带压感耐高温浆料的3D打印头的制作方法

本发明涉及一种带压感耐高温浆料的3D打印头，属于打印技术领域。

背景技术：

三维打印技术是一种新型的层层叠加技术，现在主要应用于工业级金属、陶瓷、高分子等，目前还是小批量的、个性化的生产加工。通过注射挤出方式打印三维模型是目前3D打印模型的方式之一。但目前这种打印方式不能及时检测在打印过程中的存在的堵头问题，造成在堵头状态下持续挤出而对设备的损害。同时也存在对打印材料适用范围窄，对设备清洗、维护困难的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种带压感耐高温浆料的3D打印头，至少解决了三方面问题。第一：通过推杆对压力传感器的挤压力值来监测3D打印头挤出浆料时的挤出压力值，这能有效解决堵头状态下持续挤出对设备损害的问题，也能及时了解不同配方下3D打印浆料挤出所需要的压力值及其变化规律，从而在3D打印浆料耗材开发、3D打印科学实验研究方面提供重要的研究数据；第二：挤出推杆模块、隔热仓模块、储料模块和出料模块采用金属材料、耐高温的隔热材料和耐高温密封材料，使得3D打印机能装填最高至400度左右的高温熔融浆料，这有效解决了3D打印对材料适用范围窄的问题；第三：出料模块结构简单易于拆卸，有效解决了3D打印头维护清洗困难的问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种带压感耐高温浆料的3D打印头，安装于三轴联动平台，包括储料模块和出料模块，所述储料模块的上部位于隔热仓模块内部，隔热仓模块为长方体仓，其上仓板和下仓板各设有一个通孔；储料模块的下部通过下仓板的通孔穿出与位于隔热仓模块下方的出料模块连通，储料模块的喷出方向指向三轴联动平台的打印平面，储料模块的上端通过上仓板的通孔与挤出推杆模块的下端连接，挤出推杆模块的上端通过压力传感模块与作上下运动的直线位移机构模块连接；所述隔热仓模块的仓板由2层以上由耐高温高压材料制成的隔热板相叠组成；隔热仓模块的一对相对的侧面仓板设有位置对称的定位用光轴孔，定位用光轴贯通所述一对仓板的定位用光轴孔以将一对侧面仓板固定；所述出料模块外侧设有散热器。

所述直线位移机构模块采用由电机驱动的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的沿丝杠作上下运动的螺母侧面设有安装座，挤出推杆模块的上端通过压力传感模块与安装座连接。

所述出料模块包括安装于隔热仓底部的喷头底座、从喷头底座穿出与储料模块连通的喷头，以及安装在喷头底座上的喷头加热棒和喷头温度传感器。

所述储料模块包括竖直放置的储料圆筒、储料圆筒上端的储料圆筒加热膜和外侧设置的温度传感器。

所述压力传感模块的中心轴与挤出推杆模块、隔热仓模块、储料模块和出料模块的中心轴同轴。

所述挤出推杆模块包括竖直推杆隔热棒及推杆隔热棒两端的联轴器，上端的联轴器通过压力传感模块与直线位移机构模块连接，下端的联轴器通过活塞与储料模块的上端连接。

隔热仓模块的侧面通过连接模块与直线位移机构模块固定连接。

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本发明通过推杆对压力传感器的挤压力值来监测3D打印头挤出浆料时的挤出压力值，能有效解决堵头状态下持续挤出对设备损害的问题，也能及时了解不同配方下3D打印浆料挤出所需要的压力值及其变化规律，从而在3D打印浆料耗材开发、3D打印科学实验研究方面提供重要的研究数据；

(2)本发明的挤出推杆模块、隔热仓模块、储料模块和出料模块采用金属材料、耐高温的隔热材料和耐高温密封材料，使得3D打印机能装填最高至400度左右的高温熔融浆料，有效解决了3D打印对材料适用范围窄的问题；

(3)本发明的出料模块和储料模块结构简单易于拆卸，有效解决了3D打印头维护清洗困难的问题。

附图说明

图1是本发明实施例主要结构示意图。

图2是本发明实施例去掉前盖板的结构示意图。

图3是本发明实施例拆分结构示意图。

图4是本发明实施例直线位移机构模块及压力传感模块结构示意图。

图5是本发明实施例连接模块结构示意图。

图6是本发明实施例挤出推杆模块、隔热仓模块、储料模块及出料模块拆分结构示意图。

图7是本发明实施例挤出推杆模块、隔热仓模块储料模块及储料模块结构示意图。

图8是本发明实施例安装步骤1示意图。

图9是本发明实施例安装步骤2示意图。

图10是本发明实施例安装步骤3示意图。

图11是本发明实施例安装步骤4示意图。

图12是本发明实施例安装步骤5示意图。

图13是本发明实施例扩展示意图。

图中：01-挤出推杆模块，02-隔热仓模块，03-储料模块，04-出料模块，05-连接模块，06-压力传感模块，07-直线位移机构模块，08-推杆螺丝，09-推杆紧固螺母，10-上推杆联轴器，11-推杆隔热棒，12-下推杆联轴器，13-推杆活塞，14-推杆活塞密封圈，15-前盖板，16-后盖板，17-左盖板，18-右盖板，19-隔热仓模块定位用光轴孔，20-上盖板，21-上隔热板，22-中上隔热板，23-中下隔热板，24-中下盖板，25-下盖板，26-下隔热板，27-储料圆筒，28-储料圆筒温度传感器，29-储料圆筒加热膜，30-储料圆筒密封圈，31-喷头底座，32-喷头加热棒，33-喷头温度传感器，34-喷头密封圈，35-喷头，36-连接模块定位用光轴孔，37-定位用光轴，38-散热器，39-压力传感器紧固螺丝，40-压力传感器，41-压力传感器受力凸点，42-上丝杠支撑座，43-下丝杠支撑座，44-直线导轨，45-丝杠，46-丝杠联轴器，47-电机，48-直线滑块，49-上滑块凹槽件，50-下滑块凹槽件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种带压感耐高温浆料的3D打印头，安装于三轴联动平台，参照图1至图4，包括直线位移机构模块07、连接模块05、隔热仓模块02、出料模块04、储料模块03、压力传感模块06、挤出推杆模块01。传动模块07安装在现成的三轴联动平台上(未图示)，连接模块05一端设置在传动模块07上，另一端设置在隔热仓模块02上，出料模块设04置于隔热仓模块02上，出料模块04的喷出方向指向三轴联动平台的打印平面上(未图示)，储料模块03夹于隔热仓模块02和出料模块04之间，其上部大部分位于隔热仓模块内部，隔热仓模块为长方体仓，其上仓板和下仓板各设有一个通孔；储料模块的下部通过下仓板的通孔穿出与位于隔热仓模块下方的出料模块连通。压力传感模块06设置在传动模块07上，挤出推杆模块01一端设置在储料模块03中，另一端设置在压力传感模块06与传动模块的下滑块凹槽件50之间。

储料模块的喷出方向指向三轴联动平台的打印平面，所述直线位移机构模块采用由电机驱动的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的沿丝杠作上下运动的螺母侧面设有安装座，挤出推杆模块的上端通过压力传感模块与安装座连接。

具体地，参照图1至图4，和图6所示，传动模块07包括：上丝杠支撑座42、下丝杠支撑座43，直线导轨44、丝杠45、丝杠联轴器46、电机47、直线滑块48(即直线位移机构的螺母)、上滑块凹槽件49、下滑块凹槽件50。下丝杠支撑座43设置在电机上方47，丝杠45一端通过丝杠联轴器46与电机47连接，另一端与上丝杠支撑座42通过轴承连接，直线滑块48设置于丝杠45上，上滑块凹槽件49与下滑块凹槽件50设置在直线滑块48上；上滑块凹槽件49的凹槽宽度与压力传感模块06的压力传感器紧固螺丝39的丝杠部分直径一致或者“略大于丝杠部分直径且小于螺丝螺帽直径”，下滑块凹槽件50的凹槽宽度与挤出推杆模块01的推杆螺丝08的丝杠部分直径一致或者“略大于丝杠部分直径且小于螺丝螺帽直径”，上滑块凹槽件49与下滑块凹槽件50的凹槽深度需能够在机器装配压力传感紧固螺丝39和推杆螺丝08时，使压力传感紧固螺丝39和推杆螺丝08的中心轴与挤出推杆模块01、隔热仓模块02、储料模块03、出料模块04、压力传感模块06的中心轴同轴。下丝杠支撑座43设置有装配连接模块05的螺孔，挤出推杆模块01的一端和压力传感模块06都设置于上滑块凹槽件49与下滑块凹槽件50之间。

隔热仓模块的侧面通过连接模块与直线位移机构模块固定连接。参照图1至图6以及图11所示，连接模块05还包括：连接模块定位用光轴孔36，定位用光轴37，散热器38；连接模块05一端设置在传动模块07的下丝杠支撑座43上；连接模块05另一端设置在隔热仓模块02上，连接模块定位用光轴孔36和隔热仓模块的定位用光轴孔19孔与孔中轴相对安装，定位用光轴37同时穿过连接模块定位用光轴孔36和隔热仓模块定位用光轴孔19。这种连接模块定位用光轴孔36和隔热仓模块的定位用光轴孔19孔与孔中轴相对安装，定位用光轴37同时穿过连接模块定位用光轴孔36和隔热仓模块定位用光轴孔19的装配方式即保证了装备精度也加快了装配的速度，特别是考虑到隔热仓模块02在平时3D打印使用中拆卸将相对频繁而考虑的设计方案。同时，定位用光轴37装配完成后可在其两端安装紧固轴套或胶塞套，防止定位用光轴37水平方向滑动。

所述隔热仓模块的仓板由2层以上由耐高温高压材料制成的隔热板相叠组成；隔热仓模块的一对相对的侧面仓板设有位置对称的定位用光轴孔，定位用光轴贯通所述一对仓板的定位用光轴孔以将一对侧面仓板固定。参照图1至图3、图6至图7，所述储料模块位于隔热仓模块内部，隔热仓模块为长方体仓，包括：前盖板15、后盖板16、左盖板17、右盖板18、、上隔热板21、中上隔热板22、中下隔热板23、中下盖板24、下隔热板26、隔热仓模块定位用光轴孔19、前盖板15、后盖板16、左盖板17、右盖板18、上盖板20、中下隔热板23、中下盖板24以及下盖板25，下隔热板26通过紧固连接形成隔热仓模块02的仓体。上隔热板21设置在上盖板20下方，中上隔热板22设置在上隔热板21下方；下盖板25设置于下隔热板26上方，中下盖板24设置于下盖板25上方，中下隔热板23设置于中下盖板24上方，前盖板15、后盖板16、左盖板17、右盖板18设置于中下隔热板23与上盖板20之间。由上盖板20、上隔热板21、中上隔热板22组成的上仓板，以及由中下隔热板23、中下盖板24、下盖板25、下隔热板26组成的下仓板的中心均设置有圆形通孔，用于安插与固定储料模块03，也用于挤出推杆模块01通过圆形通孔插入储料模块03中；左盖板17，右盖板18设置有隔热仓模块定位用光轴孔19。上隔热板21、中上隔热板22、中下隔热板23、下隔热板26使用耐高温耐高压导热率底的材料；通过多块隔热板的设计，有效防止高温浆料通过热传导至设备的其他部分，也有利于高温浆料的保温。

所述出料模块包括安装于隔热仓底部的喷头底座、从喷头底座穿出与储料模块连通的喷头，以及安装在喷头底座上的喷头加热棒和喷头温度传感器。所述出料模块外侧设有散热器。参照图1至图3、图6至图7所示，喷头底座31设置于下隔热板上26，喷头加热棒32设置在喷头底座31上，喷头温度传感器33设置在喷头底座31上，喷头35设置在喷头底座31上，喷头密封圈34夹于喷头底座31和喷头35接触面之间；具体的，喷头底座31设有螺孔，喷头35设有外螺纹，喷头35通过喷头底座31螺孔紧固连接。这能使喷头拆卸方便，便于清洗维护。

所述储料模块包括竖直放置的储料圆筒、储料圆筒上端的储料圆筒加热膜和外侧设置的温度传感器。参照图2至图3、图6至图7所示，储料模块03夹于隔热仓模块02和出料模块04之间，储料圆筒27上端与上隔热板紧贴21，储料圆筒密封圈30夹于储料圆筒27下端与喷头底座31之间；储料圆筒温度传感器28，储料圆筒加热膜28设置在储料圆筒27外壁上；具体的，储料模块03为一圆管形，与之相关的挤出推杆模块01和出料模块04均为独立部件。这比传统的注射式圆桶形(出料模块04与储料圆筒27一体)更易清洗维护。

参照图1、图4、图6和图12所示，压力传感模块06还包括：压力传感器紧固螺丝39，压力传感器40，压力传感器受力凸点41；压力传感器40通过压力传感器紧固螺丝39设置在传动模块07的上滑块凹槽件上49；上滑块凹槽件49的凹槽宽度与压力传感模块06的压力传感器紧固螺丝39的丝杠部分直径一致或者“略大于丝杠部分直径且小于螺丝螺帽直径”，压力传感模块06中心轴需能够在机器装配时，与挤出推杆模块01、隔热仓模块02、储料模块03、出料模块04的中心轴同轴。具体的，压力传感模块06是通过施力物对压力传感器受力凸点41的施加的压力收集压力值。

所述挤出推杆模块包括竖直推杆隔热棒及推杆隔热棒两端的联轴器，上端的联轴器通过压力传感模块与直线位移机构模块连接，下端的联轴器通过活塞与储料模块的上端连接。参照图1、图3、图4、图6和图7所示，上推杆联轴器10与下推杆联轴器12设置于推杆隔热棒11两端，推杆螺丝08设置在上推杆联轴器10上，推杆紧固螺母09设置在推杆螺丝08上，推杆活塞13设置在下推杆联轴器12上，活塞密封圈14设置在推杆活塞13上。

推杆隔热棒11宜采用耐高温耐高压导热率低材料，设计有效防止了3D打印时高温浆料的温度通过挤出推杆模块01热传导至设备的其他位置，同时也有利于高温浆料的保温。下滑块凹槽件50的凹槽宽度与推杆螺丝08的丝杠部分直径一致或者“略大于丝杠部分直径且小于螺丝螺帽直径”，推杆螺丝08的螺杆穿过下滑块凹槽件50的凹槽，推杆螺丝08的螺帽与推杆紧固螺母09居于下滑块凹槽件50上方，推杆螺丝08的中心轴与隔热仓模块02、储料模块03、出料模块04、压力传感模块06的中心轴同轴。

装配开始时，推杆螺丝08的螺帽与压力传感器受力凸点41中心同轴但依然有一小段距离而没有紧贴。通过旋转推杆紧固螺母09，推杆螺丝08的螺帽顶中心凹槽与压力传感模块06的压力传感器受力凸点41逐渐紧贴，使挤出推杆模块01与传动模块07、压力传感模块06紧固。

依据相互作用力原理，3D打印时挤出推杆模块01对高温浆料的挤出压力值等于挤出推杆模块01对压力传感模块06的压力值。当发生3D打印机高温浆料堵头或挤出不畅时，挤出推杆模块01将不能或难以挤出浆料，而同时随着设备的继续运行，挤出推杆模块01依然按原有机器指令继续挤出，这将导致挤出推杆模块01对高温浆料的挤出压力值增大。当压力传感模块06检测到压力值大于一定数值时，发送指令使设备停机，这有效防止了在堵头或挤出不畅时持续挤出对设备损害的问题，也能及时了解不同配方下3D打印浆料挤出所需要的压力值及其变化规律，从而在3D打印浆料耗材开发、3D打印科学实验研究方面提供重要的研究数据。

参照图8至图12，本发明的带压感耐高温浆料的3D打印头通过以下步骤进行安装：

步骤1：参照图8所示，把组装了储料模块03和挤出推杆模块01的隔热仓模块02整体180度倒置，从储料模块03目前朝上的开口处装填浆料并加热保温，适当搅拌均匀；

步骤2：参照图9所示，把出料模块04安装于隔热仓模块02上，储料模块03与出料模块04通过储料圆筒密封圈30密封；

步骤3：参照图10所示，挤出推杆模块向上推挤，排除储料筒模块03与出料模块04内部的空气；

步骤4：参照图11所示，将装填完浆料的挤出推杆模块01，隔热仓模块02，储料模块03，出料模块04整体再度180度倒置并调整位置，使得连接模块定位用光轴孔36和隔热仓模块的定位用光轴孔19“孔与孔中轴相对”(定位用光轴孔19由于遮挡，参照图11未标注，可参照图6所示)，定位用光轴37同时穿过连接模块定位用光轴孔36和隔热仓模块定位用光轴孔19；

步骤5：参照图12、图1所示，推杆螺丝08的螺杆穿过下滑块凹槽件50的凹槽，推杆螺丝08的螺帽与推杆紧固螺母09居于下滑块凹槽件50上方，推杆螺丝08的中心轴与隔热仓模块02、储料模块03、出料模块04、压力传感模块06的中心轴同轴；其中，装配开始时，推杆螺丝08的螺帽与压力传感器受力凸点41中心同轴但依然有一小段距离而没有紧贴。通过旋转推杆紧固螺母09，推杆螺丝08的螺帽顶中心凹槽与压力传感模块的压力传感器受力凸点41逐渐紧贴，使挤出推杆模块01与传动模块07、压力传感模块06紧固。

以上步骤1至步骤5的逆过程即是拆解打印头的方法，拆解后各部分易于清洁与维护。

参照图13，为本发明的带压感耐高温浆料的3D打印头扩展为多喷头3D打印头的技术方案的示意图，多喷头3D打印头有利于在一次打印过程中打印多种材料，也能提高打印速度。

本发明第一：通过推杆对压力传感器的挤压力值来监测3D打印头挤出浆料时的挤出压力值。这能有效解决堵头状态下持续挤出对设备损害的问题，也能及时了解不同配方下3D打印浆料挤出所需要的压力值及其变化规律，从而在3D打印浆料耗材开发、3D打印科学实验研究方面提供重要的研究数据。第二：挤出推杆模块、隔热仓模块、储料模块和出料模块使用金属材料、耐高温的隔热材料和耐高温密封材料，使得3D打印机能装填最高至400度左右的高温熔融浆料，这有效解决了3D打印对材料适用范围窄的问题。第三：出料模块结构简单易于拆卸，有效解决了3D打印头维护清洗困难的问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。