3D印表機列印頭組件的製作方法

2023-09-14 07:13:40

本實用新型涉及3D列印領域，尤其涉及一種3D印表機列印頭組件。

背景技術：

列印頭組件是3D印表機的重要機械機構之一，列印頭組件作為3D印表機列印熔絲的機構，其作用是把3D印表機絲料熔化並且通過噴嘴吐絲粘接在列印床上。從噴嘴擠出的熔絲直徑與噴嘴孔直徑相當，熔絲的直徑越小則列印精度越高。

現有的熔融式3D印表機列印頭主要通過施加壓力的方式從噴嘴擠出熔絲，噴嘴孔直徑一般不小於0.1mm。列印頭的噴嘴很難進一步縮小噴嘴直徑。導致熔融式3D印表機的精度較差。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種列印進度高的3D印表機列印頭組件。

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種3D印表機列印頭組件，包括：列印導管，所述列印導管用於將列印原料傳送至噴嘴；噴嘴，所述噴嘴具有預定尺寸的開口，所述噴嘴連接於所述列印導管的下端，用於將列印原料從開口噴出；加熱模塊，所述加熱模塊設置於噴嘴外圍表面，用於熔融列印原料；壓電換能器，所述壓電換能器嵌套於列印導管的上端，所述壓電換能器可控地使列印導管的下端往復高頻微幅振動。

可選的，所述壓電換能器包括若干第一壓電陶瓷圓環和若干第一金屬片墊圈，其中第一壓電陶瓷圓環和第一金屬片墊圈依次交疊堆疊且嵌套於列印導管的上端。

可選的，所述第一壓電陶瓷圓環的上下表面覆蓋有金屬電極，所述第一壓電陶瓷圓環的極化方向為沿所述第一壓電陶瓷圓環的軸向，當在第一壓電陶瓷圓環的上下表面電極施加電壓差時，第一壓電陶瓷圓環產生沿軸向應變。

可選的，所述第一壓電陶瓷圓環包括第一軸向壓電陶瓷圓環和第二軸向壓電陶瓷圓環，其中，第一軸向壓電陶瓷圓環和第二軸向壓電陶瓷圓環的極化方向相反。

可選的，所述壓電換能器包括若干第二壓電陶瓷圓環和若干第二金屬片墊圈，其中第二壓電陶瓷圓環和第二金屬片墊圈依次交疊堆疊且嵌套於列印導管的上端部。

可選的，所述第二壓電陶瓷圓環的上下表面具有金屬電極，其中一個表面完整覆蓋電極，另一表面的電極為兩個分割開的左右分布的半圓環形，所述第二壓電陶瓷圓環的極化方向為沿噴嘴的陶瓷環的軸向，其中左半圓環和右半圓環的極化方向相反，當在第二壓電陶瓷圓環的上下表面電極施加電壓差時，第二壓電陶瓷圓環的左半圓環和右半圓環同時沿陶瓷環軸向發生相位相差180°的應變。

可選的，所述第二壓電陶瓷圓環包括第一擺動壓電陶瓷圓環和第二擺動壓電陶瓷圓環，其中，第一擺動壓電陶瓷圓環和第二擺動壓電陶瓷圓環的極化方向相反且對稱布置。

可選的，所述金屬片墊圈的厚度為0.05mm-0.2mm。

可選的，還包括：設置於所述壓電換能器和加熱模塊之間的散熱模塊。

本申請的優點：本申請的3D印表機列印頭組件能夠的高頻微幅振動，以減小熔融高分子/熔絲通過噴嘴時的阻力，降低所需施加的壓力，有利於縮小噴嘴開口直徑。

附圖說明

圖1為本申請一實施例的列印頭組件的示意圖；

圖2為本申請一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖3為本申請一實施例的第一壓電陶瓷圓環的示意圖；

圖4為本申請另一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖5為具有第一壓電陶瓷圓環的壓電換能器在列印頭組件1工作時的狀態示意圖；

圖6為本申請另一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖7為本申請一實施例的第二壓電陶瓷圓環的示意圖；

圖8為本申請另一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖9為具有第二壓電陶瓷圓環的壓電換能器在列印頭組件1工作時的狀態示意圖。

具體實施方式

通過施加壓力的方式從噴嘴擠出熔絲的熔融式3D印表機列印頭的噴嘴的直徑較難縮小，這是由於噴嘴的直徑越小，需要較大的壓力才能從更小的噴嘴孔才能擠出熔絲，當噴嘴直徑小於0.1mm後，所需的壓力已經超出現有的常規能夠提供的壓力範圍，因此，現有的熔融式3D印表機列印頭的噴嘴通常都大於0.1mm，從而導致3D印表機的精度較差。

本申請的實用新型人通過仔細的研究，提供一種3D印表機列印頭組件，包括：列印導管，所述列印導管用於將列印原料傳送至噴嘴；噴嘴，所述噴嘴具有預定尺寸的開口，所述噴嘴連接於所述列印導管的下端，用於將列印原料從開口噴出；加熱模塊，所述加熱模塊設置於噴嘴外圍表面，用於熔融列印原料；壓電換能器，所述壓電換能器嵌套於列印導管的上端，所述壓電換能器可控地使列印導管的下端往復高頻微幅振動。從而能夠使得熔絲在較小的壓力下通過較小直徑的噴嘴，例如，通過小於0.1mm的噴嘴。從而提高3D印表機的精度。

下面結合一具體實施例，詳細描述本申請一實施例的列印頭組件，請參考圖1，圖1示出一實施例的列印頭組件1，包括：列印導管2，所述列印導管2為中空管，在一些實施例中，所述列印導管2可以為金屬管，例如銅管、鋁管或合金管等。所述列印導管2的一端用於連接3D印表機的原料供給裝置，所述列印導管2的另一端連接噴嘴3，從而將列印原料傳送至噴嘴3。

在一些實施例中，還可以在所述列印導管2的一端設置擠壓裝置，從而為列印導管2中的列印原料提供擠壓力，以將列印原料擠壓至噴嘴3。在一些實施例中，列印原料為塑料絲或高分子材料。需要說明的是，由於本申請通過設置使列印導管的下端往復高頻微幅振動的壓電換能器，使得所述擠壓裝置無需提供過高的壓力，從而提高了設備的製造窗口。

在一些實施例中，所述列印頭組件1包括噴嘴3，所述噴嘴3連接於所述列印導管2的下端，用以將列印原料從開口噴出，所述列印原料為熔融的塑料或者高分子材料。在一些實施例中，所述噴嘴3的直徑為小於0.1mm。在另一些實施例中，所述噴嘴的直徑為小於0.08mm。在另一些實施例中，所述噴嘴3的直徑為小於0.05mm。需要說明的是，在常規的3D列印組件中，如果噴嘴3的直徑小於0.1mm，則需要非常大的擠壓力，從而導致小於0.1mm噴嘴的3D列印頭組件沒有實際應用價值。但是，本申請的列印頭組件1使得列印導管的下端往復高頻微幅振動，從而降低熔絲通過較小直徑的噴嘴時所需施加的壓力。

在一些實施例中，所述列印頭組件1包括加熱模塊4，所述加熱模塊4設置於噴嘴3外圍表面，用於熔融列印原料。所述加熱模塊4可以是電阻絲加熱裝置、或者紅外加熱裝置，或者雷射加熱裝置。

在一些實施例中，所述列印頭組件1包括壓電換能器5，所述壓電換能器5可控地使列印導管的下端往復振動。從而能夠使得熔絲在較小的壓力下通過較小直徑的噴嘴，例如，通過小於0.1mm的噴嘴。從而提高3D印表機的精度。

在一些實施例中，通過螺栓7依次將所述列印導管2、壓電換能器5、金屬環墊圈6固定在一起，需要說明的是，列印導管2的上部設置有螺紋，壓電換能器5和金屬環墊圈6依次配置在列印導管2的上部，並且通過螺栓7固定，其中，金屬環墊圈6用於保護壓電換能器5，以避免在螺栓7固定的時候，壓電換能器5相對螺栓7旋轉而損傷壓電換能器5的表面電極。

在一些實施例中，請參考圖2，所述壓電換能器5包括若干第一壓電陶瓷圓環20和若干第一金屬片墊圈21，例如，可以是一個、兩個或更多個第一壓電陶瓷圓環20以及與其對應數量的第一金屬片墊圈21，其中第一壓電陶瓷圓環20和第一金屬片墊圈21依次交疊堆疊且嵌套於列印導管的外圍表面。所述第一金屬片墊圈21用於對第一壓電陶瓷圓環20施加激勵電壓，在一些實施例中，所述第一金屬片墊圈21的厚度為0.05mm-0.2mm。

在一些實施例中，請參考圖3，所述第一壓電陶瓷圓環20的上下表面(圖中上表面示意為A面，下表面示意為B面)具有金屬電極，其中A面和B面完全覆蓋金屬電極，所述第一壓電陶瓷圓環20的極化方向為沿第一壓電陶瓷圓環20的軸向(在圖中示意為沿第一壓電陶瓷圓環20的厚度方向的箭頭)，當在第一壓電陶瓷圓環20的上下表面電極施加電壓差時，第一壓電陶瓷產生沿軸向的應變。

在另一些實施例中，請參考圖4，所述第一壓電陶瓷圓環20包括第一軸向壓電陶瓷圓環61和第二軸向壓電陶瓷圓環62，其中，第一軸向壓電陶瓷圓環61和第二軸向壓電陶瓷圓環62的極化方向相反。本實施例能夠同時對第一軸向壓電陶瓷圓環61和第二軸向壓電陶瓷圓環62施加電壓，且能夠更佳地提高列印頭組件1的金屬管做軸嚮往復運動的幅度，從而使得熔絲更容易通過較小直徑的噴嘴。

請參考圖5，圖5為具有第一壓電陶瓷圓環的壓電換能器在列印頭組件1工作時的狀態示意圖。其中Z軸為列印頭組件1的軸線，當列印頭組件1工作時，在第一壓電陶瓷圓環上施加交流電壓，當電壓頻率接近於列印頭組件1的長度伸縮振動模態固有頻率時，所述金屬管2的下端作軸向的往復振動。從而使得熔絲能夠在較小壓力下，通過噴嘴。

在另一些實施例中，請參考圖6，所述壓電換能器5包括若干第二壓電陶瓷圓環9和若干第二金屬片墊圈10，例如，可以是一個、兩個或更多個第二壓電陶瓷圓環9以及與其對應數量的第二金屬片墊圈10，其中第二壓電陶瓷圓環9和第二金屬片墊圈10依次交疊堆疊且嵌套於列印導管的上端。具體地，請參考圖7，其中A面的電極為兩個分割開的左右分布的半圓環形，B面完整覆蓋電極，所述第二壓電陶瓷圓環9的極化方向為沿陶瓷環的軸向(如圖中箭頭所示，在圖中示意為沿第二壓電陶瓷圓環9的厚度方向)，其中左半圓環和右半圓環的極化方向相反。當在第二壓電陶瓷圓環10的上下表面電極施加電壓差時，第二壓電陶瓷圓環9的左半圓環和右半圓環同時沿陶瓷環軸向發生相位相差180°的應變。

在另一些實施例中，請參考圖8，所述第二壓電陶瓷圓環9包括第一擺動壓電陶瓷圓環91和第二擺動壓電陶瓷圓環92，其中，第一擺動壓電陶瓷圓環91和第二擺動壓電陶瓷圓環92的極化方向相反且對稱布置。

在一些實施例中，所述第二金屬片墊圈10的厚度為0.05mm-0.2mm。

請參考圖9，圖9為具有第二壓電陶瓷圓環的壓電換能器在列印頭組件1工作時的狀態示意圖。其中Z軸為列印頭組件1的軸線，當列印頭組件1工作時，在第二壓電陶瓷圓環上施加交流電壓，當電壓頻率接近於列印頭組件1的彎曲振動模態固有頻率時，所述金屬管2的下端作橫向(X方向)的往復振動。從而使得熔絲能夠在較小壓力下，通過噴嘴。

在另一實施例中，所述壓電換能器5包括若干第一壓電陶瓷圓環、若干第二壓電陶瓷圓環和若干金屬片墊圈，其中所述金屬片墊圈的厚度為0.05mm-0.2mm。作為一些實施例，第一壓電陶瓷圓環、金屬片墊圈、第二壓電陶瓷圓環、金屬片墊圈依次交疊堆疊且嵌套於列印導管的外圍表面。作為一些實施例，第一壓電陶瓷圓環和金屬片墊圈依次交疊，然後第二壓電陶瓷圓環和金屬片墊圈依次交疊，上述第一壓電陶瓷圓環和金屬片墊圈都嵌套於列印導管的外圍表面。其中，所述第一壓電陶瓷圓環的極化方向為沿第一壓電陶瓷圓環的軸向，當在第一壓電陶瓷圓環的上下表面電極施加電壓差時，第一壓電陶瓷產生沿軸向的應變。所述第二壓電陶瓷圓環的極化方向為沿陶瓷環的軸向，其中左半圓環和右半圓環的極化方向相反。當在第二壓電陶瓷圓環的上下表面電極施加電壓差時，第二壓電陶瓷的左半圓環和右半圓環同時沿陶瓷環軸向發生相位相差180°的應變。從而能夠通過設定施加電壓差，使得列印頭組件1的金屬管2的下端同時或者間隔交錯的軸向和/或橫向的往復振動。從而使得熔絲能夠在較小壓力下，通過噴嘴。

在一些實施例中，列印頭組件1還包括設置於所述壓電換能器和加熱模塊之間的散熱模塊。散熱模塊用於導走熱量，防止壓電陶瓷和列印頭過熱。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。