喷嘴直径实时可变的3D打印机喷头的制作方法

本实用新型涉及一种3D打印机，具体是喷嘴直径实时可变的3D打印机喷头。

背景技术：

3D打印技术出现在20世纪80年代，又被称作“快速成型技术”。其最大的优点是无需机械加工或模具，就能直接从计算机设计出的图形数据中生成任何物体，从而极大地缩短产品的研发周期，提高生产率和降低生产成本。因此被广泛地应用在艺术界和工业界。3D打印技术，根据其成型方法的不同，可以分为立体光刻（SLA）、叠层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling，FDM）等。其中FDM快速成型系统与其他系统最本质的区别在于其没有使用激光系统，因此成本最低，也是目前最为广泛应用的一种3D打印技术。FDM工艺一般是将固态的低熔点丝状材料加热到半熔融状态，如PLA或ABS等。然后，将其挤出，按照物体每层所预定的轨迹，逐层制造，每制造一层工作台下降一个层厚或打印喷头上升一个层厚，如此反复最终构建出整个实体。

现有的基于FDM工艺的3D打印机的喷头，其结构主要包括有进料喉管、设置于进料喉管外端部的铝合金加热块、以及固定于铝合金加热块上并与进料喉管输料连通的喷嘴，其中，铝合金加热块上设置有用于加热的加热单元。打印时，丝材从由送丝机构送至铝合金加热块中受热融化，然后从喷嘴流出。喷嘴的直径决定了出丝的直径，这就决定了打印的层片的最大厚度不可能大于喷嘴直径。众所周知，3D打印技术是通过分层的思想实现的，通常，层片厚度越厚，模型表面精度越差，但打印时间越短。层片厚度越薄，模型打印表面精度越高，到打印时间越长，同时，3D打印机喷头运动的速度受材料溶解速度和喷嘴直径的限制。目前，3D打印机的喷嘴直径在0.1到0.5 mm之间，为避免喷嘴直径太小堵头，大多数打印机使用0.4 mm直径的喷嘴。如果想打印更精细的模型，通常会选择喷嘴直径较小的，但这样同时会增加打印时间和堵头的风险。

在3D打印加工过程中，通常某些模型不需要完全使用统一的层厚，比如哑铃型，为兼顾加工时间和加工进度，在轮廓变化比较明显的地方可以使用小尺寸喷嘴打印。而变化不明显的，可以使用大尺寸喷嘴打印。这样既可以提高模型质量又可以降低打印时间和成本。但是，传统的3D打印机的喷嘴的更换需要将固定到合金加热块底部的喷嘴整体拧下来，在一个模型没有打印完前，是无法更换另一个喷嘴的，而且更换过喷嘴还需要重新校正喷嘴和打印平台间的距离。因此非常麻烦，效率非常低。因此有必要对此进行改进。

通过检索：

（1）中国专利公开号CN105109041A公开了一种可换喷头打印的3D 打印机，该技术方案完全改变了传统的FDM工艺的3D打印机的喷头结构，而且需要额外设置导轨进行传动，这种结构无法适用于目前市场上非常普及的3D打印机。

（2）中国专利公开号CN105965898A公开了一种可旋转切换的3D打印机喷头，该技术方案的打印机喷头的旋转需要借助外力，如手动进行切换，其本质上与传统的手工更换打印机喷嘴没有太大不同，最为重要的，该技术方案无法实现实时喷嘴自动实时切换的功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种喷嘴可在打印过程中实时切换，从而实现喷嘴直径实时可变效果，从而可以匹配打印需要的喷嘴直径实时可变的3D打印机喷头。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是包括有进料喉管、设置于进料喉管外端部的加热块，加热块的下端面上设置喷嘴对接位，喷嘴对接位上设置有内端与进料喉管的进料内管相连通的加热块出料口，还包括有多个喷嘴，喷嘴上设置有进料连通的喷嘴进料口、喷嘴内孔和喷料出料口，且多个喷嘴的喷料出料口直径不等设置，所述的加热块的下端面上开设行走轨槽，所述的多个喷嘴滑移设置于行走轨槽内，喷嘴对接位设置于行走轨槽的底壁上，多个喷嘴之间相互固定设置有驱动架，所述的加热块上还设置有驱动电机，所述的驱动电机与驱动架传动连接并用于驱动多个喷嘴在行走轨槽中滑移并使得多个喷嘴在喷嘴对接位进行切换，且每个喷嘴在滑移切换至喷嘴对接位时喷嘴进料口与加热块出料口对接连通。

进一步设置是所述的行走轨槽为圆环形轨槽，所述的驱动电机的电机输出轴与圆环形轨槽的中心轴线同轴，所述的驱动架包括有多个分别用于将每个喷嘴与电机输出轴相固定联动的传动连杆。

进一步设置是所述的行走轨槽内侧壁上对应喷嘴对接位的位置设置有用于锁定喷嘴的定位机构，该定位机构包括有定位球，以及位于行走轨槽内侧壁内的定位球转动腔，以及连接于定位球转动腔内端的弹簧孔，弹簧孔内设置有伸缩弹簧，定位球转动位于定位球转动腔内且其内端与伸缩弹簧弹性支撑连接，所述的行走轨槽内侧壁上相对于定位球转动腔的外开口处可拆卸固定盖设有盖板，所述的盖板上设置有直径小于定位球直径的盖板中心孔，所述的定位球的外端部外露凸起于盖板中心孔的外端，每一个喷嘴的与所述定位球相对应的侧壁上设置有与定位球的外端部嵌配定位的定位凹孔。通过本设置，使得喷嘴在切换到喷嘴对接位时能够得到限位固定，如此，保障喷嘴固定的稳定性。

进一步设置是所述的定位球的外端部上设置有用于感应喷嘴是否到位的位置感应开关，且该位置感应开关输出与喷嘴到位与否相对应的开关信号。通过本设置，该开关信号可以结合执行器去控制3D打印机的送丝机构运动，在喷嘴还没切换到位时，停止送丝动作。

进一步设置是行走轨槽的开槽深度一致，每个喷嘴的纵向高度相等设置。通过本设置，在每次喷头切换完毕后，无需重新进行无喷嘴位置校准，提高了加工效率。

进一步设置是所述的喷嘴设置有4个，其喷料出料口的直径分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm和0.4mm。

本实用新型的优点是可以实现打印过程中喷嘴直径的实时可变切换，如此，一些对力学性能要求不高的产品，在打印外轮廓时可以使用小尺寸喷嘴，填充时使用大尺寸喷嘴，这样即可以保证加工精度，又可以节省加工时间，而传统3D打印机打印的最大层厚受喷嘴直径限制，不能大幅度的提高打印时间。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做进一步介绍。

附图说明

图1 本实用新型具体实施方式立体图；

图2 本实用新型具体实施方式仰视图；

图3 为图2的A-A剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质的改进和调整。

如图1-3所示的本实用新型的具体实施方式，包括有进料喉管1、设置于进料喉管外端部的加热块2，该加热块一般为铝合金加热块，其内设置有加热电阻元件，为本领域常规配件，加热块2的下端面上设置喷嘴对接位21，喷嘴对接位21上设置有内端与进料喉管1的进料内管11相连通的加热块出料口22，还包括有多个喷嘴3，喷嘴3上设置有进料连通的喷嘴进料口31、喷嘴内孔32和喷料出料口33，且多个喷嘴3的喷料出料口33直径不等设置，所述的加热块2的下端面上开设行走轨槽23，所述的多个喷嘴3滑移设置于行走轨槽23内，喷嘴对接位21设置于行走轨槽23的底壁上，多个喷嘴3之间相互固定设置有驱动架4，所述的加热块2上还设置有驱动电机5，所述的驱动电机5与驱动架4传动连接并用于驱动多个喷嘴3在行走轨槽中滑移并使得多个喷嘴3在喷嘴对接位21进行切换，且每个喷嘴3在滑移切换至喷嘴对接位21时喷嘴进料口31与加热块出料口22对接连通。

此外，作为具体地，本实施例所述的行走轨槽23为圆环形轨槽，所述的驱动电机5的电机输出轴与圆环形轨槽的中心轴线同轴，所述的驱动架4包括有多个分别用于将每个喷嘴与电机输出轴相固定联动的传动连杆41，另外，所述的行走轨槽23内侧壁上对应喷嘴对接位21的位置设置有用于锁定喷嘴的定位机构，该定位机构包括有定位球61，以及位于行走轨槽内侧壁内的定位球转动腔62，以及连接于定位球转动腔内端的弹簧孔63，弹簧孔63内设置有伸缩弹簧64，定位球61转动位于定位球转动腔62内且其内端与伸缩弹簧64弹性支撑连接，所述的行走轨槽内侧壁上相对于定位球转动腔的外开口处可拆卸固定盖设有盖板65，所述的盖板65上设置有直径小于定位球直径的盖板中心孔651，所述的定位球61的外端部外露凸起于盖板中心孔651的外端，每一个喷嘴3与所述定位球61相对应的侧壁上设置有与定位球的外端部嵌配定位的定位凹孔34。

此外，作为优选地，本实施例所述的定位球61的外端部上设置有用于感应喷嘴是否到位的位置感应开关，且该位置感应开关输出与喷嘴到位与否相对应的开关信号。该位置感应开关一般选择为电容式触摸感应开关。

此外，本实施例行走轨槽23的开槽深度一致，每个喷嘴3的纵向高度相等设置，所述的喷嘴3设置有4个，其喷料出料口的直径分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm和0.4mm。