专利名称：一种电机助推微注射式喷头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种喷射装置，尤其涉及一种用电机驱动和用柱塞施压的微滴喷头。
背景技术：
快速成形(Rapid Prototyping, RP)又称为自由成形(Freeform Fabrication,FF)。采用这种技术后，可以根据工件的三维CAD模型，直接制作工件而无需传统的模具/刀具。实现快速成形工艺的设备称为快速成形机，目前，商品化的快速成形机主要有以下5种激光固化快速成形机(SLA)、激光烧结快速成形机(SLS)、激光切纸快速成形机(L0M)、熔融挤压快速成形机(FDM)和三维打印快速成形机(TDP)。这些快速成形机都有一个(或多个)成形头，借助成形头中发出的激光束/热量和挤压力/粘接剂使成形材料产生状态变化， 一层层地逐步形成三维工件。 因此，成形头是快速成形机的核心部件，快速成形机的成形能力主要取决于成形头，尤其是成形头的分辨率和可适用成形材料。 近年来，随着科学技术的进步，对快速成形工艺的要求愈来愈高，其主要表现在以下两方面(l)进一步提高成形件的精度；(2)扩大可适用的成形材料，使之能直接成形功能器件，即不仅成形件的形状与尺寸和所需工件相同，而且其材质也必须相同，只有这样，成形件才是有实在功能的器件。为实现上述要求，许多有关研发人员正努力改革成形头的结构，其中最具代表性的是用微滴喷射式喷头作为成形头。 微滴喷射(droplet jetting)是用外力迫使流体以微滴的形式从容腔的小孔(喷嘴)中射出的技术，所谓"微滴"是指射出液滴的尺寸可精确控制至微米(ym)级水平，容积可控制在微升(PL)至飞升(fL)级水平，它是由喷墨打印发展出来的一种最新技术。这种技术具有分辨率高、喷射频率高，能实现喷射液滴容积的高精度、超微细控制，可采用多种多样的喷射流体。 微滴喷射技术的关键是微滴喷头，目前，典型的微滴喷头有电场偏转式、阀控式、热泡式和压电式等。其中，发展最快的是压电式喷头，它借助压电陶瓷的微位移迫使其中的液体从微细喷嘴中喷出，这种喷头已成为当今微滴喷头的主流，但是它也存在以下主要问题(l)工业用的多喷嘴压电式喷头的价格昂贵。(2)喷嘴易堵塞，而且往往一旦堵塞可能造成整个喷头报废。(3)适用的环境条件有限，很少有能承受高温的压电式喷头。(4)用于驱动喷射的器件——压电陶瓷能发出的驱动力有限，难于挤出高黏度、高粘性的材料。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种电机助推微注射式喷头，可以通过较低的成本实现成形原料的精密微滴喷射。 本实用新型的技术方案为本实用新型提出了一种电机助推微注射式喷头，包括[0009] 驱动控制器，输出直线步进电机的驱动信号； 直线步进电机，用于通过输出螺杆驱动微注射器； 支架，支架的上端与该直线步进电机相连； 微注射器，进一步包括 柱塞，柱塞的上端与该直线步进电机的该输出螺杆连接； 料筒，料筒的上端固定在该支架的下端，料筒内部中空，存储成形原料，供柱塞在
输出螺杆的推动下沿料筒内壁滑动以推挤成形原料； 底盖，底盖的上端与料筒的下端连接，底盖设有空孔； 喷嘴，喷嘴的上端固定在该底盖的下凸缘上，喷嘴中设有内孔，喷嘴的下端设有喷 孔，底盖的空孔、喷嘴的内孔以及喷孔组成成形原料的喷射通道； 第一加热件，设置在该料筒的外表面，用于加热该料筒以及其中的成形原料，使成 形原料保持熔融态并改变成形原料的黏度以便优化流动性能； 第二加热件，该喷嘴是通过该第二加热件固定在该底盖的下凸缘上的，用于加热
该喷嘴，使喷嘴中的成形原料保持流态并改变成形原料的黏度以便通过喷孔流出。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该微注射器的该柱塞中设
有排气塞和排气孔，用于排除该料筒内的成形原料中含有的空气和湿气。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该料筒的下端与该底盖的
连接是可拆卸式的连接。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该料筒的下端外表面有螺 纹，该底盖具有内孔螺纹，该底盖与该料筒螺纹连接，在相对料筒旋转底盖的操作下，底盖 脱离料筒。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该底盖的内表面设有氟橡 胶密封圈。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该微注射器的柱塞、料筒、 底盖和喷嘴都用不锈钢制成。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该第一加热件是加热外 套，在轴向上分别嵌有第一 电热棒和第一热电偶。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该加热外套是由紫铜材料 制成。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该第二加热件是加热帽， 在垂直横截面内分别嵌有第二电热棒和第二热电偶。 根据本实用新型的电机助推微注射式喷头的一实施例，该加热帽是由黄铜制成。 本实用新型对比现有技术有如下的有益效果本实用新型的电机助推微注射式喷 头的技术方案，用计算机控制的步进电机通过料筒中的柱塞迫使成形原料从微细喷嘴中挤 出，并沉积在工作台上，逐步固化而形成工件。相对于现有技术，本实用新型的电机助推微 注射式喷头用于成形的原料广泛，对成形原料的成分、品牌、形态和规格无限制，例如用户 自行设计或选择的由聚合物、金属或陶瓷等构成的溶液(水溶液或溶剂溶液)、胶体、悬浮 液、浆料或熔体。可精密地控制喷射材料的流量。喷头中设有加热件，根据需要通过加热 改变成形原料的黏度，以便获得喷射所需性能的流体。喷头为全不锈钢结构，喷射推力大，性能稳定，能喷射高黏性材料和含有强溶剂的材料。喷嘴不易堵塞，可快速、方便地进行拆卸、清洗和安装。料筒易于清洗，可方便地更换其中的成形原料。因此本实用新型的微注射式喷头能广泛应用于各种工件的自由成形(快速成形)，特别是功能机电器件、功能陶瓷器件、功能梯度材料器件和组织工程支架等的自由成形。
图1是本实用新型的电机助推微注射式喷头的实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。 图l示出了本实用新型的电机助推微注射式喷头的实施例。请参见图l，本实施例的电机助推微注射式喷头包括驱动控制器(未图示)、直线步进电机2、微注射器13、加热外套5、加热帽7和支架3。微注射器13进一步由柱塞17、料筒16、底盖12和喷嘴10组成。 驱动控制器用于输出直线步进电机2的驱动信号，而直线步进电机2在驱动信号的控制下，通过输出螺杆1驱动微注射器13。柱塞17的上端与直线步进电机2的输出螺杆1连接。柱塞中设有排气塞和排气孔，用于排除料筒内的成形原料中所含的空气和湿气。料筒16的上端固定在支架3的下端，料筒是一个内部中空的结构，存储了成形原料，柱塞17在输出螺杆1的推动下沿料筒16内壁滑动，从而推挤料筒16中的成形原料，以便从喷射通道中喷射至工作台9。为了便于更换和清除料筒中剩余的材料，料筒16的下端和底盖12的连接是一种可拆卸式的连接，即通过某一操作可使料筒和底盖分离。在本实施例中，料筒16的下端外表面有螺纹，底盖12具有内孔螺纹，底盖12和料筒16的这种可拆卸式连接就是螺纹连接方式。在相对料筒16旋转底盖12的操作下，底盖12与料筒16分离。底盖12内表面设有氟橡胶密封圈，可以承受高温并具有耐溶剂腐蚀的能力。喷嘴io可以是一种注射针的结构，其上端固定在底盖12的下凸缘上，喷嘴的下端设有喷孔，喷孔的直径在本实施例中选用微米级。底盖12具有的空孔(在本实施例中是设置在中心的中心孔)、喷嘴10的内孔以及喷嘴下端的喷孔组成了成形原料从料筒中向外喷射的喷射通道。微注射器13的各个组件，例如柱塞17、料筒16、底盖12和喷嘴IO，都用不锈钢制成，可以承受高温并耐溶剂腐蚀。 加热外套5设置在料筒16的外表面，为了更好的加热效果最好是紧贴在料筒16
的外表面，两者之间不留空隙。加热外套5在其轴向上分别嵌有电热棒4和热电偶14，用于
加热料筒16和其中的成形原料，使成形原料保持熔融态，否则无法实现成形，并改变成形
原料的黏度以便获得优化的流动性能。加热外套5是由紫铜材料制成。 加热帽7的位置是喷嘴10是通过加热帽7固定在底盖12的下凸缘上的。加热
帽7由黄铜材料制成，在其垂直横截面内分别嵌有电热棒11和热电偶8，用于加热喷嘴10，
使喷嘴中的成形原料保持流态和所需的黏度，从而能顺利通过喷孔喷射出。 整个电机助推微注射式喷头的工作原理是直线步进电机2在驱动控制器的驱动
信号的作用下，使其中的输出螺杆1沿垂直方向z作直线往复运动。连接在输出螺杆1下
端的柱塞17在输出螺杆1的推动下，沿料筒16的内壁滑动，并向下推挤其中的流态成形原料，迫使成形原料经过底盖12的空孔和喷嘴10的内孔以及喷孔喷射至下端的工作台9上。 由于驱动控制器可使直线步进电机2的输出螺杆1和柱塞17作微小的步进运动， 直线步进电机2的步距和输出螺杆1的螺距可足够小，喷嘴10的喷孔直径为微米级，因此 可实现原材料的精密微滴喷射。 上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本实用新型的，本领域普 通技术人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变 化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的 创新性特征的最大范围。
权利要求一种电机助推微注射式喷头，其特征在于，包括驱动控制器，输出直线步进电机的驱动信号；直线步进电机，用于通过输出螺杆驱动微注射器；支架，支架的上端与该直线步进电机相连；微注射器，进一步包括柱塞，柱塞的上端与该直线步进电机的该输出螺杆连接；料筒，料筒的上端固定在该支架的下端，料筒内部中空，存储成形原料，供柱塞在输出螺杆的推动下沿料筒内壁滑动以推挤成形原料；底盖，底盖的上端与料筒的下端连接，底盖设有空孔；喷嘴，喷嘴的上端固定在该底盖的下凸缘上，喷嘴中设有内孔，喷嘴的下端设有喷孔，底盖的空孔、喷嘴的内孔以及喷孔组成成形原料的喷射通道；第一加热件，设置在该料筒的外表面，用于加热该料筒以及其中的成形原料，使成形原料保持熔融态并改变成形原料的黏度以便优化流动性能；第二加热件，该喷嘴是通过该第二加热件固定在该底盖的下凸缘上的，用于加热该喷嘴，使喷嘴中的成形原料保持流态并改变成形原料的黏度以便通过喷孔流出。
2. 根据权利要求1所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该微注射器的该柱塞 中设有排气塞和排气孔，用于排除该料筒内的成形原料中含有的空气和湿气。
3. 根据权利要求1所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该料筒的下端与该底 盖的连接是可拆卸式的连接。
4. 根据权利要求3所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该料筒的下端外表面 有螺纹，该底盖具有内孔螺纹，该底盖与该料筒螺纹连接，在相对料筒旋转底盖的操作下， 底盖脱离料筒。
5. 根据权利要求1所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该底盖的内表面设有 氟橡胶密封圈。
6. 根据权利要求1所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该微注射器的柱塞、料 筒、底盖和喷嘴都用不锈钢制成。
7. 根据权利要求1所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该第一加热件是加热 外套，在轴向上分别嵌有第一 电热棒和第一热电偶。
8. 根据权利要求7所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该加热外套是由紫铜 材料制成。
9. 根据权利要求1所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该第二加热件是加热 帽，在垂直横截面内分别嵌有第二电热棒和第二热电偶。
10. 根据权利要求9所述的电机助推微注射式喷头，其特征在于，该加热帽是由黄铜制成。
专利摘要本实用新型公开了一种电机助推微注射式喷头，可以通过较低的成本实现成形原料的精密微滴喷射。其技术方案为喷头包括驱动控制器；直线步进电机；支架；微注射器，进一步包括柱塞，上端与输出螺杆连接；料筒，上端固定在支架下端，内部中空，存储成形原料，供柱塞沿料筒内壁滑动以推挤成形原料；底盖，上端与料筒下端连接，设有空孔；喷嘴，上端固定在底盖的下凸缘，设有内孔，下端设有喷孔，底盖的空孔、喷嘴的内孔以及喷孔组成成形原料的喷射通道；第一加热件，用于加热该料筒以及其中的成形原料；第二加热件，用于加热该喷嘴。
文档编号B05B15/00GK201439072SQ20092007676
公开日2010年4月21日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者李宝, 王宣, 王运赣, 罗春山, 罗维江, 郑志华, 郭书安 申请人:上海富奇凡机电科技有限公司