3D打印机打印头组件的制作方法

本实用新型涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印机打印头组件。

背景技术：

打印头组件是3D打印机的重要机械机构之一，打印头组件作为3D打印机打印熔丝的机构，其作用是把3D打印机丝料熔化并且通过喷嘴吐丝粘接在打印床上。从喷嘴挤出的熔丝直径与喷嘴孔直径相当，熔丝的直径越小则打印精度越高。

现有的熔融式3D打印机打印头主要通过施加压力的方式从喷嘴挤出熔丝，喷嘴孔直径一般不小于0.1mm。打印头的喷嘴很难进一步缩小喷嘴直径。导致熔融式3D打印机的精度较差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种打印进度高的3D打印机打印头组件。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种3D打印机打印头组件，包括：打印导管，所述打印导管用于将打印原料传送至喷嘴；喷嘴，所述喷嘴具有预定尺寸的开口，所述喷嘴连接于所述打印导管的下端，用于将打印原料从开口喷出；加热模块，所述加热模块设置于喷嘴外围表面，用于熔融打印原料；压电换能器，所述压电换能器嵌套于打印导管的上端，所述压电换能器可控地使打印导管的下端往复高频微幅振动。

可选的，所述压电换能器包括若干第一压电陶瓷圆环和若干第一金属片垫圈，其中第一压电陶瓷圆环和第一金属片垫圈依次交叠堆叠且嵌套于打印导管的上端。

可选的，所述第一压电陶瓷圆环的上下表面覆盖有金属电极，所述第一压电陶瓷圆环的极化方向为沿所述第一压电陶瓷圆环的轴向，当在第一压电陶瓷圆环的上下表面电极施加电压差时，第一压电陶瓷圆环产生沿轴向应变。

可选的，所述第一压电陶瓷圆环包括第一轴向压电陶瓷圆环和第二轴向压电陶瓷圆环，其中，第一轴向压电陶瓷圆环和第二轴向压电陶瓷圆环的极化方向相反。

可选的，所述压电换能器包括若干第二压电陶瓷圆环和若干第二金属片垫圈，其中第二压电陶瓷圆环和第二金属片垫圈依次交叠堆叠且嵌套于打印导管的上端部。

可选的，所述第二压电陶瓷圆环的上下表面具有金属电极，其中一个表面完整覆盖电极，另一表面的电极为两个分割开的左右分布的半圆环形，所述第二压电陶瓷圆环的极化方向为沿喷嘴的陶瓷环的轴向，其中左半圆环和右半圆环的极化方向相反，当在第二压电陶瓷圆环的上下表面电极施加电压差时，第二压电陶瓷圆环的左半圆环和右半圆环同时沿陶瓷环轴向发生相位相差180°的应变。

可选的，所述第二压电陶瓷圆环包括第一摆动压电陶瓷圆环和第二摆动压电陶瓷圆环，其中，第一摆动压电陶瓷圆环和第二摆动压电陶瓷圆环的极化方向相反且对称布置。

可选的，所述金属片垫圈的厚度为0.05mm-0.2mm。

可选的，还包括：设置于所述压电换能器和加热模块之间的散热模块。

本申请的优点：本申请的3D打印机打印头组件能够的高频微幅振动，以减小熔融高分子/熔丝通过喷嘴时的阻力，降低所需施加的压力，有利于缩小喷嘴开口直径。

附图说明

图1为本申请一实施例的打印头组件的示意图；

图2为本申请一实施例的压电换能器的结构示意图；

图3为本申请一实施例的第一压电陶瓷圆环的示意图；

图4为本申请另一实施例的压电换能器的结构示意图；

图5为具有第一压电陶瓷圆环的压电换能器在打印头组件1工作时的状态示意图；

图6为本申请另一实施例的压电换能器的结构示意图；

图7为本申请一实施例的第二压电陶瓷圆环的示意图；

图8为本申请另一实施例的压电换能器的结构示意图；

图9为具有第二压电陶瓷圆环的压电换能器在打印头组件1工作时的状态示意图。

具体实施方式

通过施加压力的方式从喷嘴挤出熔丝的熔融式3D打印机打印头的喷嘴的直径较难缩小，这是由于喷嘴的直径越小，需要较大的压力才能从更小的喷嘴孔才能挤出熔丝，当喷嘴直径小于0.1mm后，所需的压力已经超出现有的常规能够提供的压力范围，因此，现有的熔融式3D打印机打印头的喷嘴通常都大于0.1mm，从而导致3D打印机的精度较差。

本申请的实用新型人通过仔细的研究，提供一种3D打印机打印头组件，包括：打印导管，所述打印导管用于将打印原料传送至喷嘴；喷嘴，所述喷嘴具有预定尺寸的开口，所述喷嘴连接于所述打印导管的下端，用于将打印原料从开口喷出；加热模块，所述加热模块设置于喷嘴外围表面，用于熔融打印原料；压电换能器，所述压电换能器嵌套于打印导管的上端，所述压电换能器可控地使打印导管的下端往复高频微幅振动。从而能够使得熔丝在较小的压力下通过较小直径的喷嘴，例如，通过小于0.1mm的喷嘴。从而提高3D打印机的精度。

下面结合一具体实施例，详细描述本申请一实施例的打印头组件，请参考图1，图1示出一实施例的打印头组件1，包括：打印导管2，所述打印导管2为中空管，在一些实施例中，所述打印导管2可以为金属管，例如铜管、铝管或合金管等。所述打印导管2的一端用于连接3D打印机的原料供给装置，所述打印导管2的另一端连接喷嘴3，从而将打印原料传送至喷嘴3。

在一些实施例中，还可以在所述打印导管2的一端设置挤压装置，从而为打印导管2中的打印原料提供挤压力，以将打印原料挤压至喷嘴3。在一些实施例中，打印原料为塑料丝或高分子材料。需要说明的是，由于本申请通过设置使打印导管的下端往复高频微幅振动的压电换能器，使得所述挤压装置无需提供过高的压力，从而提高了设备的制造窗口。

在一些实施例中，所述打印头组件1包括喷嘴3，所述喷嘴3连接于所述打印导管2的下端，用以将打印原料从开口喷出，所述打印原料为熔融的塑料或者高分子材料。在一些实施例中，所述喷嘴3的直径为小于0.1mm。在另一些实施例中，所述喷嘴的直径为小于0.08mm。在另一些实施例中，所述喷嘴3的直径为小于0.05mm。需要说明的是，在常规的3D打印组件中，如果喷嘴3的直径小于0.1mm，则需要非常大的挤压力，从而导致小于0.1mm喷嘴的3D打印头组件没有实际应用价值。但是，本申请的打印头组件1使得打印导管的下端往复高频微幅振动，从而降低熔丝通过较小直径的喷嘴时所需施加的压力。

在一些实施例中，所述打印头组件1包括加热模块4，所述加热模块4设置于喷嘴3外围表面，用于熔融打印原料。所述加热模块4可以是电阻丝加热装置、或者红外加热装置，或者激光加热装置。

在一些实施例中，所述打印头组件1包括压电换能器5，所述压电换能器5可控地使打印导管的下端往复振动。从而能够使得熔丝在较小的压力下通过较小直径的喷嘴，例如，通过小于0.1mm的喷嘴。从而提高3D打印机的精度。

在一些实施例中，通过螺栓7依次将所述打印导管2、压电换能器5、金属环垫圈6固定在一起，需要说明的是，打印导管2的上部设置有螺纹，压电换能器5和金属环垫圈6依次配置在打印导管2的上部，并且通过螺栓7固定，其中，金属环垫圈6用于保护压电换能器5，以避免在螺栓7固定的时候，压电换能器5相对螺栓7旋转而损伤压电换能器5的表面电极。

在一些实施例中，请参考图2，所述压电换能器5包括若干第一压电陶瓷圆环20和若干第一金属片垫圈21，例如，可以是一个、两个或更多个第一压电陶瓷圆环20以及与其对应数量的第一金属片垫圈21，其中第一压电陶瓷圆环20和第一金属片垫圈21依次交叠堆叠且嵌套于打印导管的外围表面。所述第一金属片垫圈21用于对第一压电陶瓷圆环20施加激励电压，在一些实施例中，所述第一金属片垫圈21的厚度为0.05mm-0.2mm。

在一些实施例中，请参考图3，所述第一压电陶瓷圆环20的上下表面(图中上表面示意为A面，下表面示意为B面)具有金属电极，其中A面和B面完全覆盖金属电极，所述第一压电陶瓷圆环20的极化方向为沿第一压电陶瓷圆环20的轴向(在图中示意为沿第一压电陶瓷圆环20的厚度方向的箭头)，当在第一压电陶瓷圆环20的上下表面电极施加电压差时，第一压电陶瓷产生沿轴向的应变。

在另一些实施例中，请参考图4，所述第一压电陶瓷圆环20包括第一轴向压电陶瓷圆环61和第二轴向压电陶瓷圆环62，其中，第一轴向压电陶瓷圆环61和第二轴向压电陶瓷圆环62的极化方向相反。本实施例能够同时对第一轴向压电陶瓷圆环61和第二轴向压电陶瓷圆环62施加电压，且能够更佳地提高打印头组件1的金属管做轴向往复运动的幅度，从而使得熔丝更容易通过较小直径的喷嘴。

请参考图5，图5为具有第一压电陶瓷圆环的压电换能器在打印头组件1工作时的状态示意图。其中Z轴为打印头组件1的轴线，当打印头组件1工作时，在第一压电陶瓷圆环上施加交流电压，当电压频率接近于打印头组件1的长度伸缩振动模态固有频率时，所述金属管2的下端作轴向的往复振动。从而使得熔丝能够在较小压力下，通过喷嘴。

在另一些实施例中，请参考图6，所述压电换能器5包括若干第二压电陶瓷圆环9和若干第二金属片垫圈10，例如，可以是一个、两个或更多个第二压电陶瓷圆环9以及与其对应数量的第二金属片垫圈10，其中第二压电陶瓷圆环9和第二金属片垫圈10依次交叠堆叠且嵌套于打印导管的上端。具体地，请参考图7，其中A面的电极为两个分割开的左右分布的半圆环形，B面完整覆盖电极，所述第二压电陶瓷圆环9的极化方向为沿陶瓷环的轴向(如图中箭头所示，在图中示意为沿第二压电陶瓷圆环9的厚度方向)，其中左半圆环和右半圆环的极化方向相反。当在第二压电陶瓷圆环10的上下表面电极施加电压差时，第二压电陶瓷圆环9的左半圆环和右半圆环同时沿陶瓷环轴向发生相位相差180°的应变。

在另一些实施例中，请参考图8，所述第二压电陶瓷圆环9包括第一摆动压电陶瓷圆环91和第二摆动压电陶瓷圆环92，其中，第一摆动压电陶瓷圆环91和第二摆动压电陶瓷圆环92的极化方向相反且对称布置。

在一些实施例中，所述第二金属片垫圈10的厚度为0.05mm-0.2mm。

请参考图9，图9为具有第二压电陶瓷圆环的压电换能器在打印头组件1工作时的状态示意图。其中Z轴为打印头组件1的轴线，当打印头组件1工作时，在第二压电陶瓷圆环上施加交流电压，当电压频率接近于打印头组件1的弯曲振动模态固有频率时，所述金属管2的下端作横向(X方向)的往复振动。从而使得熔丝能够在较小压力下，通过喷嘴。

在另一实施例中，所述压电换能器5包括若干第一压电陶瓷圆环、若干第二压电陶瓷圆环和若干金属片垫圈，其中所述金属片垫圈的厚度为0.05mm-0.2mm。作为一些实施例，第一压电陶瓷圆环、金属片垫圈、第二压电陶瓷圆环、金属片垫圈依次交叠堆叠且嵌套于打印导管的外围表面。作为一些实施例，第一压电陶瓷圆环和金属片垫圈依次交叠，然后第二压电陶瓷圆环和金属片垫圈依次交叠，上述第一压电陶瓷圆环和金属片垫圈都嵌套于打印导管的外围表面。其中，所述第一压电陶瓷圆环的极化方向为沿第一压电陶瓷圆环的轴向，当在第一压电陶瓷圆环的上下表面电极施加电压差时，第一压电陶瓷产生沿轴向的应变。所述第二压电陶瓷圆环的极化方向为沿陶瓷环的轴向，其中左半圆环和右半圆环的极化方向相反。当在第二压电陶瓷圆环的上下表面电极施加电压差时，第二压电陶瓷的左半圆环和右半圆环同时沿陶瓷环轴向发生相位相差180°的应变。从而能够通过设定施加电压差，使得打印头组件1的金属管2的下端同时或者间隔交错的轴向和/或横向的往复振动。从而使得熔丝能够在较小压力下，通过喷嘴。

在一些实施例中，打印头组件1还包括设置于所述压电换能器和加热模块之间的散热模块。散热模块用于导走热量，防止压电陶瓷和打印头过热。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。