基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头。

背景技术：

3D打印所代表的FDM增材制造已经成为实现“工业4.0智能制造”的重要推动力，国家近年来大力扶持3D打印相关的创业科研项目。同时，3D打印也暴露出能耗过大、耗时过长、材质单一等问题，3D打印所使用的材料熔点普遍都在二百摄氏度以上，若打印时间过长将带来严重的能源损耗和机械磨损。

针对上述问题，目前德国工程师Cem Schnitzler研发的独特设计让挤压机头部能够旋转，让热纤维丝与不同类型的打印喷头相结合，从而制作不同口径的3D打印制品。通过发动机和滑轮系统控制着喷头的位置，能够转向适当的挤压机。但他的想法仅限于同种材料用不同型号的喷头打印，并不能实现不同材料的"交替彩色打印。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决目前3D打印技术能耗大、效率低，材质以及色彩单一的问题，提供一种节能型的混色3D打印喷头。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头，包括转盘和喷头。

所述喷头为三进一出混色喷头。所述喷头包括铜喷嘴、三个散热管、加热棒、挡风板、三根喉管和热敏电阻。

所述铜喷嘴的表面包覆着一层陶瓷纤维。所述铜喷嘴呈锥状，其下部的尖端为出料口，其上部表面设置有三个进料口、圆形盲孔Ⅰ和圆形盲孔Ⅱ。这三个进料口分别与出料口之间形成进料通道。每个进料口的内壁刻有一段螺纹。所述圆形盲孔Ⅰ位于铜喷嘴的轴线上。

所述加热棒安装在圆形盲孔Ⅰ内。所述热敏电阻安装在圆形盲孔Ⅱ内。所述加热棒和热敏电阻分别通过导线连接电源。三个散热管分别通过一根喉管与一个进料口连通。所述喉管的下端通过螺纹连接在进料口内，上端嵌入至散热管的内孔中。这三个散热管的上端分别连接输送不同颜色材料的导料管。所述挡风板固定在铜喷嘴 的上方。

所述喷头安装在转盘上。所述转盘绕定轴转动，且转盘上具有若干个球形卡槽，这些球形卡槽分布在同一圆周上。所述转盘还包括一个定位钢珠，该定位钢珠的一侧与弹簧接触，另一侧与球形卡槽所在的圆周表面接触。当转盘转动时，弹簧推动定位钢珠落入球形卡槽对转盘进行限位，继续转动转盘使得定位钢柱滑离球形卡槽。

进一步，三个进料口均匀分布在铜喷嘴的上表面，它们相互之间所对应的圆心角为120°。

进一步，所述转盘上还安装有不同尺寸精度的其他喷头。

进一步，所述圆形盲孔Ⅰ的底部距离铜喷嘴的出料口3mm。

本实用新型具有如下的技术优点：

1、在打印过程中针对打印的材料要求自由更换打印喷头。转盘式设计使多种材料交替打印成为可能，让不同材料的热纤维丝与不同类型的打印喷头相结合，从而实现不同颜色材料混合的“彩色打印”。

2、同种材料，针对不同部位的打印要求更换不同尺寸精度的喷头。直径小的喷头为细致的部位挤出纤薄的纤维丝，粗大的喷头在进行填充打印时进行高效填充。这样既提高了精细部位的打印精度，又大大减少了3D打印填充时间，从而节约了加热熔化材料所需要的电能，并减少了热量耗散带来的机械磨损以及材料内部热预应力的产生。

附图说明

图1为本实用新型喷头的示意图；

图2为图1的仰视示意图；

图3为本实用新型的铜喷嘴的正视图；

图4为从另一角度观测图3时的向视图；

图5为本实用新型的铜喷嘴的俯视图；

图6为散热管的结构示意图；

图7为本实施例中转盘的结构示意图；

图8为本实用新型安装于prusa i3 3D打印机上的示意图；

图9为本实用新型安装于并联臂3D打印机上的示意图。

图中：铜喷嘴1、散热管2、加热棒3、挡风板4、喉管5、转盘 6、喷头7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

参见图1至图6，本实施例提供一种基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头，包括转盘6和喷头7。所述喷头7为三进一出混色喷头。所述喷头7包括铜喷嘴1、三个散热管2、加热棒3、挡风板4、三根喉管5和热敏电阻；

所述铜喷嘴1的表面包覆着一层陶瓷纤维，陶瓷纤维可以保证热量的储存，节约能源。所述铜喷嘴1呈锥状，其下部的尖端为出料口101，其上部表面设置有三个进料口102、圆形盲孔Ⅰ103和圆形盲孔Ⅱ104。这三个进料口102分别与出料口101之间形成进料通道，即进料通道有三个，最终都通过出料口101排出。其中，三个进料口102均匀分布在铜喷嘴1的上表面，它们相互之间所对应的圆心角为120°。每个进料口102的内壁刻有一段螺纹，这段螺纹用于连接喉管5。所述圆形盲孔Ⅰ103位于铜喷嘴1的轴线上，该圆形盲孔Ⅰ103用于安装加热棒3。

所述加热棒3安装在圆形盲孔Ⅰ103内。需要说明的是，所述圆形盲孔Ⅰ103的底部距离铜喷嘴的出料口101为3mm。常规3D打印机的加热棒的长度是20mm,在本实用新型中加热棒3长度为15mm。这样既能尽量深埋入圆形盲孔103中，又能减少热量散失，也可以防止散热不良提前将耗材烧熔塌软导致推进无力、喷头堵塞。

所述热敏电阻安装在圆形盲孔Ⅱ104内。所述加热棒3和热敏电阻分别通过导线连接电源。三个散热管2分别通过一根喉管5与一个进料口102连通。所述喉管5的下端通过螺纹连接在进料口102内，上端嵌入至散热管2的内孔中。这三个散热管2的上端分别连接输送不同颜色材料的导料管。所述挡风板4固定在铜喷嘴1的上方。本实用新型的喷头7通过采取深埋加热棒3、铜喷嘴1的上部增加挡风板4、缩小铜嘴散热面积等措施防止热量散失并防止热量扩散 导致提前膨胀堵头。

所述喷头7安装在转盘6上。所述转盘6绕定轴转动，且转盘6上具有若干个球形卡槽，这些球形卡槽分布在同一圆周上。所述转盘6还包括一个定位钢珠，该定位钢珠的一侧与弹簧接触，另一侧与球形卡槽所在的圆周表面接触。当转盘6转动时，弹簧推动定位钢珠落入球形卡槽对转盘6进行限位，继续转动转盘6使得定位钢柱滑离球形卡槽。同时，所述转盘6上还安装有不同尺寸精度的单喷头，这样本实用新型的喷头实现不同颜色的熔融混合，配合上单喷头工作。

具体参见图8和图9，本实用新型分别用于prusa i3 3D打印机和并联臂3D打印机，它们的工作方式相同，通过旋转转盘6来转换打印喷头，3D打印机就能够在打印过程中自由更换打印喷头与喷出材料，针对不同部位的打印要求更换不同尺寸精度的喷头。直径小的喷头为细致的部位挤出纤薄的纤维丝，粗大的喷头在进行填充打印时进行高效填充。这样既提高了精细部位的打印精度，又大大减少了3D打印填充时间，从而节约了加热熔化材料所需要的电能，并减少了热量耗散带来的机械磨损以及材料内部热预应力的产生。

另外采用有限元分析软件Comsol Multiphysics对本实用新型的喷头进行传热损耗分析，可以得知，热源集中在加热棒与铜嘴接触之处。散热管下部温度较高、温度梯度较大、散热效率较高。可以通过采取深埋加热棒、在喷嘴上部增加挡风板、缩小铜嘴散热面积等措施防止热量散失并防止热量扩散导致3D打印材料提前熔化导致堵塞喷头。这样的设计起到了真正减少热量散失的作用。从图中还可以看出，尽管铜嘴与热源直接接触，铜嘴的温度并不会烧到特别高，一方面因为铜嘴外表面散热，另一方面因为风扇和散热管引导散热，散热的目的是为了防止3D打印材料提前在散热管中烧熔堵塞喷头。