一种用于糖基三维打印的喷头装置的制作方法

本实用新型属于快速成型制造技术领域，具体涉及一种用于糖基三维打印的喷头装置。

背景技术：

采用熔融堆积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的3D打印技术是目前本领域应用最为广泛的快速成型方法之一。在应用此方法成型系统中，喷头装置是实现打印成功的最关键的部件，它在运动控制系统的控制之下进行准确的移动，从而实现层层堆积形成三维零件。通常情况下FDM技术所使用材料大多为丝状材料，而利用此项技术进行糖类食品制作时，由于所使用的材料为可食用材料(例如：糖、巧克力等)，这类材料在加工时不易形成丝状，因此所使用的材料大多为固体的不规则的颗粒状材料，这就对打印机的喷头装置提出了新的要求。

本实用新型申请人曾在公告号为CN203496288U的专利文本中提出了一种可通过针阀控制系统来稳定喷头挤出压力并杜绝流涎现象的糖基快速成型机喷头装置，但该装置在实际应用中还存在有一些缺陷，具体表现在以下几点：1、加热模块和电机之间没有隔热模块，所以加热模块很容易将产生的热量传递给电机，造成电机工作温度急剧升高，以至于电机产生故障而停止工作；2、喷头的加热方式为同一位置持续加热，不利于糖基材料的熔融；3、由于在螺旋输送器中的螺杆的螺距为等螺距，这样便使得喷嘴压力往往会有所欠缺，不利于打印的连续进行；4、在喷嘴上未设置有加热装置，这样在一次打印完成并相隔一段时间后的再次打印时，就容易发生喷嘴堵塞现象。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术特别是CN203496288U专利技术存在的缺陷，提供一种用于糖基三维打印的喷头装置，该装置可防止加热单元将热量传递给驱动电机，同时在打印的过程中可提供足够而稳定的挤出压力并将糖基材料充分的熔融，进而提高设备的打印质量和使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于糖基三维打印的喷头装置，具有一块其上对称设有两台步进电机的安装板，在安装板上装有通过齿形皮带与两台步进电机动力输出轴连接的传动轴,在安装板底面向下依次安装有供料仓、熔融腔以及喷嘴，在熔融腔内设有通过联轴器与传动轴连接的挤压螺杆，喷嘴与熔融腔之间通过螺纹连接的方式进行连接，在熔融腔外部从上往下依次安装有三个可独立控制加热的加热单元，并在每个加热单元上安装有环状的温度传感器，在喷嘴的侧下方镶嵌有可防止因材料冷却凝固而产生堵塞的加热环。

上述用于糖基三维打印的喷头装置中，在安装板上装设的步进电机包括按左右对称布置的第一步进电机和第二步进电机，两台步进电机的动力输出轴通过齿形皮带与安装板上的传动轴连接，并通过联轴器对挤压螺杆进行驱动。

上述用于糖基三维打印的喷头装置中，安装在熔融腔中的挤压螺杆的螺距为变螺距。

上述用于糖基三维打印的喷头装置中，供料仓和安装板之间以焊接的方式进行连接；熔融腔和喷嘴之间通过精密细牙螺纹连接。

上述用于糖基三维打印的喷头装置中，在熔融腔外部安装的三个加热单元均为金属电阻式的加热套，在每个加热单元外部以过盈配合的方式各安装有一个环状的温度传感器。

上述用于糖基三维打印的喷头装置中，在熔融腔外部从上往下依次安装的三个加热单元分别为第一加热单元、第二加热单元和第三加热单元，第一加热单元提供的加热温度范围为≤50℃，第二加热单元提供的加热温度范围为50℃～110℃，第三加热单元提供的加热温度范围为110℃～200℃。

上述用于糖基三维打印的喷头装置中，镶嵌在喷嘴侧下方的加热环为电阻式加热环。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

一、本实用新型的挤压螺杆通过两个步进电机并利用齿形带的传动方式进行驱动，可有效阻隔熔融腔中的温度传递给步进电机，防止了步进电机因温度升高而造成的损坏，进而有效地提高了喷头装置的寿命；

二、本实用新型的熔融腔利用三个加热单元进行梯度式加热，使得颗粒状的材料在加工时可以得到充分的熔融；

三、该喷头装置中所用挤压螺杆的螺距为变螺距，从而使得喷头装置可在打印的过程中有足够的的打印压力，有利于打印过程的连续进行；

四、本实用新型在喷嘴的位置设置有加热环，可有效的防止因打印暂停、温度降低而产生的材料冷却凝固堵塞喷嘴的现象；

五、本实用新型的结构紧凑、原理简单，可以将颗粒状的打印材料稳定的熔融挤出；尤其在颗粒状糖类材料的食品三维打印方面有着极为明显的优势。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。

图2是本实用新型挤压螺杆的结构示意图。

附图中各数字标记的名称分别是：1－第一步进电机，2－安装板，3－供料仓，4－第一加热单元，5－第二加热单元，6－第三加热单元，7－熔融腔，8－喷嘴，9－加热环，10－温度传感器，11－挤压螺杆，12－联轴器，13－第二步进电机，14－齿形皮带。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际应用结构并不仅限于下述的实施例。

参见附图，本实用新型所述的用于糖基三维打印的喷头装置由安装板2、第一步进电机1、第二步进电机13、供料仓3、挤压螺杆11、熔融腔7、喷嘴8以及第一加热单元4、第二加热单元5、第三加热单元6、加热环9等构件组成。第一步进电机1和第二步进电机13按左右对称布置在安装板2上，两台步进电机的动力输出轴通过齿形皮带14与安装板2上的传动轴连接。在安装板2底面向下依次安装有供料仓3、熔融腔7以及喷嘴8，其中供料仓3和安装板2之间以焊接的方式进行连接。挤压螺杆11设置在熔融腔7内，它通过第一步进电机1和第二步进电机13经齿形皮带14及传动轴进行驱动，并由联轴器12与安装板2之间的共同作用对其进行定位，挤压螺杆11的螺距为变螺距。在熔融腔7外部从上往下依次安装有由金属电阻式加热套构成的第一加热单元4、第二加热单元5和第三加热单元6，三个加热单元可独立控制进行梯度式加热，其中第一加热单元4提供的加热温度范围为≤50℃，第二加热单元5提供的加热温度范围为50℃～110℃，第三加热单元6提供的加热温度范围为110℃～200℃，在每个加热单元外部以过盈配合的方式各安装有一个环状的温度传感器10。喷嘴8与熔融腔7之间通过通过精密细牙螺纹连接的方式进行连接，在喷嘴8的侧下方镶嵌有用于防止因材料冷却凝固而产生堵塞的电阻式加热环9。

实际的工作中，当颗粒状糖类打印材料在进入供料仓3之后，第一加热单元4、第二加热单元5、第三加热单元6以及安装在喷嘴8上的防阻塞加热环9开始工作；当各加热部件上的温度达到预设温度时，挤压螺杆11在第一步进电机1和第二步进电机13及齿形皮带14的驱动下开始旋转，裸露在供料仓3中旋转的挤压螺杆11将打印材料送至熔融腔7中，在三个加热单元的共同作用下将颗粒状的材料熔融，并在挤压螺杆11的作用下通过喷嘴8将其定量的挤出。

本实用新型一个较佳的实施例结构是：所使用的第一步进电机1和第二步进电机13均采用F-42BYG1804步进电机；挤压螺杆11采用铝材进行制作，其外径为15～18mm，螺距为从上至下依次减小的变螺距，螺旋升角为12°～15°，螺槽深度为2～5mm；第一加热单元4、第二加热单元5、第三加热单元6均采用金属电阻式加热套，镶嵌在喷嘴上的加热环为电阻式加热圈；安装在各加热单元上的温度传感器10采用Pt100热电阻；喷嘴8的孔径部分通过电火花技术加工，其直径的范围在0.3～0.6mm。