喷头装置及光固化3D打印机的制作方法

本发明涉及3D打印设备技术领域，尤其是涉及一种喷头装置及光固化3D打印机。

背景技术：

3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方式来构造物体。其中，3D打印技术是依靠数字技术材料打印机来实现的，数字技术材料打印机又被称为3D打印机。

3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的打印材料，其与计算机连接后，通过计算机控制使3D打印机把打印材料一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

其中，光固化3D打印机为3D打印机的一种，其原理如下：打印材料从喷头装置中挤出，在喷头装置的挤出口周围设置有固化光源，通过固化光源作用于被挤出的打印材料上，使打印材料在堆积过程中固化，完成3D打印。

另外，光敏凝胶类生物材料具有可打印性，能够作为3D打印机的打印材料。光敏凝胶类生物材料同时具有光敏性和温敏性，因此光敏凝胶类生物材料应用于光固化3D打印机时，固化光源会影响温敏性打印材料的打印效果。

因此，本申请针对上述问题提供一种新的喷头装置及光固化3D打印机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种喷头装置，以缓解现有技术中存在的温敏性打印材料应用于光固化3D打印机时，固化光源影响温敏性打印材料的打印效果的技术问题。

本发明的目的还在于提供一种光固化3D打印机，以进一步以缓解现有技术中存在的温敏性打印材料应用于光固化3D打印机时，固化光源影响温敏性打印材料的打印效果的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供一种喷头装置，包括外壳、设置于所述外壳内的料筒和用于对所述料筒降温的制冷组件；

所述制冷组件安装于所述外壳。

进一步地，所述制冷组件包括制冷模块和连接于所述制冷模块和所述料筒之间的传热件；

所述制冷模块能够通过所述传热件对所述料筒降温。

进一步地，所述的喷头装置，还包括设置于所述外壳内的保温桶，所述料筒设置于所述保温桶内，所述传热件设置于所述保温桶上，且所述传热件通过所述保温桶对所述料筒降温。

进一步地，所述保温桶与所述传热件之间连接有弹性件，且所述弹性件使所述传热件与所述保温桶之间相间隔。

进一步地，所述保温桶远离所述料筒的侧壁包括传热侧壁和保温侧壁；

所述传热件连接于所述传热侧壁，所述保温侧壁上设置有保温层。

进一步地，所述料筒上设置有出料针，且所述出料针与所述料筒的料腔连通；所述保温桶上设置有灯座，所述灯座上设置有固化光源；

所述固化光源的光线聚焦于所述出料针的挤出口。

进一步地，所述的喷头装置，所述喷头装置还包括第一隔热圈，所述外壳和所述保温桶之间通过所述第一隔热圈间隔；和/或，所述喷头装置还包括第二隔热圈，所述保温桶和所述灯座之间通过所述第二隔热圈间隔。

进一步地，所述灯座上设置有灯罩，所述固化光源包括设置于所述灯罩内的为环形灯，且所述灯罩使所述环形灯的光线聚焦于所述出料针的挤出口；

或者，所述固化光源包括光纤导管和设置于所述光纤导管上的聚焦透镜；所述光纤导管设置于所述灯座上，且所述聚焦透镜使所述光纤导管的光线聚焦于所述出料针的挤出口。

基于上述第二目的，本发明提供一种光固化3D打印机，包括所述的喷头装置。

进一步地，所述的光固化3D打印机，还包括机架与均连接于所述机架的机械臂和喷头座；

所述外壳上设置有第一夹持座和第二夹持座，所述机械臂上设置有第一夹持机构，所述第一夹持机构能够与所述第一夹持座可拆卸夹持固定；所述喷头座上设置有第二夹持机构，所述第二夹持机构能够与所述第二夹持座可拆卸夹持固定。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

光固化3D打印机在工作时，制冷组件对料筒降温，从而对料筒内的打印材料进行主动降温，降低固化光源对打印材料的影响。其中，对打印材料降温能够在一定程度上平衡固化光源对打印材料的传热，降低固化光源对打印材料热量堆积的影响，从而在一定程度上降低固化光源对打印材料粘度和流动性的影响，保证打印效果，缓解了现有技术中存在的温敏性打印材料应用于光固化3D打印机时，固化光源影响温敏性打印材料的打印效果的技术问题。

本发明提供的光固化3D打印机，包括喷头装置，进一步缓解了现有技术中存在的温敏性打印材料应用于光固化3D打印机时，固化光源影响温敏性打印材料的打印效果的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的喷头装置的剖视图；

图2为本发明实施例提供的喷头装置的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的喷头装置的主视图；

图4为本发明实施例提供的喷头装置的侧视图；

图5为本发明实施例提供的喷头装置的保温桶的局部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的喷头装置的保温桶和传热件的连接结构示意图；

图7为本发明实施例提供的喷头装置的固化光源的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的喷头装置的环形灯的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的喷头装置的固化光源的另一结构的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的光固化3D打印机的结构示意图。

图标：100-喷头装置；110-第一夹持座；120-第二夹持座；200-机械臂；210-第一夹持机构；300-喷头座；310-第二夹持机构；

11-外壳；12-料筒；2-传热件；3-导热件；4-保温桶；41-弹性件；42-保温层；5-出料针；61-灯座；62-灯罩；71-第一隔热圈；72-第二隔热圈；73-第三隔热圈；8-固化光源；81-环形灯；82-光纤导管；83-聚焦透镜；91-第一触点组；92-第二触点组；

101-适配器；102-气管；103-气嘴；104-自锁接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图9所示，本实施例提供一种喷头装置100，该喷头装置100包括制冷组件、外壳11和设置于外壳11内的料筒12；制冷组件能够对料筒12降温，且制冷组件安装于外壳11。

需要说明的是，料筒12的料腔内用于容纳打印材料，例如，打印材料为光敏凝胶类生物材料。

光固化3D打印机在工作时，通过制冷组件降低料筒12的温度，从而对料筒12内的打印材料进行主动降温，降低固化光源8对打印材料的影响。其中，对打印材料降温能够在一定程度上平衡固化光源8对打印材料的传热，降低固化光源8对打印材料热量堆积的影响，从而在一定程度上降低固化光源8对打印材料粘度和流动性的影响，保证打印效果，缓解了现有技术中存在的温敏性打印材料应用于光固化3D打印机时，固化光源8影响温敏性打印材料的打印效果的技术问题。

优选地，制冷组件包括制冷模块(图中未显示)和连接于制冷模块和料筒12之间的传热件2；制冷模块能够通过传热件2对料筒12降温。

可选地，制冷模块可以为喷头装置100上单独配备的制冷模块，也可以为3D打印机上的制冷模块，在此不进行限制。其中，喷头装置100上单独配备的制冷模块可以为半导体制冷器等；3D打印机上的制冷模块为现有技术，用于将喷头装置100挤出的打印材料进行及时冷却，确保打印材料快速成型。

光固化3D打印机在工作时，制冷模块与传热件2连接，且制冷模块通过传热件2对料筒12降温从而对料筒12内的打印材料进行主动降温。

优选地，参见图1所示，喷头装置100还包括设置于外壳11内的保温桶4；料筒12设置于保温桶4内，传热件2设置于保温桶4上，且传热件2通过保温桶4对料筒12降温。

这样的设置，保温桶4一方面起到传热的作用，另一方面，能够对料筒12起到保冷、隔热的效果，使传热件2对料筒12的降温作用更节能、有效。

优选地，参见图1所示，还包括导热件3，通过导热件3设置于传热件2和保温桶4之间，传热件2通过导热件3对保温桶4降温，以降低保温桶4的加工难度，即使保温桶4不是对称形状传热件2也能对保温桶4有效降温。

优选地，传热件2和导热件3均为金属材质，热传导系数较高，提高了传热率。

优选地，参见图5和图6所示，保温桶4与传热件2之间连接有弹性件41，且弹性件41使传热件2与保温桶4之间相间隔。

可选地，弹性件41可以为弹簧如塔型弹簧、弹片或者压簧等。

可选地，传热件2为传热块、传热板或者传热条，在此不进行限制。优选地，传热件2为传热板，传热板可以是方形、圆形或者多边形，且其形状与保温桶4相匹配，以增加传热板与保温桶4的接触面积，提高传热效率。

优选地，如图1所示，传热件2有两个，且两个传热件2沿4的周向间隔设置，因此两个传热件2之间有间隙。

需要说明的是，当制冷模块为3D打印机上现有的制冷模块且3D打印机工作时，通过制冷模块作用于传热件2，并将传热件2向靠近保温桶4的方向推动，使传热件2克服弹性件41的预紧力，从而传热件2和保温桶4之间的距离逐渐缩小，且两个传热件2之间的间隙也缩小，直到传热件2和保温桶4接触，实现高效的传热；当3D打印机停机时，制冷模块不会作用于传热件2，此时弹性件41的设置使传热件2和保温桶4之间相间隔，从而传热件2和保温桶4之间有距离，实现对传热件2和保温桶4之间进行隔热，在一定程度上防止保温桶4上热量通过传热件2传导而散失。

其中，传热件2克服弹性件41的预紧力，使传热件2和保温桶4之间的距离逐渐缩小时，弹性件41可以通过压缩的方式发生弹性形变实现。

优选地，传热件2靠近保温桶4的一面设置有凹槽，弹性件41与凹槽相对应。优选地，弹性件41有多个，例如，弹性件41的数量为两个、三个、四个或者五个等，多个弹性件41在保温桶4上间隔设置，提高了传热件2和保温桶4之间的预紧力，防止弹性件41的弹性失效导致热量损失。

优选地，参见图1所示，保温桶4远离料筒12的侧壁包括传热侧壁和保温侧壁；传热件2连接于传热侧壁，保温侧壁上设置有保温层42。

也就是说，料筒12沿其轴线方向依次穿过传热侧壁和保温侧壁。传热件2通过传热侧壁传热至保温桶4，并传热至料筒12靠近传热侧壁的一端和保温桶4靠近保温侧壁的一侧，并通过保温桶4靠近保温侧壁的一侧传热至料筒12靠近保温侧壁的一端，实现了对料筒12的传热。

其中，保温层42为聚氨酯泡沫、珍珠棉、岩棉等。可选地，保温层42以化学粘合或物理固定的方式贴合在保温桶4的外表面。化学粘合的方式例如氧化还原、加聚反应；物理固定的方式例如捆扎、螺丝锁紧等。

保温层42的本身具有良好隔热作用，因此减少了传热件2对保温桶4的传热损失，传热速度快，使传热更高效，且更节能。

优选地，参见图1和图2所示，料筒12上设置有出料针5，且出料针5与料筒12的料腔连通；保温桶4上设置有灯座61，灯座61上设置有固化光源8；固化光源8的光线聚焦于出料针5的挤出口。

料腔内的打印材料通过出料针5挤出，挤出的打印材料通过固化光源8的作用能够实现固化成型。因此，本实施例的喷头装置能够实现对打印材料边打印边固化，提高了打印效率。

可选地，出料针5有多种型号，其以出料针5的挤出口径为依据划分，以用于不同丝径的材料挤出打印。本实施例中，料筒12的出口端为标准的锁紧式鲁尔接口，出料针5能够安装于出口端，且出料针5为标准鲁尔口针尖。

优选地，参见图1，并结合图4所示，外壳11上设置有第一触点组91和第二触点组92，其中，第一触点组91和第二触点组92均与固化光源8电连接，且第一触点组91用于控制固化光源8与电源的通断，第二触点组92用于控制固化光源8的输入电流，从而能够控制固化光源8的亮度。

可选地，第一触点组91是由一定数量的第一导电触点以矩形阵列、圆形整列或多边形阵列排布的形式安装在外壳11上，用于信号传递。第二触点组92是由一定数量的第二导电触点以矩形阵列、圆形整列或多边形阵列排布组成的形式安装在外壳11上，用于传输工作电流。

优选地，第一导电触点的直径大于第二导电触点的直径，以能承载更大的电流。

优选地，还包括功率计(图中未显示)，功率计用于检测固化光源8的光强，且通过调整固化光源8的输入电流能够控制固化光源8的光强。其中，固化光源8输出的光功率可以通过控制电流大小来调节，并通过功率计校准。具体地，使用时，将功率计放置于出料针下，出料针的针尖与功率计接触，开启固化光源8进行光功率调整。

可选地，第一触点组91和第二触点组92的数量均为多个，通过螺丝固定于外壳11上。

另外，本实施例的固化光源8为LED灯，由一定数量的LED灯珠以焊接或者铆接的方式，以圆弧形或者多边形均匀排列。其中，LED灯可以采用统一波长的LED灯珠正负极串联布置或者采用不同波长的LED灯珠混合、串联布置，其中，使用紫外光波段，可引发光胶联，使用白光波段，可以用于照明。

可选地，喷头装置还包括第一隔热圈71，外壳11和保温桶4之间通过第一隔热圈71间隔；或者，喷头装置还包括第二隔热圈72，保温桶4和灯座61之间通过第二隔热圈72间隔；或者，喷头装置还包括第一隔热圈71和第二隔热圈72，外壳11和保温桶4之间通过第一隔热圈71间隔，保温桶4和灯座61之间通过第二隔热圈72间隔。

优选地，参见图1所示，喷头装置还包括第一隔热圈71和第二隔热圈72，外壳11和保温桶4之间通过第一隔热圈71间隔，起到支撑和隔热的作用；保温桶4和灯座61之间通过第二隔热圈72间隔，隔断两者间热量传递，减少固化光源8发热对保温桶4的影响。

优选地，参见图1所示，还包括第三隔热圈73；外壳11上开设有安装孔，传热件2设置于安装孔内，并与保温桶4连接，第三隔热圈73套设于安装孔内，将传热件2和外壳11间隔，用于隔断传热件2和外壳11之间的热量传递。

优选地，参见图3所示，还包括加压装置；加压装置包括适配器101、气管102和气嘴103；适配器101和气嘴103分别连接于气管102的两端，适配器101设置于料筒12远离出料针5的一侧，且使气管102与料腔连通，气嘴103用于连接气源。

加压装置的设置，通过气嘴103连接于气源，气源为气嘴103供气，气体依次经过气嘴103、气管102进入料腔，并作用于打印材料，通过对打印材料施加压力，使打印材料能够通过出料针5挤出。

可选地，参见图3所示，本实施例中，气嘴103通过自锁接头104连接于气管102。其中，适配器101的设置，以便于气管102安装于料筒12，且能够对料筒12起到密封作用。

可选地，适配器101上设置有压块(图中未显示)，用于压紧适配器101。

参见图2，并结合图8所示，灯座61上设置有灯罩62，固化光源8包括设置于灯罩62内的环形灯81，且灯罩62使环形灯81的光线聚焦于出料针5的挤出口。

或者，参见图9所示，固化光源8包括光纤导管82和聚焦透镜83；光纤导管82设置于灯座61上，聚焦透镜83设置于光纤导管82上，且聚焦透镜83使光纤导管82的光线聚焦于出料针5的挤出口。

其中，需要说明的是，环形灯81为由一定数量的LED灯珠以焊接或者铆接的方式，以环形形状均匀排列形成；另外，灯罩62的设置，可以使环形灯81的光线聚焦。再者，光纤导管82发出的光线为平行光，平行光通过聚焦透镜83能够实现聚焦。

综上，通过将固化光源8的光线聚焦于出料针5的挤出口，实现了对挤出口的打印材料直接固化，提高了打印效率。

作为可实现的一种方式，参见图2所示，灯罩62内的腔体呈锥台体，且锥台体的较大端面靠近固化光源8，因此固化光源8的光线能够通过灯罩62的侧壁进行反射，从而实现聚焦，其中，灯罩62的侧壁与锥台体的轴线方向呈角度设置。

可选地，聚焦透镜83内置于光纤导管82内或者设置于光纤导管82外，本实施例中，聚焦透镜83内置于光纤导管82内。

优选地，光纤导管82通过加载准直器(图中未示出)使得出光均匀。

可选地，灯罩62的型号多样，不同型号的灯罩62的高度和角度不同，以应对不同的光照面积。另外，灯罩62的形状可以为圆形或者扁平方形，从内开口逐渐收拢或者不收拢。

其中，灯座61是用于安装固化光源8的基座，用于传递固化光源8工作时产生的热量，将灯罩62、灯座61、固化光源8组合后，整体安装于保温桶4上。

可选地，灯座61可以非可拆的形式固定于保温桶4上，例如通过过盈配合、焊接等方式连接；或者灯座61以可拆快换的形式固定于保温桶4上，例如通过卡接、扣接或者螺纹连接等方式实现。

优选地，还包括第一盖板和第二盖板；第一盖板和第二盖板相对应的安装于外壳11上，第一触点组91、第二触点组92、第三隔热圈73均安装于第一盖板或第二盖板。

综上，本实施例的喷头装置100有两种固化方式：一种是边打印边固化；一种是整体打印完成后再进行固化。

其中，边打印边固化的方式，通过环形灯81和灯罩62、光纤导管82和聚焦透镜83的设置，使固化光源8的光线聚焦于出料针5的挤出口，打印材料一边打印堆积，一边固化成型，使从挤出口挤出的打印材料挤出、固化同步实现。

整体打印完成后再进行固化的方式，当喷头装置100打印完成样品后，开启环形灯81或者光纤导管82，均匀照射在打印样品上，以对打印完成的样品进行光固化处理。

实施例二

实施例二提供了一种光固化3D打印机，光固化3D打印机包括实施例一的喷头装置100，实施例一所公开的喷头装置100的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的喷头装置100的技术特征不再重复描述。下面结合附图对光固化3D打印机的实施方式进行进一步的详细说明。

为节约篇幅，该实施例的改进特征体现在图10中，因此，结合图10对该实施例的方案进行说明。

参见图10所示，本实施例提供的光固化3D打印机，包括上述喷头装置100，进一步缓解了现有技术中存在的温敏性打印材料应用于光固化3D打印机时，固化光源8影响温敏性打印材料的打印效果的技术问题。

该光固化3D打印机还包括机架和均连接于机架的机械臂200和喷头座300；参见图4和图10所示，外壳11上设置有第一夹持座110和第二夹持座120，机械臂200上设置有第一夹持机构210，第一夹持机构210能够与第一夹持座110可拆卸夹持固定；喷头座300上设置有第二夹持机构310，第二夹持机构310能够与第二夹持座120可拆卸夹持固定。

其中，喷头座300用于储存喷头装置100，通过机械臂200的第一夹持机构210作用于第一夹持座110，使第一夹持机构210与第一夹持座110夹持固定，从而机械臂200能够将喷头装置100移动至与喷头座300相对应，通过第二夹持机构310与第二夹持座120夹持固定，实现了将喷头装置100放置于喷头座300上。

光固化3D打印机工作时，通过机械臂200的第一夹持机构210作用于第一夹持座110，使第一夹持机构210与第一夹持座110夹持固定，从而机械臂200能够将喷头装置100向远离喷头座300的方向移动，使二夹持机构与第二夹持座120拆卸；通过机械臂200带动喷头装置100在三维空间移动，实现了3D打印。

可选地，第二夹持座120为磁吸夹持座，为凹陷平板磁性材料，第二夹持机构310通过磁吸附的方式与第二夹持座120固定。

本实施例的光固化3D打印机具有实施例一喷头装置100的优点，该优点已在实施例一中详细说明，在此不再重复。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。