一种3D打印头的熔融加压装置的制作方法

本发明属于三维成型的技术领域，涉及一种3D打印头的熔融加压装置，是基于航空发动机封严装置原理的熔融式3D打印头的熔融加压装置，适用于机械臂。

背景技术：

1.FDM三维成型技术：熔融挤出成型(FDM)是一种应用广泛的三维成型技术，其工作原理是将材料加热融化后，通过挤料机构从打印头中挤出并迅速冷却凝固成型，这种技术在应用早期只局限于单一色彩的材料成型，所以打印物件的颜色种类单调，颜色的选择受到材料颜色的限制。随着技术的不断发展，后来人们开发出利用三原色混合原理工作的熔融挤出式彩色3D打印头，通过红、绿、蓝三种颜色的分配来调和出多种颜色的熔融材料并将其挤出成型。目前可检索的专利或文献中，对于三原色分配产生多种颜色的原理或结构具有较多的描述，但是目前市场上并无三原色混合配色质量较高的彩色3D打印机，这其中的原因之一是因为采用三原色配色原理应用到熔融挤出式3D打印中时，由于熔融3D打印材料的粘稠性较高，并不能像水粉颜料一样得到效果较高的次生色，所以打印出的物件颜色多为随机不可控的多彩色，而并不能精确控制打印出的物件色彩。

2.3D打印喷头：最近，美国哈佛大学科学家设计了一种新型多材料打印头，能混合并打印浓缩的、有粘弹性的“墨水”材料，在打印过程中能同时控制成分和几何形状。打印头通过一种主动混合、快速切换的喷嘴，在运行中改变材料成分。

这项研究由哈佛大学波尔森工程与应用科学学院仿生工程教授詹妮弗·刘易斯负责。据研究人员介绍，打印多种材料的基础是混合复杂液体，以往大部分方法是被动的，即让两股液体扩散混合，对高粘度液体，尤其在容积小、时间短的情况下很难奏效。于是他们设计了一种主动混合多材料打印头，微喷嘴内有一种旋转推进器，能有效混合多种复杂液体。但由于喷嘴内部空间有限，这种喷头结构较为复杂，制作成本较高。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种3D打印头的熔融加压装置，解决现有熔融式彩色3D打印头打印出的物件色彩不纯正、打印头较为昂贵的问题。

技术方案

一种3D打印头的熔融加压装置，其特征在于包括熔融室导料管1；熔融室2；电磁线圈3、熔融室外壳4、连接管5、连杆6、活塞7、活塞泵泵体8、连接管活动阀门9和活塞泵活动阀门10；活塞泵泵体8与熔融室2之间采用连接管5连通，连接管5与活塞泵泵体8的出口设有连接管活动阀门9，活塞泵泵体8的出口设有活塞泵活动阀门10；熔融室2的上端设有熔融室导料管1，外部依次设有电磁线圈3和熔融室外壳4；活塞泵泵体8的上端设有活塞7，活塞7上设有驱动活塞运动的连杆6。

所述熔融室2采用金属材料铝。

有益效果

本发明提出的一种3D打印头的熔融加压装置，是一种低成本、基于流体力学方法和航空发动机工程实践的3D打印头，能够对需要熔融的材料进行充分混合，并创新的添入适用于高粘性流体的加压装置-小型活塞泵，对处于熔融状态的高粘度流体进行加压，为进入下一步利用流体局部损失原理的混料器发挥更好效果加以铺垫。

本发明通过电磁线圈对型材进行连续加热，用对应的的控制电路进行精确的温度控制，使材料达到较优的熔融温度，并创新的添入适用于高粘性流体的加压装置-小型活塞泵，对处于熔融状态的高粘度流体进行加压，为进入下一步利用流体局部损失原理的混料器发挥更好效果加以铺垫。混料器利用高粘性流体的局部损失作用使得材料发生剧烈掺混，有效提高材料的均一程度和颜色的纯正。

并且，本发明的制作方式简单，成本较低，有效降低了打印成本，尤其适用于创客的创新实践和小型化的产品预研。

附图说明

图1：熔融加压装置示意图

图2：熔融加压装置后视图

1-熔融室导料管，2-熔融室，3-电磁线圈，4-熔融室外壳，5-连接管，6-连杆，7-活塞，8-活塞泵泵体，9-连接管活动阀门，10-活塞泵活动阀门，11-活塞泵出口。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，这种3D打印喷头的加压部分主要由熔融模块和加压模块两部分组成。包括熔融室、包裹在熔融室外边的电磁线圈、熔融室外壳、连接熔融室与活塞泵的导流管、活塞泵泵体、活塞、连杆以及活动阀门等部件。在熔融室的入口设置有三个导料管，分别用于导入红、绿、蓝三原色的3D打印型材。熔融室外壳由保温材料构成，用于减少热量的耗散。活塞泵连杆的末端与电机相连，为整个加压装置提供动力。

图1是本发明基于机械臂的3D打印喷头的熔融加压装置的整体结构示意图，图2是本装置的后视图。其中：熔融室导料管1；熔融室内壁2；电磁线圈3、熔融室外壳4、连接管5、连杆6、活塞7、活塞泵泵体8、连接管活动阀门9、活塞泵活动阀门10、活塞泵出口11。

连接方式：活塞泵泵体8与熔融室2之间采用连接管5连通，连接管5与活塞泵泵体8的出口设有连接管活动阀门9，活塞泵泵体8的出口设有活塞泵活动阀门10；熔融室2的上端设有熔融室导料管1，外部依次设有电磁线圈3和熔融室外壳4，熔融室由金属材料铝构成，熔融室2处和熔融室外壁4处紧密配合，将电磁线圈3处包裹在内；活塞泵泵体8的上端设有活塞7，活塞7上设有驱动活塞运动的连杆6，连杆6处由外加电机驱动，带动活塞7在活塞泵泵体8内往复运动。

工作流程：红、绿、蓝三原色的型材由导料管1进入熔融室，熔融室2外围包裹着的电磁线圈3通入高频电流，使熔融室的温度快速升高以使型材融化。与传统的3D打印头相比，本装置所要求的加热温度更高，降低液态打印型材的粘度，从而使型材的流动更流畅。经由温度控制电路检测温度，当温度达到要求后阀门9打开，型材经过熔融室出口处的连接管5，液态的型材被导入活塞泵的腔室内。外加电机通过活塞对型材做功加压，经由压力控制电路检测，当活塞室内压强达到设定值后阀门10打开，从而能够提高活塞泵出口11的型材的压力，为导入混合装置做好了准备。