[发明专利]一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头

说明书

一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，可解决现有FDM3D打印机打印速度慢、难以成形大型制品的问题，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机。喷头组单元由内芯阀、压紧盖、推力滚针轴承、喷头固定盖、喷头、密封圈、橡胶圈组成。喷头转换驱动单元由电机和齿轮组成。打印大型制品时首先用切片软件对模型进行多级抽壳切片处理，使每层两丝之间的填充距离按照抽壳级数从内到外依次变小，最内部分模型采用较大孔径喷头按较宽路径填充，中间部分模型切换至较小孔径喷头按较窄路径填充，最外部分模型切换至最小孔径喷头按最窄路径填充。本发明可大幅度提高大型制品的打印速度并保证成形精度。

技术领域

本发明涉及FDM 3D打印领域，尤其涉及一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头。

背景技术

在传统FDM 3D打印领域，成形设备主要为可输送树脂丝料并将其熔融堆积成形的小型设备，其打印幅宽较小，制品成形尺寸严格受成形平台尺寸的限制，难以成形较大甚至超大尺寸的制品。

成形平台相对较大的3D打印机的出现，一定程度上解除了FDM工艺中制品成形尺寸的限制，但对于大型制品的成形，由于受耗材尺寸规格的限制，仍需耗费大量时间。更换更大直径的耗材并选用更大孔径的喷头，可解决成形效率低的问题，但打印精度随着喷头直径的增大而降低，因此在FDM成形工艺中，难以同时兼顾打印效率和打印精度。

发明内容

针对以上FDM技术成形大型制品的不足，本发明提出了一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，主要由熔体挤出单元、喷头组单元和喷头转换驱动单元组成。熔体挤出单元为一单螺杆挤出机。喷头组单元由内芯阀、压紧盖、推力滚针轴承、喷头固定盖、喷头、密封圈、橡胶圈组成。喷头转换驱动单元由电机和齿轮组成。内芯阀上有管道和法兰使其可以与螺杆挤出机连接，内芯阀上同样设有半球结构，用来配合喷头固定盖。喷头固定盖下有4个螺纹孔供不同孔径的喷头旋合。喷头固定盖可绕内芯阀半球部分的中轴线进行旋转，以根据工艺要求对打印喷头进行切换。

本发明一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，内芯阀通过法兰与挤出机连接，内芯阀的通道与挤出机出口连通，喷头通道与内芯阀通道连通，以输送由挤出机挤出的塑化树脂至喷头出口。

本发明一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，喷头固定盖与压紧盖之间为螺纹连接，两者与内芯阀的半球部分相配合。压紧盖与内芯阀半球部分上端之间的连接部分为推力滚针轴承，内芯阀半球部分的下端与喷头固定盖之间的连接部分为橡胶圈和推力滚针轴承，通过拧紧压紧盖实现推力滚针轴承与压紧盖、内芯阀半球部分以及喷头固定盖在半球中轴线方向的紧密贴合。内芯阀半球部分与喷头固定盖之间有一定空隙，喷头固定盖与压紧盖的组合体可绕内芯阀半球部分的中轴线旋转，内芯阀内管道轴线与喷头固定盖旋转轴夹角为45°。此发明结构可保证喷头在打印过程中的顺利切换。

本发明一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，内芯阀外圆弧面与喷头固定盖内圆弧面设有密封圈，密封圈与喷头底部采用过盈配合方式连接。喷头盖旋转过程中，密封圈与喷头固定并与内芯阀外圆弧面紧密贴合，以保证在喷头快速切换过程以及打印过程中良好的密封性，避免树脂流入旋转缝隙，导致树脂流失和旋转阻力。

本发明一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，不同孔径的喷头包括备用的喷头，通过螺纹固定在喷头固定盖的四个螺纹孔上，喷头的孔径可以是0.2mm～5.0mm等不同梯度规格。打印喷头若发生堵塞，步进电机带动喷头固定盖转换到备用喷头，无需停机拆卸喷头，简化了打印工艺，提高了打印效率。

本发明一种快速成形大型制品的喷头可换式3D打印机头，电机为步进电机或伺服电机，喷头固定盖上有齿轮，与电机配合的齿轮和喷头固定盖上的齿轮相互啮合，以驱动压紧盖与喷头固定盖组合体的旋转，实现喷头的切换。