3d打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)及其速度和精度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)及其速度和精度控制方法。本發(fā)明包括有輸料管路、擠料噴嘴；擠料噴嘴位于輸料管路下方；還包括有外圍殼體和驅(qū)動(dòng)裝置，輸料管路內(nèi)嵌于外圍殼體內(nèi)，擠料噴嘴同軸固定連接在輸料管路下方；輸料通道與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的重心位于垂直輸料管路和擠料噴嘴內(nèi)通道截面的同一軸上；輸料管路在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下可以相對于擠料噴嘴繞前述軸轉(zhuǎn)動(dòng)；從而調(diào)節(jié)噴頭噴絲的截面積。本發(fā)明可以控制打印的速度和精度，在確保精度要求的情況下，提升整體打印速度；可以應(yīng)用于3D打印機(jī)的噴頭結(jié)構(gòu)及控制上。
【專利說明】3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)及其速度和精度控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)及其速 度和精度控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印，作為一種快速成形技術(shù)，是通過軟件將3D數(shù)字模型進(jìn)行分層離散化處 理，然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合性材料，通過逐層堆積的方式來構(gòu)造實(shí)體。3D打印 技術(shù)是一種加式制造范疇，有別于傳統(tǒng)的減式制造范疇，能夠更好的節(jié)約生產(chǎn)原料。
[0003]目前，常見的3D打印技術(shù)有熔絲沉積技術(shù)，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通 過帶有一個(gè)微細(xì)通道的噴頭擠噴出來，從噴嘴噴出后，沉積在工作臺上，溫度低于固化溫度 后開始固化，通過材料的層層堆積最終形成成品。3D打印中，噴頭是其一個(gè)核心部件；但是 常規(guī)的3D打印機(jī)的打印噴頭的擠料噴嘴內(nèi)徑截面形狀只有固定的圓形，單位時(shí)間內(nèi)噴嘴 噴絲的體積一定。由于噴嘴內(nèi)徑截面面積的不可調(diào)，我們不能控制3D打印機(jī)的打印精度和 速度；無法針對不同的打印目的和不同的打印區(qū)域（不同模型或者同一模型），實(shí)現(xiàn)不同的 打印精度和速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題之一在于基于目前的3D打印機(jī)噴嘴內(nèi)徑截面形狀都是圓 形的，不能做到針對不同模型或者同一模型不同區(qū)域的打印速度和精度的控制的現(xiàn)狀，提 供一種3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)打印速度和精度。
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題之二在于基于目前的3D打印機(jī)噴嘴內(nèi)徑截面形狀都是圓 形的，不能做到針對不同模型或者同一模型不同區(qū)域的打印速度和精度的控制的現(xiàn)狀，提 供一種可以根據(jù)打印需求控制打印速度和精度的速度和精度控制方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題之一的技術(shù)方案是：
[0007] 包括有輸料管路、擠料噴嘴；擠料噴嘴位于輸料管路下方；其特征在于：還包括有 外圍殼體和驅(qū)動(dòng)裝置，輸料管路內(nèi)嵌于外圍殼體內(nèi)，擠料噴嘴同軸固定連接在輸料管路下 方；輸料通道與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的重心位于垂直輸料管路和擠料噴嘴內(nèi)通道截 面的同一軸上；輸料管路在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下可以相對于擠料噴嘴繞前述軸轉(zhuǎn)動(dòng)；從而調(diào) 節(jié)噴頭噴絲的截面積。
[0008] 所述的驅(qū)動(dòng)裝置包括轉(zhuǎn)盤和電機(jī)；轉(zhuǎn)盤與打印機(jī)機(jī)體相連，電機(jī)位于外圍殼體內(nèi) 并可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；輸料管路固定安裝于轉(zhuǎn)盤的下端。
[0009] 所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀均為規(guī)則的多 邊形。
[0010] 所述的規(guī)則的多邊形可為三角形、四邊形等規(guī)則的多邊形。
[0011] 所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀為相同的矩形， 其中矩形的長邊為L max，短邊為Lmin ;輸料管路繞垂直于輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面 形狀的軸的旋轉(zhuǎn)角度為θ ;當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為Θ的噴頭往一方向進(jìn)行工作時(shí)，有效的打印區(qū)域 寬度為Lmaxsin Θ +Lminc〇S Θ ;在噴頭移動(dòng)速度大小不變、每層的Ζ軸成型高度為一定值時(shí)， 單位時(shí)間內(nèi)不同旋轉(zhuǎn)角度的噴頭有效的打印區(qū)域面積與打印區(qū)域?qū)挾瘸烧取?br> [0012] 所述的外圍殼體內(nèi)包含有加熱裝置，用于加熱輸料管路中的ABS或PLA等易熔融 的傳輸物料，使其為熔融狀態(tài)。
[0013] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題之二的技術(shù)方案是：
[0014] 所述的打印速度調(diào)控方法是：
[0015] 打印速度V = K*S*L ;其中S為噴嘴實(shí)際噴絲的截面積，L為單位打印成形面積，K 是與打印機(jī)有關(guān)的常量；
[0016] 噴嘴實(shí)際噴絲截面積S和單位打印成形面積L決定進(jìn)料速度，并影響熱熔速度；進(jìn) 料速度和熱熔速度共同決定打印速度；
[0017] 通過S與L的改變形成一個(gè)信號來控制打印速度，即調(diào)控噴頭輸料管路的進(jìn)料速 度；
[0018] 所述的精度調(diào)控方法是：根據(jù)打印精度的不同需求，調(diào)整打印速度以控制打印精 度；打印精度要求高時(shí)，打印速度慢；打印精度要求低時(shí)，打印速度快。
[0019] 通過電機(jī)調(diào)控?cái)D料噴嘴旋轉(zhuǎn)的角度來改變單位時(shí)間內(nèi)擠料噴嘴實(shí)際擠出物料的 截面積S ;由于打印噴頭的工作移動(dòng)速度不變，為確保每層Z軸成形高度為一定值，要實(shí)時(shí) 地根據(jù)擠料噴嘴實(shí)際擠出物料的截面積S來調(diào)控輸料管路的進(jìn)料速度；進(jìn)料速度與傳輸物 料的熱熔速度大小相等，同時(shí)也為打印機(jī)工作時(shí)的打印速度V。
[0020] 所述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀為相同的矩形 時(shí)，其中矩形的長邊為L max，短邊為Lmin ;在噴頭移動(dòng)速度大小不變、每層的Z軸成型高度為 一定值時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)不同旋轉(zhuǎn)角度的噴頭有效的打印區(qū)域面積與打印區(qū)域?qū)挾瘸烧龋?所述的打印區(qū)域?qū)挾葹?^^0+1^(^0;其中，0;為輸料管路繞垂直于輸料管路和擠 料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的軸的旋轉(zhuǎn)角度Θ。
[0021] 有益效果：
[0022] 本發(fā)明通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制擠料噴嘴相對于輸料管路的旋轉(zhuǎn)角度；從 而實(shí)現(xiàn)對噴嘴實(shí)際噴絲截面積的控制；以控制打印機(jī)的打印精度和速度?？舍槍Σ煌拇?印目的和不同的打印區(qū)域，調(diào)整不同的打印精度和速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明：
[0024] 圖1是本發(fā)明打印機(jī)噴頭主視圖；
[0025] 圖2為是本發(fā)明噴頭在不同旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的俯視圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明打印速度影響因素的邏輯圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明打印速度調(diào)控系統(tǒng)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1所示，是本發(fā)明打印機(jī)噴頭主視圖；，包含有外圍殼體602、輸料管路604和 擠料噴嘴605。外圍殼體602包含加熱元件，加熱輸料管路中的傳輸物料，使其為熔融狀態(tài)。 其中，擠料噴嘴605固定連接在輸料管路604的下方。輸料管路的內(nèi)通道603截面與擠料 噴嘴的內(nèi)通道606截面為規(guī)則的三角形、四邊形等多邊形，同時(shí)輸料通道的內(nèi)通道603截面 形狀的重心與擠料噴嘴的內(nèi)通道606截面形狀的重心在垂直于輸料管路內(nèi)通道603截面和 擠料噴嘴內(nèi)通道606截面的軸上。
[0029] 輸料管路604固定安裝于轉(zhuǎn)盤601的下端，同時(shí)轉(zhuǎn)盤601與打印機(jī)體相連，轉(zhuǎn)盤 601可繞垂直于輸料管路內(nèi)通道603截面和擠料噴嘴內(nèi)通道606截面的軸旋轉(zhuǎn)。外圍殼體 602中包含有電機(jī)可控制轉(zhuǎn)盤601的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來調(diào)控轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)角度。
[0030] 在本方案中為簡明地描述發(fā)明思路，設(shè)計(jì)輸料管路的內(nèi)通道603截面形狀與擠料 噴嘴的內(nèi)通道606截面形狀為相同的矩形，其中矩形的長邊為L max，短邊為Lmin。
[0031] 通過轉(zhuǎn)盤601的轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)控噴頭的旋轉(zhuǎn)。如圖2所示，a、b、c為不同旋轉(zhuǎn)角度噴 頭的內(nèi)通道截面俯視圖。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為Θ的噴頭往一方向進(jìn)行工作時(shí)，有效的打印區(qū)域?qū)?度為L maxsin Θ +Lminc〇S Θ。由于噴頭在工作位時(shí)的移動(dòng)速度大小不變，每層的Z軸成型高度 為一定值，單位時(shí)間內(nèi)不同旋轉(zhuǎn)角度的噴頭有效的打印區(qū)域面積與打印區(qū)域?qū)挾瘸烧取?針對不同旋轉(zhuǎn)角度噴頭工作時(shí)，要實(shí)時(shí)地調(diào)控輸料管路的進(jìn)料速度。如圖2所示，c中噴頭 的旋轉(zhuǎn)角度為〇,此時(shí)噴頭有效地打印區(qū)域?qū)挾葹長 min，打印的精度最高，同時(shí)打印的速度也 最慢，可應(yīng)用在對打印精度要求高的情況下。
[0032] 如圖3、4所示，本發(fā)明中，打印速度調(diào)控方法是：
[0033] 打印速度V = K*S*L ;其中S為噴嘴實(shí)際噴絲的截面積，L為單位打印成形面積，K 是與打印機(jī)有關(guān)的常量；
[0034] 噴嘴實(shí)際噴絲截面積S和單位打印成形面積L決定進(jìn)料速度，并影響熱熔速度；進(jìn) 料速度和熱熔速度共同決定打印速度；
[0035] 通過S與L的改變形成一個(gè)信號來控制打印速度，即調(diào)控噴頭輸料管路的進(jìn)料速 度。
【權(quán)利要求】
1. 3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，包括有輸料管路、擠料噴嘴；擠料噴嘴位于輸料管 路下方；其特征在于：還包括有外圍殼體和驅(qū)動(dòng)裝置，輸料管路內(nèi)嵌于外圍殼體內(nèi)，擠料噴 嘴同軸固定連接在輸料管路下方；輸料通道與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的重心位于垂直 輸料管路和擠料噴嘴內(nèi)通道截面的同一軸上；輸料管路在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下可以相對于擠 料噴嘴繞前述軸轉(zhuǎn)動(dòng)；從而調(diào)節(jié)噴頭噴絲的截面積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的驅(qū)動(dòng)裝 置包括轉(zhuǎn)盤和電機(jī)；轉(zhuǎn)盤與打印機(jī)機(jī)體相連，電機(jī)位于外圍殼體內(nèi)并可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；輸 料管路固定安裝于轉(zhuǎn)盤的下端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的輸 料管路的內(nèi)通道截面形狀與擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀均為規(guī)則的多邊形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的規(guī)則的 多邊形可為三角形、四邊形等規(guī)則的多邊形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的輸 料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀為相同的矩形，其中矩形的長 邊為L max，短邊為Lmin ;輸料管路繞垂直于輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀的軸的 旋轉(zhuǎn)角度為Θ ;當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為Θ的噴頭往一方向進(jìn)行工作時(shí)，有效的打印區(qū)域?qū)挾葹?Lmaxsin Θ +Lminc〇S Θ ;在噴頭移動(dòng)速度大小不變、每層的Z軸成型高度為一定值時(shí)，單位時(shí)間 內(nèi)不同旋轉(zhuǎn)角度的噴頭有效的打印區(qū)域面積與打印區(qū)域?qū)挾瘸烧取?br> 6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的3D打印機(jī)噴絲截面積可調(diào)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的外圍殼 體內(nèi)包含有加熱裝置，用于加熱輸料管路中的ABS或PLA等易熔融的傳輸物料，使其為熔融 狀態(tài)。
7. 權(quán)利1至6任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)速度和精度控制方法，其特征在于： 所述的打印速度調(diào)控方法是： 打印速度V = K*S*L ;其中S為噴嘴實(shí)際噴絲的截面積，L為單位打印成形面積，K是與 打印機(jī)有關(guān)的常量； 噴嘴實(shí)際噴絲截面積S和單位打印成形面積L決定進(jìn)料速度，并影響熱熔速度；進(jìn)料速 度和熱熔速度共同決定打印速度； 通過S與L的改變形成一個(gè)信號來控制打印速度，即調(diào)控噴頭輸料管路的進(jìn)料速度； 所述的精度調(diào)控方法是：根據(jù)打印精度的不同需求，調(diào)整打印速度以控制打印精度； 打印精度要求高時(shí)，打印速度慢；打印精度要求低時(shí)，打印速度快。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的3D打印機(jī)噴頭的速度和精度調(diào)控方法，其特征在于：通過電 機(jī)調(diào)控?cái)D料噴嘴旋轉(zhuǎn)的角度來改變單位時(shí)間內(nèi)擠料噴嘴實(shí)際擠出物料的截面積S ;由于打 印噴頭的工作移動(dòng)速度不變，為確保每層Z軸成形高度為一定值，要實(shí)時(shí)地根據(jù)擠料噴嘴 實(shí)際擠出物料的截面積S來調(diào)控輸料管路的進(jìn)料速度；進(jìn)料速度與傳輸物料的熱熔速度大 小相等，同時(shí)也為打印機(jī)工作時(shí)的打印速度V。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的3D打印機(jī)噴頭的速度和精度調(diào)控方法，其特征在于；所 述的輸料管路的內(nèi)通道截面形狀和擠料噴嘴的內(nèi)通道截面形狀為相同的矩形時(shí)，其中矩形 的長邊為L max，短邊為Lmin ;在噴頭移動(dòng)速度大小不變、每層的Z軸成型高度為一定值時(shí)，單 位時(shí)間內(nèi)不同旋轉(zhuǎn)角度的噴頭有效的打印區(qū)域面積與打印區(qū)域?qū)挾瘸烧?；所述的打印區(qū) 域?qū)挾葹?_以110+1^1^〇80;其中，0;為輸料管路繞垂直于輸料管路和擠料噴嘴的內(nèi)通 道截面形狀的軸的旋轉(zhuǎn)角度Θ。
【文檔編號】B29C67/00GK104097327SQ201410331972
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】王飛躍, 熊剛, 沈震, 劉學(xué) 申請人:東莞中國科學(xué)院云計(jì)算產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心