3d打印头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型大体上涉及一种3D打印机，其是可控的，以通过多个连续形成的壳体 打印半球形固体。
【背景技术】
[0002] 三维（3D)打印是一种从数字模型制作三维固体物体的方法。打印是一种加法过 程，其中连续层建立在之前的层上以"长出"物体。3D打印不同于可依靠填充模具或移除材 料一一例如，通过切削或钻孔一一的其它的成型或制造工艺。 【实用新型内容】
[0003] 为了解决现有技术中的3D打印头仅能够创建粗糙的边缘轮廓，某些几何和/或打 印头运动路径可被打印头的外形尺寸阻碍的技术问题，本实用新型提供一种3D打印头。本 实用新型所采用的技术方案如下：
[0004] -种3D打印机用打印头，包括定义打印孔口的喷嘴、设置在喷嘴内部的混合腔、 以及第一细丝进给装置和第二细丝进给装置。第一细丝进给装置配置为以第一进给速度可 控地将第一细丝送入混合腔中，并且第二细丝进给装置配置为以第二进给速度可控地将第 二细丝送入混合腔中。
[0005] 打印头进一步包括加热元件，其与混合腔进行热交换并配置为熔化第一细丝和第 二细丝中的每个。熔化的细丝配置为在混合腔中合并和混合，并通过打印孔口随后离开喷 嘴（即，经过孔口离开的熔化的材料是第一细丝和第二细丝的混合物）。
[0006] 在一种配置中，第一和第二细丝进给装置中的每个包括一对相应的进给轮，其配 置为以相反的方向旋转以推进各细丝。
[0007] 设置在喷嘴内部的加热元件可以是围绕混合腔盘绕的薄膜加热元件。喷嘴可包括 圆周地关于盘绕的加热元件设置的并与混合腔同轴的外壁。外壁具有从大约5_至大约 15mm范围的直径。混合腔可具有从大约20mm至大约40mm范围的轴向长度。
[0008] 在一种配置中，打印头可进一步包括设置在混合腔中的混合元件。混合元件可以 是，例如，配置为在如马达的促动下在混合腔中旋转的传动螺杆。
[0009] 本实用新型提供的3D打印头，其是自然可控的，并可创建具有连续的边缘轮廓的 半球形物体，从而减少制造的复杂性和时间。
[0010] 结合附图通过以下对实施本实用新型的最佳方式进行的详细说明，本实用新型的 以上特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。
[0011] "一个"、"这"、"至少一个"以及"一个或多个"可互换地使用以便指示存在至少一 个物项；除非上下文另有清楚指示，可以存在多个此物项。在本说明书一一包括所附权利要 求书一一中的所有参数（例如，数量或条件）的数值在所有实例中应理解为由术语"大约" 修饰，无论"大约"是否实际上出现在数值之前。"大约"是指规定的数值允许一些轻微的不 精确（非常接近该值的精确值；大约或合理地接近该值；几乎）。如果由"大约"提供的不 精确性在本领域中另外不以这种常规的意思理解，那么"大约"在此可用于指示至少可由测 量以及使用这样的参数的普通方法引起的变化。此外，范围的公开包括对所有值以及在整 个范围内进一步划分的范围的公开。在范围内的每个值以及范围的端点由此作为单独实施 例被全部公开。在本实用新型的说明书中为了方便起见，"聚合物"和"树脂"可互换地使用 以包括树脂、低聚物、以及聚合物。术语"包含"、"含有"、"包括"以及"具有"是包容性的并 且因此指定所述物项的存在，但是不排除其它物项的存在。如在本说明书中所使用的，术语 "或"包括一个或多个所列出物项中的任一个或所有组合。当术语第一、第二、第三等用于区 分彼此不同物项时，这些指定仅仅是为了方便但并不限制这些物项。
【附图说明】
[0012] 图1是3D打印机利用基于笛卡尔控制打印物体的示意性横截面侧视图。
[0013] 图2是3D打印机利用基于笛卡尔控制打印半球形物体的示意性横截面侧视图。
[0014] 图3是配置为利用基于球形控制打印半球形物体的3D打印机的实施例的示意性 横截面侧视图。
[0015] 图4是配置为利用基于球形控制打印半球形物体的3D打印机的实施例的示意性 横截面侧视图。
[0016] 图5是3D打印机通过形成多个同心壳层打印半球形物体的实施例的放大的示意 性横截面侧视图。
[0017] 图6是具有细长形薄壁喷嘴的打印头的实施例的示意性横截面侧视图。
[0018] 图7是能够可控地混合两种材料的3D打印头的第一个实施例的示意性横截面侧 视图。
[0019] 图8是能够可控地混合两种材料的3D打印头一一包括细长形喷嘴一一的第二个 实施例的示意性横截面侧视图。
[0020] 图9是能够可控地混合两种材料的3D打印头一一包括细长形喷嘴和主动混合元 件一一的第三个实施例的示意性横截面侧视图。
[0021] 图10是具有不同的径向成分的高尔夫球芯的半球形部分的示意性横截面侧视 图。
[0022] 图11是3D打印的高尔夫球芯的实施例的材料成分随距半球的中心的径向距离变 化的原理图。
【具体实施方式】
[0023] 参照附图，其中相同的附图标记在不同的视图中用于标识相似或相同的组件，图1 示意性地说明了三维打印机10 (3D打印机10)，其能够形成聚合的物体。通常，3D打印是一 种加法的部分成形技术，其通过涂覆多个连续的薄材料层逐步地构建物体。其核心是，3D 打印机包括：打印头12,其配置为可控地沉积/粘结原材料14至基板16上；和运动控制器 18,其配置为在预定义的工作空间内部可控地平移打印头12。这里所述的技术适用于被称 为恪丝制造 （Fused Filament Fabrication)的3D打印的类型。打印头12可配置为接收 来自于源头一一例如，线轴20或料斗一一的固体原材料14、熔化原材料14 (例如，利用电阻 加热元件22)、以及通过喷嘴24将熔化的原材料14挤出到基板16上。通常，喷嘴24可在 其远侧尖端28定义孔口 26,通过其熔化的材料14可离开打印头12。
[0024] -旦从喷嘴24离开，熔化的原材料14可开始冷却，并且可重新固化在基板16上。 基板16可以是作为物体32的底部的工作台面30,或者可以是之前形成/固化的材料层34。 在熔化的原材料14涂覆在之前形成的材料层34上的情况下，熔化的原材料14的温度可导 致在之前的材料层34中发生局部表面熔化。这样的局部熔化可有助于将新涂覆的材料与 之前的层34接合。
[0025] 在一种配置中，打印头12可被控制在笛卡尔坐标系统36内部，其中的三个致动器 每个都可在各自的正交平面（其中，约定将X-Y平面定义为平行于工作台面30的平面，以 及Z方向定义为垂直于工作台面30的维度）中引起打印头的合成运动。当材料14涂覆在 基板16上时，涂覆的材料条的厚度38和宽度不但可以随打印头12相对于基板16的运动 40变化，还可以随固体原材料14被送入打印头12的速度变化。针对恒定的打印头运动40 和针对固体原材料14的恒定的给进速度，每个涂覆的材料条可具有基本上恒定的高度/厚 度38和宽度。在一种配置中，厚度38可大约小于I. 2mm(即，从大约0.1 mm至大约I. 2mm)。
[0026] 图1和2大体上说明了当典型的3D打印机试图通过笛卡尔控制创建弯曲的物体 时的两个缺陷。如图1所示，如果需要倾斜的边缘几何（即，沿虚线提供的基准42)，该倾 斜仅可以是近似的，因为层的厚度和无法控制的边缘几何形状可以创建阶梯状的边缘分辨 率。如果之后需要光滑的边缘，后面的程序必须用于将材料移除回至基准42。如果两个 不同的材料层之间的界面需要光滑的斜边，这可能会带来挑战和/或增加制造的复杂性和 时间。
[0027] 除了仅能够创建粗糙的边缘轮廓之外，某些几何和/或打印头运动路径可被打印 头12的外形尺寸阻碍。例如，图2大体上说明了以弧形方式在X-Z平面中移动的打印头12， 其具有从中心点44放射状向外设置的连续的层34。如图所示，打印头12到达喷嘴的宽度 和上一层34的曲率阻碍打印头12开始下一层的点。以这种方式，可能需要创建特别的调 整，例如，通过多个不连续的壳体形成的半球形物体（即，其中的一个或多个壳体可具有与 其它壳体不同的材料成分）。
[0028] 图3示例性地说明了在球形坐标系统中自然可控的3D打印机50。如图所示，3D打 印机可创建具有连续的边缘轮廓的半球形物体，并且其不具有明显的阶梯状边缘