印柔性喷头及其在线调控方法

说明书

一种3D打印柔性喷头及其在线调控方法，属于3D打印技术领域。其特征是，柔性喷头由喷头、喷头顶盖、进料管道、进料阀门、气体管道、调压阀门、流量控制塞杆、流量控制塞杆驱动机构组成；利用流量控制塞杆实现了无附加动力出料与附加动力出料相结合，保证了出料流量的连续在线精确调控。本发明的优点是，喷头的出料通道孔径大小调控范围广、出料通道底部形状始终为圆形、出料流量可在线连续调控、结构简单、灵活性好、液态原料不易残留，有助于提升3D打印产品的成形效率和打印精度。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印柔性喷头及其在线调控方法。

技术背景

3D打印技术是20世纪80年代发展起来的一种新型材料成形技术，具有生产流程短、材料利用率高等特点，目前主要包括光固化成型技术、选区激光烧结技术、选区激光熔化技术、粘合剂喷射成形技术、熔融沉积技术以及微滴喷射成形技术等。其中，光固化成型、选区激光烧结以及选区激光熔化等技术是通过控制光束按照规划的成形路径扫描原材料，进而实现产品的三维成形；而粘合剂喷射、熔融沉积以及微滴喷射成形等技术通常是利用喷头将液态原料按照一定的成形路径喷出，进而实现产品的三维成形。在粘合剂喷射、熔融沉积以及微滴喷射成形等3D打印技术的出料过程中，需要对喷头出料通道孔径大小进行在线调控，使用不同直径和流量的液流对不同形状尺寸的区域进行成形，从而提高产品的打印精度和成形效率。

目前，喷头出料通道孔径大小的在线调控技术主要存在以下两个问题：

(1)喷头出料通道孔径大小受喷头出料方式的限制，导致喷头出料通道孔径大小无法大范围调控。

喷头的出料方式主要分为无附加动力出料和附加动力出料两种。无附加动力出料是在无附加动力的条件下，依靠液态原料自身的重力进行出料。在这种出料方式下，喷头的出料通道孔径存在临界最小尺寸。当小于临界最小尺寸时，液态原料无法从喷头出料通道中流出。这种出料方式仅适合获得直径和流量较大的液流，而不利于获得直径和流量较小的液流。附加动力出料是在有附加动力的条件下，使用外力将液态原料从喷头出料通道中挤出。在这种出料方式下，喷头的出料通道孔径存在临界最大尺寸。当高于临界最大尺寸时，液态原料将不受控制地从喷头出料通道中持续流出。这种出料方式仅适合获得直径和流量较小的液流，而不利于获得直径和流量较大的液流。

(2)喷头出料通道孔径大小在线调控时仍然存在出料通道底部形状不能始终保持圆形以及出料流量无法在线连续调控等问题。

喷头出料通道孔径大小的在线调控方式主要分为缩放法和更换法两类。缩放法是通过在打印过程中旋转位于喷头输料管道下方的出料口形状为多边形的喷嘴，改变喷头输料管道与喷嘴出料口的重合面积，实现对喷头出料通道孔径大小的调控。此类方法无法保证喷头出料通道底部形状始终为圆形，使得喷头向不同方向移动的过程中产生不同的打印线径，影响打印线径的均匀性。更换法是通过在打印过程中更换位于喷头输料管道下方的出料口直径不同的喷嘴，实现对喷头出料通道孔径大小的调控。此类方法无法实现喷头出料流量的连续调控，且喷头结构复杂、灵活性较差。并且，以上两类喷头出料通道孔径大小调控方法均是将喷嘴置于喷头输料管道的外部，在喷头出料通道孔径大小调控的过程中，液态原料容易残留在喷嘴以及喷嘴与喷头输料管道之间的缝隙中，并在后续打印过程中滴落，影响产品的打印精度。

因此，开发出料通道孔径大小调控范围广、出料通道底部形状始终为圆形、出料流量可在线连续调控、结构简单、灵活性好、液态原料不易残留的喷头，对于提升3D打印产品的成形效率和打印精度，具有十分迫切而重要的意义。

发明内容