一种3D打印机的可调喷头装置及其喷嘴结构

本实用新型涉及3d打印机技术领域，尤其涉及一种3d打印机的可调喷头装置及其喷嘴结构。

背景技术：

3d打印机技术是一门综合了计算机、控制、电气、材料等领域的新兴的生产制造技术，以其产品研发周期短，生产效率高和生产成本低，受到越来越多的关注，现已广泛应用于工业设计和制造、航空航天、军事、医疗、建筑、汽车和教育等领域。随着3d打印技术的广泛应用，人们对3d打印生产的效率也越来越重视。传统的熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling,fdm)3d打印机喷嘴口径固定，多以圆形为主，打印出来的是点状，通过喷头的定向移动，由点成线，再由线成面，最终由面成体。这一特点决定了其打印速度慢，打印效率低，限制了其进一步的发展和应用。

为了解决上述问题，目前出现一些喷嘴口径可调的结构，主要通过两个调节部件同时对称靠近或远离喷嘴轴线的方式来实现，其至少需要两个控制电机或者需要复杂的传动机构，导致喷头控制难度增加、喷头结构尺寸过大，尤其不适合应用在桌面级的fdm型3d打印机上。而且已存在的所谓喷嘴挤出口长度可变的3d打印喷头，只是将喷嘴的上部进行遮盖或露出，即只是调整挤出口轴向上部的尺寸，而挤出口下部的尺寸并没有改变，喷头运动时，由于惯性熔融丝材在流到挤出口下部时会向侧边流动，使挤出口长度方向上的实际打印长度大于设定的打印长度。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种挤出口长度可调的喷嘴结构及包括该喷嘴结构的可调喷头装置，解决背景技术中的至少一个问题。

(二)技术方案

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供了一种喷嘴结构，

包括：

喷嘴本体，在喷嘴本体设有出料通道、调节盲孔和挤出口，调节盲孔位于出料通道和挤出口之间，并连通出料通道和挤出口，且调节盲孔的轴向与喷嘴本体的出料方向垂直，挤出口的长度方向沿调节盲孔的轴向设置，且调节盲孔和挤出口的其中一端贯穿喷嘴本体的同一侧；

尺寸调节机构，尺寸调节机构包括动力传动部、第一调节部和第二调节部，第一调节部能够在调节盲孔内往复移动，且形状与调节盲孔的形状相匹配，第二调节部的一端与第一调节部连接，能够随第一调节部移动，且第二调节部的形状与挤出口的形状相匹配，动力传动部与第一调节部连接，为第一调节部的移动提供动力。

优选地，动力传动部包括第一动力部和第一传动部；

第一传动部包括第一齿轮和齿条，第一齿轮与第一动力部的传动轴连接，第一调节部与齿条连接，齿条的其中一个侧面为啮合齿面，第一齿轮与啮合齿面啮合，第一齿轮转动能够带动齿条沿调节盲孔的轴向移动。

优选地，第一动力部为步进电机。

优选地，喷嘴本体为可拆卸式分体结构，包括上喷嘴部和下喷嘴部，上喷嘴部和下喷嘴部的配合面各设有一凹槽，挤出口位于下喷嘴部的下侧且与下喷嘴部的凹槽连通，上喷嘴部和下喷嘴部组装后，两个凹槽形成调节调节盲孔。

优选地，第二调节部的下侧与挤出口的下侧齐平；和/或

挤出口的一端与出料通道的轴线重合。

第二方面，本实用新型还提供了一种3d打印机的可调喷头装置，包括第一方面中任一种喷嘴结构；

还包括加热块、散热部和送料管道，散热部设置在送料管道的外侧，送料管道的一端穿过加热块与出料通道连通，送料管道的另一端为入料口。

优选地，散热部包括散热环片和散热风扇，散热环片套设在送料管道的外侧，散热风扇间隔设置在散热环片的一侧。

优选地，送料管道至少分为两段，其中一段为固定段，另一段为旋转段，旋转段位于固定段的下侧，固定段的一端穿过第一架体与旋转段连通，固定段固定于第一架体，旋转段的一端与固定段的一端可转动连通，另一端依次穿过第二架体和第三架体与出料通道连通，旋转段与第二架体之间通过轴承连接，轴承的内圈与旋转段固定连接，轴承的外圈与第二架体固定连接，第三架体与旋转段固定连接，动力传动部固定在第三架体；以及

3d打印机的可调喷头装置还包括角度调节机构，角度调节机构包括第二动力部、第二齿轮和第三齿轮，第二齿轮与第二动力部的传动轴连接且与第二动力部的传动轴同轴设置，第三齿轮同轴套设于旋转段的外侧，第二齿轮与第三齿轮啮合；

当第二动力部的传动轴转动时，第二齿轮转动并通过第三齿轮带动喷嘴结构转动。

优选地，第三架体上还设有一支撑块，支撑块上设有一凸起部，齿条上设有与凸起部相匹配的滑槽，齿条沿调节盲孔的轴向移动时，同时沿凸起部移动。

优选地，第二动力部为步进电机；和/或

旋转段内还设有一特氟龙管。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的喷嘴结构，包括喷嘴本体和尺寸调节机构，通过动力传动部带动第一调节部沿调节盲孔的轴向移动，从而带动第二调节部在挤出口内沿挤出口的长度方向移动，调节挤出口在长度方向上实际出料的尺寸，在打印低精度要求区域时，可增大喷嘴的挤出口长度，使单次运动的打印面积增大，加快打印速度，减少打印时间；在打印精度要求较高区域时，可减小喷嘴的挤出口长度，以获得更高的打印质量。并且该喷嘴结构只需一套动力传动部，结构简单、占用尺寸较小，不但成本低而且可以用于桌面级的3d打印机。

本实用新型提供的3d打印机的可调喷头装置，包括本实用新型的喷嘴结构，能够提高打印效率，结构简单、占用尺寸较小，不但成本低而且可以适用于桌面级的3d打印机。

本实用新型提供的3d打印机的可调喷头装置，还包括角度调节机构，能够调节喷嘴结构的打印角度，拓展打印范围。

附图说明

本实用新型附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本实用新型实施例一中一种喷嘴结构的示意图；

图2是本实用新型实施例一中一种喷嘴结构的分解状态示意图；

图3是本实用新型实施例一中另一种喷嘴结构的分解状态示意图；

图4是本实用新型实施例二中一种3d打印机的可调喷头装置的结构示意图；

图5是图4中3d打印机的可调喷头装置的另一角度的结构示意图；

图6是图5中的a-a剖面示意图；

图7是3d打印机的可调喷头装置调整打印角度后的实例示意图。

图中：1：喷嘴结构；

11：喷嘴本体；111：出料通道；112：调节盲孔；113：挤出口；

12：尺寸调节机构；121：第一动力部；122：第一齿轮；123：齿条；124：第一调节部；125：第二调节部；

2：加热块；

3：散热部；31：散热环片；32：散热风扇；

4：送料管道；41：固定段；42：旋转段；

5：角度调节机构；51：第二动力部；52：第二齿轮；53：第三齿轮；

6：第一架体；

7：第二架体；71：轴承；

8：第三架体；81支撑块；

9：打印丝材

10：挤出口的长度方向。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

参见图1-图3所示，本实用新型实施例提供的喷嘴结构1包括喷嘴本体11和尺寸调节机构12，通过尺寸调节机构12与喷嘴本体11的配合，实现喷嘴结构1的挤出口113长度的调节。

其中，喷嘴本体11设有出料通道111、调节盲孔112和挤出口113，调节盲孔112位于出料通道111和挤出口113之间，并连通出料通道111和挤出口113，调节盲孔112的轴向与喷嘴本体11的出料方向垂直，挤出口的长度方向10沿调节盲孔112的轴向设置，且调节盲孔112和挤出口113的其中一端贯穿喷嘴本体11的同一侧。

尺寸调节机构12包括动力传动部、第一调节部124和第二调节部125，第一调节部124能够在调节盲孔112内往复移动，且形状与调节盲孔112的形状相匹配，第二调节部125位于第一调节部124的下侧，且其一端与第一调节部124连接，能够随第一调节部124移动，且第二调节部的形状与挤出口的形状相匹配，动力传动部与第一调节部124连接，为第一调节部124的移动提供动力。在一个具体地实施方式中，调节盲孔112的横截面为圆形，挤出口113的横截面为长方形，则第一调节部124的横截面同样为圆形，第二调节部的横截面为长方形，阻止熔融料从挤出口113以外的部位流出。

使用时，动力传动部带动第一调节部124沿调节盲孔112的轴向移动，从而带动第二调节部125在挤出口113内沿挤出口的长度方向移动，调节挤出口113在长度方向上实际出料的尺寸，即本实施例提供的喷嘴结构1能够根据需要调整挤出口的长度，例如，在打印低精度要求区域时，可增大喷嘴的挤出口长度，使单次运动的打印面积增大，加快打印速度，减少打印时间；在打印精度要求较高区域时，可减小喷嘴的挤出口长度，以获得更高的打印质量。并且该喷嘴结构1只需一套动力传动部，结构简单、占用尺寸较小，不但成本低而且可以用于桌面级的3d打印机。

需要说明的是，动力传动部只需要能够为第一调节部124提供沿调节盲孔112的轴向往复移动的动力即可。

在一些优选地实施方式中，动力传动部包括第一动力部121和第一传动部。其中，第一传动部包括第一齿轮122和齿条123第一齿轮122与第一动力部121的传动轴连接，第一调节部124与齿条123连接，齿条123的其中一个侧面为啮合齿面，第一齿轮122与啮合齿面啮合，第一齿轮122转动能够带动齿条123沿调节盲孔112的轴向移动。

在一些优选地实施方式中，第一动力部121为步进电机，例如，titan42步进电机。使用步进电机可以保证具有较好的控制精度。

为了方便拆卸、安装及清理，在一些优选地实施方式中，参见图3所示，喷嘴本体11为可拆卸式分体结构，包括上喷嘴部和下喷嘴部，上喷嘴部和下喷嘴部的配合面各设有一凹槽，挤出口113位于下喷嘴部的下侧且与下喷嘴部的凹槽连通，上喷嘴部和下喷嘴部组装后，两个凹槽形成调节调节盲孔112。

在一个具体地实施方式中，上喷嘴部和下喷嘴部之间通过螺栓连接。

为了进一步提高挤出口113的出料质量，第二调节部125的下侧与挤出口113的下侧齐平，即使挤出口113由上到下的尺寸同时实现调节。

为了方便定位打印路径，在一些优选地实施方式中，挤出口113的一端与出料通道111的轴线重合。

实施例二

参见图4-图6所示，本实施例二提供的3d打印机的可调喷头装置，可以实用实例一中任一种喷嘴结构1，而关于喷嘴结构1的具体结构在本实施例中不再赘述。

本实施例中的3d打印机的可调喷头装置还包括加热块2、散热部3和送料管道4，其中，送料管道4的一端穿过加热块2与出料通道111连通，送料管道4的另一端为入料口，用于填入打印丝材9。

需要说明的是，加热块2、散热部3和送料管道4均可以实用现有技术中的结构及连接方式，在上述实施方式中不作限定。

在一个实施方式中，散热部3包括散热环片31和散热风扇32，散热环片31套设在送料管道4的外侧，散热风扇32间隔设置在散热环片31的一侧，散热风扇32能够与散热环片31相配合能够高效散热。在该实施方式中，散热环片31由多个沿轴向间隔分布的散热片组成，其内部具有螺纹孔，可以送料管道4螺纹连接。加热块2通过加热棒21加热。优选地，加热块2上还设有温度传感器22。

在一些优选地实施方式中，送料管道4至少分为两段，其中一段为固定段41，另一段为旋转段42，旋转段42位于固定段41的下侧，固定段41的一端穿过第一架体6与旋转段42连通，固定段41固定于第一架体6，旋转段42的一端与固定段41的一端可转动连通，例如，固定段41和旋转段42的径向固定，即保证两者的同轴度，两者的端部等径对接或嵌套连接或者使用连接环等辅助结构连接，使固定段41和旋转段4之间能够相对转动，但不会出现漏料的问题。旋转段42的另一端依次穿过第二架体7和第三架体8与出料通道111连通，旋转段42与第二架体7之间通过轴承71连接，例如，深沟球轴承。轴承71的内圈与旋转段42固定连接，例如，过盈配合或键连接等。轴承71的外圈与第二架体7固定连接，例如，过盈配合或键连接等。第三架体8与旋转段42固定连接，动力传动部固定在第三架体8上。

3d打印机的可调喷头装置还包括角度调节机构5，角度调节机构5包括第二动力部51、第二齿轮52和第三齿轮53，第二齿轮52与第二动力部51的传动轴连接且与第二动力部51的传动轴同轴设置，第三齿轮53同轴套设于旋转段42的外侧，第二齿轮与第三齿轮啮合。当第二动力部51的传动轴转动时，第二齿轮52转动并通过第三齿轮53带动喷嘴结构1转动(与旋转段固定连接的其它结构也一并旋转，例如加热块、第三架体及其固定第三架体上的结构均同步转动)，调整喷嘴结构1的打印角度。参见图7所示，图中的箭头所指方向为可调喷头装置的打印运动方向，粗实线为调整打印角度前的挤出口方向，虚线为喷嘴结构1旋转45°后的挤出口方向。该可调喷头装置通过调整喷嘴结构1的打印角度，能够拓展打印范围，例如，打印圆滑过渡的拐角等，并且能够保证入料口与旋转轴线重合，使得进料阻力小，进料顺畅，同时避免旋转时进料管缠绕、松动。打印角度的调节与挤出口的长度调节相结合能够进一步的拓展打印范围。

在一个具体地实施方式中，旋转段42具有外螺纹，第一动力部121固定在第三架体8，第一动力部121的传动轴穿过第三架体8与齿条123连接。散热环片31的一端与第三架体8连接，散热风扇32也固定在第三架体8上，第三架体8的上侧和散热环片31的下侧各设有一螺母，用于辅助固定及限定第三架体8和散热部3在旋转段42上的位置。

在一个具体地实施方式中，第二动力部51为步进电机，例如，titan42步进电机。使用步进电机可以保证具有较好的控制精度。

在一些优选地实施方式中，第三架体8上还设有一支撑块81，支撑块81上设有一凸起部，齿条123上设有与凸起部相匹配的滑槽1231，齿条123沿调节盲孔112的轴向移动时，同时沿凸起部移动，能够对齿条123起到较好的限位作用。

在一优选地实施方式中，旋转段内还设有一特氟龙管，能够保证丝材的顺利供给和流入出料通道111中，以避免出现堵塞情况。

需要说明的是，送料管道4也可以分为多段，只要不影响送料即可，例如，旋转段42再次分为两段，一段为第三齿轮53的连接轴，另一段位于连接轴的下侧，两者相对固定连接，即能够同步转动。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本实用新型的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。