材料自组织智能三维快速打印成型装置的制作方法

本实用新型涉及一种材料自组织智能三维快速打印成型装置，更具体而言，本实用新型涉及一种以压电激励方式喷射墨水及光敏聚合物粉体等实现三维增材制造的喷头打印头。

背景技术：

一般地，喷墨打印头通过喷射细微的打印墨滴到打印纸上所需的位置而打印预定的彩色图像。根据墨水喷射方式喷墨打印头可以分为两种：热喷墨打印头和压电喷墨打印头。热喷墨打印头利用热源在墨水中产生气泡以利用气泡的扩展力喷射墨水。压电喷墨打印头是利用压电陶瓷因施加电压而产生形变，挤压液体产生高压将液体喷出。

压电式喷墨打印头具有下列优点：压电式喷墨打印头的墨水不会因为高温汽化发生化学变化，影响颜色品质的状况；由于不需使用反复的高热效应，故具有极佳的耐久性；压电式喷墨打印头所使用的压电陶瓷的反应速度很快，可提高打印速度，而热泡式喷墨打印头则会受到热传导速度的限制。压电式喷墨打印头是通过控制电压的大小来控制压电陶瓷的变形量，进而控制墨滴的大小，可提高打印的品质。

现有技术中的压电喷墨打印头，具有多个喷墨通道及压电致动器。通过激发压电致动器，特定的喷墨嘴可以喷出墨滴。在现有技术中，喷墨头中所使用的压电致动器，包括振动板、压力腔室、压电材料层以及上下电极层。压电材料层，在振动板的一个表面上以薄膜的形式形成。电极，在压电材料层厚度方向上生产电场。当生成电场时，压电致动器通过利用压电材料层的变形来使振动板变形，从而对这些压力腔室中的墨水施压。但是，现有技术中的压电喷墨打印头存在以下不足：压电喷头效率低，压电喷头打印品质不高。

上述问题是在压电喷墨打印装置的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种材料自组织智能三维快速打印成型装置解决现有技术中存在的压电喷头效率低，压电喷头打印品质不高的问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种材料自组织智能三维快速打印成型装置，包括具有压力腔室的流通通道形成的基底、给压力腔室提供驱动力的压电致动器和喷墨嘴，压电致动器设于基底上，基底设有喷墨嘴，压力腔室连通喷墨嘴，还包括用于调节喷墨嘴的喷墨量的喷墨调节件，压电致动器包括压电元件、基板和振动板，压电元件和振动板分别设于基板的两侧，压电元件包括压电陶瓷和在压电陶瓷表面形成的内侧电极，内侧电极被分割成多个独立电极单元，基板设有印刷电路，印刷电路给独立电极单元施加电压，振动板设于基底的上表面，喷墨调节件设于基底的下表面。

进一步地，喷墨调节件采用金属板，金属板设有若干喷墨孔，喷墨孔与喷墨嘴一一对应设置。

进一步地，金属板的两侧分别设有微调装置，微调装置包括调节螺栓和螺栓调节固定支架，螺栓调节固定支架设有调节螺孔，调节螺栓螺纹穿过调节螺孔接触金属板的侧部。

进一步地，螺栓调节固定支架设有调节刻度。

进一步地，喷墨孔采用圆形、方形或椭圆形喷墨孔。

进一步地，喷墨调节件采用薄膜，薄膜设于喷墨嘴上，薄膜设有薄膜孔，薄膜孔与喷墨嘴一一对应设置。

进一步地，薄膜孔采用十字开口孔。

进一步地，独立电极单元包括独立设置的正电极和负电极，正电极和负电极成对设置。

进一步地，基板采用复合材料制成，振动板采用绝缘体材料制成。

本实用新型的有益效果是：该种材料自组织智能三维快速打印成型装置，通过设置喷墨调节件，能够根据需要打印实物材料的不同调节喷墨嘴的大小，保证喷墨打印头以固定速度喷射墨滴，喷射的墨滴的体积均匀，从而提高三维快速打印成型装置的打印效率，保证喷墨打印的品质。与现有技术相比，该种材料自组织智能三维快速打印成型装置，结构合理，零件数少，便于加工，满足客户需求，从而使之在压电喷墨头中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例材料自组织智能三维快速打印成型装置的结构示意图；

图2是实施例中置于喷墨嘴下方的设有椭圆形喷墨孔的金属板的结构示意图；

图3是实施例中置于喷墨嘴下方的设有方形喷墨孔的金属板的结构示意图；

图4是实施例中喷墨嘴和金属板椭圆孔完全切合，此时喷墨量达到最大的结构示意图；

图5是实施例中喷墨嘴和金属板椭圆孔部分切合，此时实际墨嘴变小，喷墨量也变小的结构示意图；

图6是实施例中金属板的微调装置结构示意图；

图7是实施例中螺栓固定支架和调节刻度的结构示意图；

图8是实施例中喷墨嘴和薄膜的结构示意图；

图9是实施例中压电元件的工作原理说明示意图；

其中：1-压电元件，2-基板，3-振动板，4-压电致动器，5-基底，6-喷墨嘴，7-压力腔室，8-金属板，9-喷墨孔，10-薄膜，11-压电陶瓷，12-正电极，13-负电极，14-十字开口孔，15-螺栓固定支架，16-调节螺栓，17-调节刻度。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。在附图中，相同的参考标号代表相同的构成元件。为了方便说明，图中每个构成元件的尺寸可以夸大。以下将参照附图详细描述本实用新型的实施例。

实施例

一种材料自组织智能三维快速打印成型装置，如图1，包括具有压力腔室7的流通通道形成的基底5、给压力腔室7提供驱动力的压电致动器4和喷墨嘴6，压电致动器4设于基底5上，基底5设有喷墨嘴6，压力腔室7连通喷墨嘴6，还包括用于调节喷墨嘴6的喷墨量的喷墨调节件，压电致动器4包括压电元件1、基板2和振动板3，压电元件1和振动板3分别设于基板2的两侧，压电元件1包括压电陶瓷11和在压电陶瓷11表面形成的内侧电极，内侧电极被分割成多个独立电极单元，基板2设有印刷电路，印刷电路给独立电极单元施加电压，振动板3设于基底5的上表面，喷墨调节件设于基底5的下表面。

该种材料自组织智能三维快速打印成型装置，通过设置喷墨调节件，能够根据需要打印实物材料的不同调节喷墨嘴6的大小，保证喷墨打印头以固定速度喷射墨滴，喷射的墨滴的体积均匀，从而提高三维快速打印成型装置的打印效率，保证喷墨打印的品质。

与现有技术相比，实施例的该种材料自组织智能三维快速打印成型装置，结构合理，零件数少，便于加工，满足客户需求，从而使之在压电喷墨头中具有广阔的应用前景。

该种材料自组织智能三维快速打印成型装置，用于喷墨及有机光敏材料的快速打印。喷墨调节件采用金属板8或薄膜10。

图2和图3是两种置于喷墨嘴6下方的带有特定形状孔的金属板8。金属板8带有特定形状的孔，比如椭圆形墨孔、正方形墨孔、三角墨孔、矩形墨孔等。图2和图3分别是置于喷墨嘴6下方的带有椭圆形孔的金属板8和带有矩形孔的金属板8。图4和图5是两种举例的喷墨嘴6和金属板8分布示意图。通过横向微调金属板8的位置，可以改变喷墨嘴6的大小。如图4所示时，喷墨嘴6的大小和金属板8椭圆孔完全切合，此时喷墨量达到最大。如图5所示时，喷墨嘴6的大小和金属板8椭圆孔切合一部分时，此时实际墨嘴变小，喷墨量也变小。通过精密计算，可以通过微调量换算出实际喷墨量，根据需要打印实物材料的不同调节喷墨嘴6的大小。

金属板8的两侧分别设有微调装置，微调装置包括调节螺栓16和螺栓调节固定支架15，螺栓调节固定支架15设有调节螺孔，调节螺栓16螺纹穿过调节螺孔接触金属板8的侧部。金属板8的微调装置结构如图6所示，金属板8的两端装有螺栓调节固定支架15，螺栓调节固定支架15上带有精确的调节刻度17，如图7。金属板8通过调节螺栓16的微调节实现横向微动，以此来改变喷墨嘴的大小，进而精确控制喷墨量的大小。调节螺栓16按螺栓调节固定支架15上带有的刻度进行准确调节，通过调节刻度17可以准确换算出实际喷墨量。金属板8两端均设有螺栓调节支架15，以此来实现金属板8的左右准确微动。

如图8，喷墨嘴6上带有一层薄膜10，薄膜10上带有如图8所示的薄膜孔。薄膜孔采用十字开口孔14。根据压电振动强度或幅值来调节压力腔室7的压力，再根据压力腔室7的压力大小，来调节薄膜孔的张开程度，薄膜孔是通过在薄膜上开十字开口孔14来实现，当压力腔室的压力变大时，薄膜孔就会在压力的挤压下变大，从而增大喷墨量，进而实现自调压力来控制喷墨流量。

实施例中，基底5的底部分别设有多个分别相应于压力腔室7的喷墨嘴6。喷墨嘴6的下面放置有特定形状的喷墨孔9的金属板8。压电致动器4设置在基底5的上部分中，压力腔室7由于体积随着压电致动器4的操作而变化，从而产生喷或吸墨水的压力变化。压电致动器4包括压电元件1、基板2和振动板3。其中压电元件1包括压电陶瓷11和在压电陶瓷11表面形成的内侧电极，内侧电极被分割成多个独立电极单元。其中基板2带有印刷电路，给独立电极单元施加电压。独立电极单元包括独立设置的正电极12和负电极13，正电极12和负电极13成对设置。

实施例中，振动板3为一种可变形的振动板3，随着压电陶瓷11的变形而产生形变，以挤压墨水腔中的墨水。振动板3采用绝缘体材料制成，覆盖在基底5的上表面，起密封作用。

实施例中的压电致动器4的工作原理如图9所示。压电致动器4中的压电元件1，利用压电陶瓷11的d15效应，使压电陶瓷11产生剪切变形。压电喷墨头的工作原理是通复合材料基板2上的印刷电路，给压电元件1施加电压。压电元件1包括压电陶瓷11和在压电陶瓷11表面形成的内侧电极，内侧电极被分割成若干个均匀分布的正负独立电极。当给压电陶瓷11正负独立电极施加电压时，压电陶瓷11发生如图9所示的剪切振动，即利用压电陶瓷11的d15效应发生形变，并通过此瞬间形变使振动板3形变，使每个压力腔室7的体积改变。因此，压力腔室7中的墨水通过喷墨嘴6喷射。

如上所述，该种材料自组织智能三维快速打印成型装置，根据需要打印实物材料的不同调节喷墨嘴6的大小，提高三维快速打印成型装置的打印效率，保证喷墨打印的品质。实施例中，压电致动器4利用压电陶瓷11的d15效应而产生形变。传统压电喷墨头的压电致动器4采用d33效应，而d15模式的变形量明显大于d33模式的变形量。因此实施例的压电致动器4的效率明显大于传统压电喷墨头中的压电致动器4，从而使之在压电喷墨头中具有广阔的应用前景。