[发明专利]一种应用于五轴低熔点合金3D打印机的防干涉喷头

说明书

本发明一种应用于五轴低熔点合金3D打印机的防干涉喷头，属于3D打印领域；包括喷头机架、送丝组件和针管组件；所述喷头机架顶部通过直线轴承安装于3D打印机的X轴和Y轴上，使得整个防干涉喷头能够沿3D打印机的X轴或Y轴移动；送丝组件安装于喷头机架的侧壁上，采用电机控制送丝齿轮转动，与滚丝轮配合驱动金属丝从滚丝轮和送丝齿轮之间竖直向下移动；针管组件固定于喷头机架底面设置的通孔内，针管周壁上相对两侧设置有气管口，通过气管接头与外接气管连通，从而通过气管输入、输出的气流量来控制低熔点合金的喷出流量。由于针头细长，占用空间小避免与零件发生干涉；通过调整流入、流出的气体流量以及金属丝的速度，控制金属熔液的喷涂流量。

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种应用于五轴低熔点合金3D打印机的防干涉喷头。

背景技术

喷头是3D打印机的核心部件之一，其结构形式影响着成型效率和成型精度。目前，大部分3D打印机喷头是针对以塑料为耗材的3坐标FDM 3D打印机所研发的。当将3坐标3D打印机改进为5坐标3D打印机，同时采用低熔点合金作为打印耗材时，成型过程会出现一些新问题，例如工件易于与喷头干涉，低熔点合金喷涂流量难控制等难题。这些难题对3D打印机喷头提出了新的要求。

浙江大学的刁怀东在《五轴熔融沉积成型三维打印装备与关键工艺研究》中设计了一种新型喷头。他将传统喷头结构改为细长圆锥状，减少了喷头工作所占空间，改善了喷头与工件的易干涉问题。但该喷头仍然采用传统挤出原理，无法对低熔点合金熔液喷涂流量进行控制，此外，当工件尺寸较小时，新喷头仍会与工件发生干涉。低熔点合金的成型方式主要有掩膜覆盖、线性直写、液相3D打印，其中线性直写和液相3D打印为增材制造。线性直写是指通过氮气将低熔点合金墨水压入注射筒内，通过注射筒底端的软毛刷，将合金墨水刷在基板上进行零件的成型。而液相3D打印则是指以液体如水或乙醇为打印介质，将介质加热到合金的熔点温度使低熔点合金保持液态，然后进行零件的成型。这两种方式均不能控制合金熔液的喷涂流量。此外，西安交通大学在2019年5月推出了一款3坐标低熔点合金3D打印机，但该打印机同样无法持续喷涂合金熔液、控制熔液喷涂流量。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种应用于五轴低熔点合金3D打印机的防干涉喷头，克服5坐标低熔点合金3D打印机喷头易与工件干涉，无法连续喷涂、喷涂流量不可控的问题。

本发明的技术方案是：一种应用于五轴低熔点合金3D打印机的防干涉喷头，其特征在于：包括喷头机架、送丝组件和针管组件；所述喷头机架顶部开有两个空间垂直的通孔，3D打印机的X轴和Y轴均通过直线轴承分别安装于两个所述通孔内，使得整个防干涉喷头能够沿3D打印机的X轴或Y轴移动；

所述送丝组件包括打印头机架、送丝齿轮、步进电机、丝道、弹簧、弹簧固定栓和滚丝轮；所述打印头机架为L型支臂结构，通过内六角圆柱头螺钉安装于所述喷头机架的侧立面上，并能够绕所述内六角圆柱头螺钉转动；所述打印头机架的一端臂水平设置，另一端臂向下设置，并在水平端臂上沿长度方向开有两个通孔，靠近另一端臂的通孔用于同轴安装所述丝道，靠近端头处的通孔用于同轴安装所述弹簧固定栓，所述弹簧固定栓的底端同轴穿过所述弹簧，并通过其底部螺纹固定于所述喷头机架的底面上，用于限制所述打印头机架水平端臂的旋转行程和压缩所述弹簧；所述弹簧为螺旋压缩弹簧，通过其轴向弹力对水平端臂施加杠杆力；所述送丝齿轮安装于所述丝道的下方，其周面上设置有外齿；所述滚丝轮通过转轴安装于所述打印头机架另一端臂上，通过弹簧施加的杠杆力，所述滚丝轮和送丝齿轮接触，并保证接触点位于所述丝道中心轴上；所述步进电机安装于所述喷头机架的另一侧立面，其输出轴水平穿过所述喷头机架与所述送丝齿轮同轴固定，能够控制所述送丝齿轮转动，与滚丝轮配合驱动金属丝从滚丝轮和送丝齿轮之间竖直向下移动；